2.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе
При протекании воды через водослив вследствие падения струи скорость потока возрастает и достигает наибольшего значения непосредственно за водосливом в так называемом сжатом сечении C-C (рисунок 2). Глубина в сжатом сечении непосредственно влияет на установление формы сопряжения бьефов и поэтому имеет важное значение для дальнейшего расчёта.
Рисунок 2 - Оголовок и сжатое сечение
Критическая глубина:
Полная удельная энергия в сечении перед водосливом:
Относительная удельная энергия сечения в верхнем бьефе:
По
графику [5] определяются
и
.
Сопряжённые глубины:
,
следовательно прыжок отогнанный.
Отогнанный прыжок за плотиной не допускается, и проектируется сопряжение бьефов по типу затопленного прыжка. Для этого необходимо создать с нижнем бьефом соответствующую глубину или погасить часть избыточной энергии с помощью гасителей энергии.
2.5 Расчёт параметров водобоя и водобойного колодца
Высота колодца:
Скоростное превышение:
где
- коэффициент запаса,
-
коэффициент скорости.
Таким образом:
Высота колодца:
м.
Отметка поверхности водобоя:
Длина прыжка:
Длина водобоя:
Скорость в сжатом сечении:
Толщина водобоя:
3 Конструирование плотины
3.1 Определение ширины подошвы плотины
Задача проектирования состоит в том, чтобы при заданной высоте сооружения найти минимальную ширину сооружения по основанию. Наиболее экономичным является треугольный профиль плотины, имеющий минимальную ширину понизу.
Но при своей экономичности этот профиль должен удовлетворять двум условиям:
-
Отсутствие растягивающих напряжений в бетоне;
-
Устойчивость тела плотины против сдвига по основанию.
Рисунок 3 - Схема треугольного профиля плотины
Бетон слабо сопротивляется растяжению, в нём недопустимо появление трещин с напорной грани, что может привести к появлению опасной фильтрации со всеми вытекающими последствиями.
Таким образом, из условия недопущения растягивающих напряжений, ширина водосливной плотины по основанию определяется, как:
где
- коэффициент, учитывающий потерю
фильтрационного давления за счет
устройства завес, дренажей и шпунтов,
принимаемый 0,5;
и
– плотности бетона и воды соответственно;
Из условия устойчивости плотины на сдвиг по основанию ширина подошвы водосливной плотины определяется из выражения:
где
– коэффициент надёжности по назначению
сооружения, принимаемый в зависимости
от класса сооружения 1,25;
=0,7.
Задаваясь различными значениями
,
произведен расчёт (таблица 3) и построен
графики зависимостей
и
(рисунок 4).
Точка пересечения кривых определит искомую ширину подошвы водосливной плотины.
Рисунок
4 - Пересечение кривых
и
Таблица
3 - Координаты зависимостей
и
|
n |
Bn' |
Bn'' |
|
0 |
30,21 |
39,14 |
|
0,05 |
30,40 |
38,14 |
|
0,1 |
30,62 |
37,19 |
|
0,2 |
31,22 |
35,42 |
|
0,3 |
32,04 |
33,81 |
|
0,35 |
32,55 |
33,05 |
|
0,36 |
32,66 |
32,91 |
|
0,37 |
32,77 |
32,76 |
|
0,38 |
32,89 |
32,62 |
|
0,4 |
33,13 |
32,34 |
|
0,5 |
34,59 |
30,99 |
Графики
пересекаются в точке
и
.
Рассчитываем
координаты оголовка водослива [2].
Для получения действительных координат
кривой необходимо умножить их на
Расчеты сведены в таблицу 4.
Таблица 4 - Приведённые координаты очертания гребня водосливной стенки
|
№точки |
x |
y |
№точки |
x |
y |
|
1 |
0,0 |
0,50 |
21 |
8,0 |
4,94 |
|
2 |
0,4 |
0,14 |
22 |
8,4 |
5,48 |
|
3 |
0,8 |
0,03 |
23 |
8,8 |
6,03 |
|
4 |
1,2 |
0,00 |
24 |
9,2 |
6,61 |
|
5 |
1,6 |
0,02 |
25 |
9,6 |
7,13 |
|
6 |
2,0 |
0,11 |
26 |
10,0 |
7,84 |
|
7 |
2,4 |
0,24 |
27 |
10,4 |
8,49 |
|
8 |
2,8 |
0,40 |
28 |
10,8 |
9,16 |
|
9 |
3,2 |
0,46 |
29 |
11,2 |
9,85 |
|
10 |
3,6 |
0,79 |
30 |
11,6 |
10,44 |
|
11 |
4,0 |
1,02 |
31 |
12,0 |
11,30 |
|
12 |
4,4 |
1,28 |
32 |
12,4 |
12,05 |
|
13 |
4,8 |
1,58 |
33 |
12,8 |
12,83 |
|
14 |
5,2 |
1,90 |
34 |
13,2 |
13,62 |
|
15 |
5,6 |
2,26 |
35 |
13,6 |
14,44 |
|
16 |
6,0 |
2,64 |
36 |
14,0 |
15,27 |
|
17 |
6,4 |
3,06 |
37 |
14,4 |
16,12 |
|
18 |
6,8 |
3,49 |
38 |
14,8 |
17,00 |
|
19 |
7,2 |
3,95 |
39 |
15,2 |
17,88 |
|
20 |
7,6 |
4,43 |
40 |
15,6 |
18,79 |