2.6 Разрезы и план плотины

После назначения основных размеров профиля плотины и выбора конструкции ее элементов необходимо на миллиметровой бумаге вычертить в неискаженном масштабе ее поперечное сечение на пикете, отвечающем наибольшей высоте плотины. На этом поперечном сечении, которое будет использовано в дальнейшем для выполнения фильтрационных расчетов, должны быть показаны все основные элементы плотины. Если запро-ектирована плотина с понуром и масштаб чертежа не позволяет показать весь по длине понур, то он может быть разорван, но указаны его размеры.

На плане местности в горизонталях, прилагаемом к заданию, в масштабе плана местности выполняется план плотины, на нем в дальнейшем будет вписано запроектированное водосбросное сооружение. На рис.2.9 показан схематический план узла сооружений. При вычерчивании плотины на плане в первую очередь показывают гребень плотины, имея ввиду, что ось пло-тины, нанесенная на план, является осью гребня плотины. Гребень плотины продолжают влево и вправо от русла реки до встречи со склонами долины(следовательно отметка поверхности земли в месте примыкания гребня к склону должны отвечать отметке гребня плотины).

При нанесении откосов плотины на план, находят точки пересечения подошвы откоса с каждой горизонталью плана, имея ввиду, что длина зало-жения откоса равна произведению коэффициента заложения откоса m и высоты плотины в расчетном сечении. Высота плотины в расчетном сечении находится как разность отметок гребня плотины и соответствующей сечению горизонтали. Полученную длину заложения откоса откладывают нормально к оси плотины от бровки гребня до точки пересечения с горизонталью.

Р ис.2.9 Схематический план узла сооружений.

1 – ось плотины; 2 – ось водосбросного сооружения; 3 – гребень плотины; 4 – верховой откос плотины; 5 – нижняя граница крепления верхового откоса; 6 – низовой откос плотины; 7 – берма; 8 – дренажный банкет; 9 – наслонный дренаж; 10 – подводящий канал; 11 – шлюз-регулятор; 12 – соединительный канал; 13 – быстроток; 14 – отводящий канал.

При наличии берм на откосах их наносят на план аналогично гребню плотины. На плане также показывают контуры понура и дренажа.

Третью проекцию плотины показывают на продольном профиле по оси плотины (рис.2.10), который был вычерчен при построении кривой Q=f(H₂).

При вычерчивании вида с верхнего бьефа следует показать линию гребня (которая проходит и по правой части профиля), уровни воды верхнего бьефа, нижнюю границу крепления верхового откоса, а также штриховой линией – врезку плотины в склоны долины.

На правой части профиля, где дается разрез по оси плотины, показывают грунт тела плотины; врезка плотины показывается сплошной линией, а поверхность земли – штриховой.

При вычерчивании продольного профиля плотины следует учесть, что после проектирования водосбросного сооружения оно будет вписано в этот профиль.

2.7 Фильтрационные расчеты плотины

Фильтрационные расчеты производят с целью определения положения депрессионной кривой, установления значения градиентов скоростей фильтрационного потока, определения фильтрационного расхода.

Указанные характеристики фильтрационного потока необходимо знать для расчета устойчивости откосов плотины, обоснования наиболее раци-ональных размеров конструктивных элементов плотины (противофильтра-ционных, дренажных устройств); для учета в водохозяйственном расчете количества профильтровавшейся воды. Расчеты производятся для наиболее характерных поперечных элементов сечения плотины.

В данном курсовом проекте при выполнении фильтрационных расчетов следует ограничиться построением кривой депрессии в теле плотины и определением удельного фильтрационного расхода в теле плотины и в осно-вании. Расчет выполняется в сечении плотины по тальвегу при наличии воды в нижнем бьефе [4].

Количество точек при построении кривой депрессии следует принимать не менее пяти. Координаты кривой депрессии выписываются в таблицу.

Таблица 2.5

Координаты кривой депрессии в теле плотины

Х
hx

Фильтрационный расчет начинают с выбора расчетной схемы. Согласно [4], для руслового разреза уровень воды в верхнем бьефе принимается равным отметке НПУ, а в нижнем бьефе – по глубине Н₂, найденной по кривой зависимости Q=f(H₂) (подраздел 2.4) для максимального расчетного расхода Q_p (см. раздел 1).

Выбор расчетной схемы непосредственно связан с выбранным типом плотины (подраздел 2.5). Расчетная схема переносится на миллиметровую бумагу в масштабе, на которую после произведения расчета наносится кривая депрессии. Фильтрационные расчеты допускается производить, поль-зуясь разными аналитическими зависимостями, приведенными в техничес-кой литературе [4].

Р ис.2.10 Продольный профиль по оси плотины

1 – поверхность земли; 2 – снимаемый поверхностный слой грунта; 3 – гребень плотины; 4 – нижняя граница крепления верхового откоса; 5 – водосбросное сооружение.

Для обеспечения выбора расчетной схемы и аналитических зависимостей рекомендуется таблица 2.6.

Принятые при расчетах обозначения:

q_T ,q_O – искомые фильтрационные расходы через тело и основание плотины;

Н₁, Н₂ –глубины воды в верхнем и нижнем бьефах;

К_Т ,К_О ,К_Я ,К_Э ,К_З – коэффициенты фильтрации через тело, основание, ядро, экран, замок;

t_Я ,t_Э ,t_З – средняя толщина ядра, экрана, замка;

x,h_x – координаты депрессионной кривой;

h_Э – ордината депрессионной кривой непосредственно за экраном;

L_O – длина пути фильтрационного потока в основании под плотиной.

