3.3 Фильтрационный расчет.
Коэффициент фильтрации ядра намного меньше коэффициента фильтрации тела плотины, поэтому в пределах ядра наблюдаются значительные потери напора и резкое падение депрессионной кривой
Определим положение раздельного сечения по ф. Михайлова:
где: m1 – коэффициент заложения верхового откоса, 3,0
H1 – глубина воды в верхнем бьефе 7,0м.
м.
Определяем длину проекции кривой депрессии на горизонтальную ось:
где: m1,m2,m3 – коэффициенты заложения откосов
bгр – ширина гребня плотины, 10 м.
bб – ширина бермы, 3,0м.
Так как плотина не однородная то используем метод виртуальных длин, приводя ее к однородной. Определим эквивалентную длину:
где: кТ – коэффициент фильтрации грунта тела плотины, 40 м/сут
Кя – коэффициент фильтрации грунта ядра плотины, 0,08 м/сут.
м.
тогда расчетная длинна будет :
м.
Удельный фильтрационный расчет определим из уравнения Дюпюи:
м2/с
Положение кривой депрессии определяем из уравнения:
Определение координат кривой сводим в таблицу:
Таблица 4. Координаты кривой депрессии.
Удельный фильтрационный расход под телом плотины определяем из формулы:
м2/с
Рис. 4 Схема плотины для фильтрационного расчета.
3.4 Статический расчет.
Целью статического расчета является определение коэффициентов запаса устойчивости откосов плотины заданного поперечного профиля при известных нагрузках и характеристиках грунтов тела плотины и основания.
Наша плотина относится к IV классу капитальности, а для сооружений этого класса коэффициент запаса [Кз] принимается в пределах 1,1-1,05. Необходимо чтобы расчетный коэффициент запаса был меньше нормативного.
Расчет устойчивости откосов проводим по методу кругло- цилиндрических поверхностей скольжения.
Для массива обрушения выполним некоторые графические построения (построения представлены на поперечном профиле плотины). Для низового откоса проводим осредненную линию откоса АК. Из К, перпендикулярно основанию, проводим линию на которой на расстоянии высоты плотины Нпл откладываем точку В, из В, параллельно основанию плотины откладывает отрезок ВС равный 5.Нпл. Через точки А и С проводим луч на котором выбираем центр кривой скольжения, точку О. Из точки О радиусом R проводим кривую скольжения таким образом, чтобы она проходила между осью плотины и бровкой низового откоса, захватывая часть основания. Полученную круглоцилиндрическую поверхность разобьем на n отсеков с шириной b. Ширину b принимаем равной 0,1R, причем разбивку на отсеки начинаем с нулевого, средину которого располагаем на вертикали, проходящей через точку О, нумерацию отсеков проводим так; в лево положительными, в право отрицательными числами. Получаем поверхность разбитую на 12 отсеков, с 8-го по -3-ий. Расчет проводим в табличной форме (табл.4).
Основные формулы применяемые при расчете таблицы:
где: γ2, γ3 – объемная масса соответствующего грунта
(18,1кН/м3, 16,1кН/м3)
γнас - объемная масса грунта в насыщенном водой состоянии.
γнас3= (1-0,25)(γгр2- γв) = (1-0,25)(26,6-10)= 12,45кн/м3
γнас2= (1-0,31)( γгр3- γв) = (1-0,31)(26,2-10) = 11,178 кН/м3
Угол внутреннего трения (φ) и сцепление грунта (С) для водонасыщенного грунта принимаем на 30% меньше чем для сухого.
Таблица 5. Таблица для расчета устойчивости низового откоса.
Номер полосы |
Sinα |
Cosα |
h1 |
h2 |
h3 |
hпр |
hпр sinα γ2 |
hпр cosα γ2 |
φ |
tgφ |
hпр cosα γ2 tgφ |
C |
l |
C l |
7 |
0.7 |
0.714 |
2,0 |
- |
- |
2 |
25,34 |
25,85 |
39 |
00,8 |
20,93 |
00,1 |
110,6 |
11,1 |
6 |
0.6 |
0.8 |
3 |
- |
- |
3 |
32,58 |
43,44 |
39 |
35,18 |
||||
5 |
0.5 |
0.866 |
1,8 |
0,8 |
- |
2,29 |
20,72 |
35,89 |
27,3 |
00,52 |
18,52 |
0 00,7
|
5,585 |
4 |
4 |
0.4 |
0.917 |
2,,8 |
2,2 |
- |
4,16 |
30,12 |
69,05 |
27,3 |
35,64 |
||||
3 |
0.3 |
0.954 |
2,0 |
1,6 |
0,8 |
3,61 |
19,6 |
62,34 |
10,5 |
0,18534 |
11,55 |
0 0 00,49 0 0 0 |
25,691 |
12,589 |
2 |
0.2 |
0.979 |
0,6 |
1,2 |
2 |
2,89 |
10,46 |
51,26 |
10,5 |
9,5 |
||||
1 |
0.1 |
0.994 |
0,6 |
1,2 |
2,4 |
3,19 |
5,77 |
57,45 |
10,5 |
10,65 |
||||
0 |
0 |
1 |
- |
- |
2,6 |
2 |
0 |
36,2 |
10,5 |
6,71 |
||||
-1 |
-0.1 |
0.994 |
- |
- |
2,4 |
1,86 |
-3,37 |
33,49 |
10,5 |
6,21 |
||||
-2 |
-0.2 |
0.979 |
- |
- |
1,8 |
1,39 |
-5,03 |
24,66 |
10,5 |
4,57 |
||||
-3 |
-0.29 |
0.953 |
- |
- |
1 |
0,77 |
-4,18 |
13,29 |
10, |
2,46 |
∑ 12,8 7,0 13 132 161,9 17,6
Длинна кривой скольжения по участкам l1,l2,l3 определится по формуле:
где: β – центральный угол дуги, соответствующе зоны (19.о, 6.о, 41о)
R – радиус кривой скольжения, 32 м.
l1 = 10.61., l2 = 5,585м., l3 = 12,589 м.
Коэффициент запаса определится из формулы:
где: b – ширина полосы, равная 0,1R = 3,2 м.
Ф – сдвигающая сила от гидродинамического давления фильтрационного потока, равная: Σ(h2+h3)b.0.022 = 1.396
r – плече силы Ф, относительно центра вращения; 30.1 м
Так как Кз больше нормативного то условие соблюдается.