4.3 Определение давления фильтрационного потока

Давление фильтрационного потока под основанием плотины состоит из взвешивающего давления W₅ и фильтрационного противодавления W₆.

Взвешивающее давление W₅ определяется по формуле:

,(36)

где - коэффициент пористости грунта основания=0,5;

L - ширина подошвы плотины, принять по поперечному разрезу

водосливной плотины.

Фильтрационное давление потока определяется:

, (37)

где α₁- вспомогательный коэффициент, принимаем 0,4

В-ширина водосливного фронта, м

Н — напор действующий на плотину, определяется:H=H₁-H₂=35-5,1=29,9м

где H₁ — глубина воды в верхнем бьефе;

Н₂ - глубина воды в нижнем бьефе

4.4 Определение давления наносов на плотину и статического давления льда

Давление наносов на верховую грань плотины определяется по формуле:

Е=(38)

где γ_нв -объемный вес насосов во взвешенном состоянии, γ_нв = (10000-11000) , Н/м³

h_H — слой наносов (м), определяется как 30% от H_пл = 1/3 * 50 = 16,7м

φ - угол внутреннего трения, равен 40º.

Е=

Статическое давление льда зависит от толщины льда, среднесуточных зимних температур и определяется:

Wл.c. = 0.5*R*hл*L (39)

где hл - толщина льда, м

L - длина плотины, принимаем 1 погонный метр .

R - предел прочности льда на сжатие, зависит от среднесуточной температуры воздуха, принимается:

при Т_{ср. сут.}=-15 ⁰С R= 120 ;

Wл.c. =0,5*120*0,7*27=1134Н.

Сумма вертикальных сил действующих на плотину:

N=11185230+0+101959-1214514-1780096,5=8292578,7Н=8,29*10⁶Н

Сумма горизонтальных сил действующих на плотину:

Т=171500-127449+1134+416419=461604=0,46*10⁶Н

К_зап=(0,25*8292578,7+0,14)/ 461664 =4,49

Вывод: т.к Кзап≥Кдоп 4,49>1,2 , то данная плотина после выполненных расчетов является устойчивой.

4.5 Построение эпюр действующих на плотину сил

На основании вычисленных значений строят эпюры действующих на плотину сил.

См. графическую часть.

Вывод: нужно уменьшить фильтрационное давление потока.

Противофильтрационные мероприятия:

1. понур

2. подошва

3. потерна

4. обратный фильтр.

4.5.1 Расчет длины понура.

l_п=2√(к₀/к)*t*T, м (42)

t_min=0,5м

t_пред=(до 10м)=8м

к₀,к- коэф.фильтрации основания и понура

T- заглубление водоупора

t – средняя толщина понура, (0,5+8)/2=4,25м

l_п=2√(0,04/0,004)*4,25*5=29м

5 Расчет водобойных сооружений

5.1 Расчет водобойного колодца

Водобойный колодец – элемент эксплуатационного водосброса, предназначенный для гашения энергии падающей воды.

Метод Агроскина:

Для начала вычисляем вспомогательную величину по формуле:

(43)

где α=1

q- удельный расход, при глинистом основании q=10м/с

Т₀- удельная энергия потока, определяется по формуле:

Т₀=Н₀+Р +αν₀²/2g (44)

Н₀- полный удельный напор над гребнем плотины (разница м/у грунтовой и бетонной плотинами), Н₀=3,4м

Р- высота бетонной плотины, Р=Н_пл=32 м

ν₀=2 м/с

Т₀=32+3,4+1*2²/2*9,81=35,44м

В зависимости от вычисляется относительная величина τ_с, а затем и глубина в сжатом сечении (1_п) по прил. 18 «Сборник задач по гидравлике»: τ_с=0,003

(45)

По этой же таблице, вычисляется значение τ_c^’’ для разных значений скоростного коэффициента по которой определяется глубина, сопряженная с глубиной в сжатом сечении:

τ_с^”=0.1081

(46)

h_б=Н₂=5,1 м

прыжок отогнанный, требуется водобойное сооружение для прямоугольного потока.

Метод Чертоусова:

(47)

(48)

(49)

где φ-скоростной коэффициент, φ=0,98

_{Z0=P+H0-hб=32+3,4-5,1=30,3 м}

Приложение 21 по определяем₀=15,2

Глубина водобойного колодца определяется по формуле:

(50)

(51)

где σ-коэффициент запаса (1,05….1,1).Принимаю 1,1

Длина водобойного колодца назначается из расчета размещения в нем гидравлического прыжка:

, м (52)

_где 0,7-0,8=0,7

l_c - длина прыжка по формуле Павловского:

,м (53)

м

Конструктивно принимаем: d=1м

l_k=27 м .