Условно принимается, что влияние водопроницаемости основания особо не влияет на положение кривой депрессии в теле плотины, все расчеты до-пускается производить по зависимостям для плотин на водонепроницаемом основании.

Таблица 2.6

Формулы для расчета фильтрации в земляных плотинах

Расчетная схема плотины	Расчетная зависимость
Однородная плотина с дренажным банкетом	Искомый фильтрационный расход через тело плотины: qT =KT(H^21 – H^22) / 2LP (2.9) LP = L+∆LB+∆LH ∆LB = m1H1 /(2m1+1) ∆LH = m^I1H2 /3 Кривая депрессии строится по уравнению: hx=[2qT(L+∆LH -x)/KT +H^22]^0.5(2.10) Кривую депрессии выравнивают визуально в зоне, где hx = H1 –qT /KT Искомый фильтрационный расход через основание плотины: qO =KOT(H1 –H2) /(LO+0.88T) (2.11)
Плотина с ядром, дренажным банкетом и замком	Плотина с ядром заменяется однородной плотиной простран-ственным способом, т.е. плотина мысленно расширяется на величину толщины ядра: t^Япр =tЯKT /KЯ (2.12) Искомый фильтрационный расход через тело плотины определяется по выражению (2.9), депрессионная кривая строится по уравнению (2.10). При использовании пространствен-ного способа в этих зависимостях вместо значения L подставляется значение приведенной длины: Lпр = L+t^Япр (2.13) Кривую депрессии строят на участке от ядра до дренажного банкета, первая точка кривой депрессии около ядра принимается приблизительно на расстоянии x1 =Lпр–L, дальше значение х увели-чивается таким образом, чтобы от ядра до дренажного банкета разместить 4-5 точек для построения кривой депрессии. Расход через основание плотины при наличии замка находится также с применением пространственного спосо- ба по формуле (2.11), в которой фактическая длина фильтрационного потока в основании под плотиной LO заменяется приведенной длиной, которая включает в себя пространственную толщину замка Lопр =LО+t^Зпр Пространственная толщина замка: t^Зпр =tЗKO /KЗ (2.14)
П лотина с экраном и дренажным банкетом	В этой схеме расчет фильтрации в теле плотины выполняется также как и для плотины с ядром, т.е. пространственным способом. Пространственная толщина экрана определяется по формуле: t^Эпр =tЭKTSinθ /KЭ (2.15) где θ – угол наклона оси экрана к горизонту. Кривую депрессии строят на участке от экрана до дренажного банкета.
Плотина с экраном, понуром и дренажным банкетом	Методом подбора определяется значение hЭ из уравнения: T[H1–(hЭ+H2)]/[Ln+m1(hЭ+H2)+ +0.44T]=hЭ[T+KT(H2+0.5hЭ)/KO]/L (2.16) Депрессионная кривая строится по уравнению: hx = (2h1x)^0.5 , где h1 = (L^2+h^2Э)^0.5–L – ордината кривой депрессии в начале дренажа. l=0.5h1 – расстояние, на которое кривая депрессии заходит в дренаж. Искомый фильтрационный расход: q =hЭ[TKO+KT(H2+0.5hЭ)]/L (2.17)

С целью уточнения размеров и конструкций противофильтрационных устройств и дренажных устройств выполняется проверка фильтрационной прочности тела плотины для поперечного профиля в русловом разрезе.

Оценка фильтрационной прочности тела плотины производится по усло-вию [3]:

(2.18)

где I_est.m – действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации;

I_cr.m – критический средний градиент напора;

γ_n – коэффициент надежности по ответственности сооружения.

Для однородной плотины (табл.2.6 схема 1) значение действующего среднего градиента напора находится по формуле:

(2.19)

где Н – напор, определяемый как разность отметок НПУ и УНБ;

L – расстояние от уреза воды в верхнем бьефе до крайней левой точки дренажа;

Н₁ – глубина воды в верхнем бьефе, определяется как разность отметок НПУ и дна реки.

Если в теле плотины есть экран или ядро (табл.2.6 схема 2, 3), то I_est.m находится по формуле:

(2.20)

где Z₁ – потери напора непосредственно в ядре или в экране (разница ординат кривой депрессии перед ядром или экраном и сразу за ними);

t – средняя толщина ядра или экрана.

Для плотины с понуром (табл.2.6 схема 4) I_est.m определяется по формуле:

(2.21)

где L_O – ширина подошвы плотины;

L_n – длина понура;

T_P – расчетная мощность водопроницаемого основания (если T < 0.5L_O , то Т_Р=Т ; если T > 0.5L_O , то Т_Р=0.5L_O).

Критический средний градиент рекомендуется принимать по табл. 2.7 [3].

Таблица 2.7

Значение критических средних градиентов напоров I_cr.m

Грунт	Значение критических средних градиентов напоров Icr.m для
	понура	экрана или ядра	тела и призмы плотины
Глина, глинобетон	15	12	8-2
Суглинок	10	8	4-1,5
Супесь	3	2	2-1
Песок: средний мелкий	- -	- -	1 0,75

Значение коэффициента надежности зависит от класса сооружения и принимается равным [3]: для I класса γ_n = 1,25; для II класса γ_n = 1,2; для III класса γ_n = 1,15; для IV класса γ_n = 1,1.