gts_otvety

Если водоупор залегает очень глубоко, то принимают что он отсутствует и глубина фильтрации рассчитывают по формулам.

Входное сечение фильтрации дно ВБ, выходным считается дно НБ.

Фильтрация воды под сооружением является напорным, так как нет свободной поверхности воды.

Расчет фильтрации проводится с учетом работающих противофильтрационных элементов, к ним относятся:

•Понур перед плотиной

•Вертикальные шпунты, завесы, диафрагмы и дренажные устройства для вывода воды. Понур и вертикальные элементы удлиняют путь фильтрации, чем длинее путь, тем меньше сил для фильтрационного потока.

Дренаж – это устройство отводящее воду из грунта, для того чтобы она не давила на сооружение. Обычно фильтрационный расход полностью поглощается дренажом.

Ломаная линия сопряжения всех элементов плотины с грунтом основания называется

подземным контуром сооружения(флютбет).

Для предварительного расчета фильтрации под сооружением на нескальном основании применяют 2 способа:

7.Аналитический (Метод коэффициентов сопротивления)

8.Графический (Метод удлиненной контурной линии).

Метод удлиненной контурной линии

Прежде чем приступить к расчету фильтрации необходимо определиться с её

глубиной Tрасч.

За Tрасч. принимается наименьшее значение из 2 величин Tрасч.--

>наименьшее значение из ТД и TА.

ТД - действительная глубина залегание водоупора, снимается с геологического

разреза, если в данных водоупора не будет, то тогда ТД принимается

бесконечностью.

TА - активная глубина фильтрации, определяется по формулам:

l0

S0

Такт

l0 – длина водопроницаемой части подземного контура в

≥5

0,5 l0

горизонтальном направлении.

S0 – максимальное заглубление вертикального элемента

3,4 ≤ <5

2,5 S0

подземного контура.

1≤ <3,4

0,8 S0 +0,5 l0

Та

<Тд , то берем Та .

0 ≤ <1

S0 +0,3 l0

Та

>Тд , то берем Тд .

Метод удлиненной контурной линии основан на теории, что падение напора на всем пути

фильтрации прямо пропорционально пройденному пути.

λ

вх

=λ

вых

=0,44 Т

ср

,

Т

ср

=

Т1

+Т2 +Т3

, W = S

эпюры

γ

B

.

n

ф

Частные случаи метода:

При шпунте в заглубленном в водоупор вместо реальной длины шпунта откладывается виртуальная длина, т.к. заглубленный шпунт является более лучшей преградой для фильтрационной воды.

lвирт =η1 ,

Если плотина стоит на глинистом основании и в ВБ устроен анкерный бетонный понур, то при расчете фильтрации считается, что Tрасч =Такт . А удлиняется контурная линия строится как для

висячего шпунта, т.е. без lвирт .

12. Фильтрация под плотиной на скальном основании.

Водонепроницаемость скальных пород характеризуется удельным водопоглащением и коэффициентом фильтрации, которые зависят от трещиноватости массива, наличие заполнителя трещин и в значительной мере от нагруженного состояния пород.

Водопроницаемость скального массива может уменьшится при сжимании трещин под влиянием сжимающих напряжений и наоборот увеличивается при открытии трещин под влиянием растягивающих напряжений.

Вскальных породах возможны фильтрационные деформации 2-х видов.

•Механическая суффозия (размыв и вынос заполнителя трещин)

•Химическая суффозия ( выщелачивание легко растворимых пород и включение). Фильтрационный поток может двигаться в скальных породах не заполняя полностью трещины и поэтому это движение не подчиняется закону Дарси.

Для снижения противодавления на плотину и недопущения деформаций устраивают противофильтрационные элементы:

Завесу устраивают ближе к напорной грани прямо или под наклоном.

Длина завесы зависит от напора на сооружение от водопроницаемости породы.

Цементационная завеса и вертикальный дренаж. Wф = Sэпюры γB

Вертикальная дренажная система устраивается за цем. Завесой обычно это вертикальная скважина. Длина цем. завесы зависит (0,5-0,7)H, а дренаж (0,5-0,75)l цем. завесы.

Устраиваемые в основании дренажи не могут полностью снять фильтрационное давление в отличнии от нескального основания, так как скважины дренажа не в состоянии перекрыть все трещины.

13.Классификация водопропускных сооружений.

Водопропускными называют сооружения, обеспечивающие пропуск воды через гидроузел для различных водохозяйственных целей.

Они обеспечивают пропуск воды, через ГУ для различных водохозяйственных целей.

По их функциональному назначению различают:

•Водосбросы - сооружения для сброса из водохранилища излишков воды и льда в период прохождения паводков.

Кроме основных водосбросов бывают резервные для пропуска редких паводков и временные для пропуска воды во временя строительства.

•Водовыпуски – сооружения для осуществления полезных попусков воды из водохранилища в русло реки, канал, трубопровод. ( для водоснабжения, сельского хозяйства, судоходных целей).

•Водоспуски – сооружения для полного или частичного опорожнения водохранилища в целях осмотра или ремонта сооружений, для промывки верхнего бьефа от наносов.

По расположению в гидроузле водопропускные сооружения делятся на:

•Плотинные (русловые)

•Береговые (пойменные)

По расположению входного отверстия:

•Поверхностные (вода в них поступает в безнапорном режиме) к ним относятся водосливы, быстротоки, перепады, шахтовые и вихревые водосбросы).

•Глубинные, погруженные под уровень воды.

•Донные, размещаются возле дна.

По наличию затворов:

1. Регулируемые (с затворами),

2. Нерегулируемые (или автоматические, без затворов).

По условию движения воды:

•Безнапорные

•Напорные

•Со смешанным гидравлическим режимом

1-плотинный поверхностный с затворами,

2- плотинный поверхностный без затворов,

3- плотинный глубинный с затвором,

4- плотинный донный с затвором,

5-береговой, поверхностный с затвором, 6-пойменный, береговой, глубинный с затворами.

14.Расчётные расходы для водопропускных сооружений.

Расчетные расходы, которые должна пропустить водопропускная плотина определяется методом гидрологии с учетом водохозяйственныйх задач и возможности использования проектируемых и действующих водохранилищ для трансформации стока.

Расчетные максимальные расходы назначают исходя из обеспеченности устанавлеваемой в зависимости от класса сооружения для 2х расчетных случаев основного и поверочного. Пропуск расчетного расхода для основного случая должен обеспечиваться при НПУ через все водопропускные сооружения гидроузла при полном их открытии и через гидроагрегаты ГЭС.

Qр.осн =Qmax.осн −QР.ГЭС −QC ,

QР.ГЭС - количество агрегатов участвующих в пропуске расчетных расходов должно быть не

более (n-1) при числе агрегатов n ≤6 , (n-2) при числе агрегатов 7 ≤ n ≤12, (n-3) 13 ≤ n ≤18, (n-4) - n ≥19 .

QР.ГЭС =(n −1) Q1агр , Q1агр - расход через 1 агрегат.

QC - расход через другие водопропускные сооружения ГУ.

При количестве затворов на водосливной плотине более 6 следует учитывать вероятную невозможность открытия одного затвора и исключать один пролет из расчета пропуска паводка.

Пропуск расчетного расхода для поверочного случая, должен обеспечиваться при ФПУ, всеми водопропускными сооружениями ГУ, всеми турбинами ГЭС, водозаборными сооружениями для водоснабжения и оросительных систем, шлюзами и рыбопропускниками

Qр.пов. =Qmax пов −QГЭС −QC −Qшлюз. ,

Qр.пов. - расчетный поверочный, Qmax пов - с кривой обеспеченности.

В строительный период водослив рассчитывается на расходы обеспеченности СНиП.

15.Водосливная плотина, её профиль и основные размеры.

Чаще всего для сброса паводких вод используют поверхностные водосбросы, которые называют

водосливными плотинами.

Они лучше гарантируют пропуск паводка, а их затворы легко доступны к осмотру и легко приводятся в действие.

Водосливная плотина разбивается быками на отдельные отверстия, перекрываемые затворами. Быки служат опорами для затворов, для служебных и переходных мостов, и на них располагают стационарные подъемные механизмы для затворов.

Ширина водосливного фронта будет состоять из суммы отдельных отверстий В =Σb и должна быть достаточной, чтобы пропустить основной расчетный расход.

В =Σb = n b , В-ширина водосливного фронта,

n- число отверстий, b - ширина отверстий (одного отверстия).

В= QРq.ОСН , q -удельный расход.

Для студенческих работ:

q =(1,15 ÷1,25)qp , qp - расход на рисберме, зависит от грунта основания.

hНБ - глубина воды в НБ.

Ширина и высота отверстий на водосливе перекрываемых затворами стандартизированы и выбираются из определенного ряда значений:

Ширина: 4,5,6,7,8,10,12,…,20. Высота: 2,4,5,6,7,8,9,10,12,14…

Стандарные значения корректируются в большую сторону.

Если пролётов 7 и более построиться будет фронт В = B1 расч +1пролёт= B1 расч + b . Высота водослива – это разность отметок гребня водослива минус отметка дна реи.

СВ = Гр.вод − дна, Гр.вод = НПУ − НВ , Н0 - напор на водосливе.

Н= Н0 − αυ02 , υ0 - скорость потока перед плотиной.

В2g

υ0 =

QР.ОСН

, δБ

- толщина быка.

( НПУ − дна) (B + (n −1) δБ )

QР.ОСН

2 3

Q

Р.ОСН

=σ

П

σ

сж

m B

2g H 3 / 2

, Н

0

=

.

0

σП σсж m B

2g

П− коэффициент подтопления, сж − коэффициент бокового сжатия, зависит от формы быков, m

– коэффициент расхода, зависит от формы водослива.

1)Водослив подтоплен, если его гребень находится ниже уровня НБ, и сопряжение происходит по типу затопленного прыжка..

Для низконапорных плотин устанавливают водослив с широким порогом обычно прямоугольной формы, или чуть сглаженной. ВПОД =(2 ÷10)НВ

2)Чаще всего бывают водосливы практического профиля.

Очертания этого профиля совпадают с траекторией перелива воды через тонкую стенку. И строится по таблице Кригера-Офицерова.

Коэффициент указанные в таблице умножаются на Н0 .

R =(0,2 ÷0,5) (CB + HB ).

Если водосливная плотина имеет большой запас усойчивости, то необходимо облегчить профиль с целью экономии бетона.

Водосливная плотина со стороны НБ может иметь уступ. 3) Распластанный профиль

Строится также как и практический профиль, но как бы растянут по горизонтали. m=0,49.

16.Быки водосливной плотины.

Форма быков в плане со стороны ВБ должна быть плавной.

Толщина быка зависит от размера отверстия (от размера затвора) от конструкции мостов, от наличия в быках технологических помещений.

Быки водосливных плотин разбивают водосливной фронт плотины на ряд отверстия, служащих: а) опорами для затворов, перекрывающих отверстия; б) опорами для переходных и служебных мостов;

на них располагают стационарные подъемные механизмы затворов.

В плотинах с выступами фундаментной плиты быки устраивают на всю длину плиты (вдоль потока): они выполняют роль ребер жесткости, воспринимая главные растягивающие напряжения, которые появляются в них от действия на плотину нагрузок в направлении вдоль потока

Высота быков должна быть достаточна, чтобы закрепить на нем затвор. Предварительный подбор толщины быка:

1)δБ =(2 ÷6)м, сегментные от 1 м.

2)Если бык разрезной, то ширину быка увеличивает от полуметра до

метра δБ =(1 ÷1,5)м 3) по Березинскому в зависимости от ширины пролета:

Если b ≤10м, то δБ =(0,2 ÷0,25)b, Если 10 <b ≤ 20м, то δБ =(0,12 ÷0,16)b , Если 20 <b ≤30м, то δБ =(0,1 ÷0,13)b ,

d0 =(0,8 ÷1,5)м- толщина шейка быка.

l1 =(1,0 ÷1,5)м.

Отметку верха быков со стороны ВБ следует назначать с учетом обметки верха, глухой плотины, тип затворов условиями маневрирования или от подъёмных и трнспорных механизмов.

Минимально допустимая отметка гребня быка должна быть равна:

ГБ = ГВ + (1,5 ÷ 2) Нст .

Затвор лучше устанавливать в наивысшей точке.

17.Устройство НБ за водосливом. Сопряжение бьефов и гашение энергии потока.

При пропуске воды через водосливную плотину получают поток, который характеризуют большими скоростями, а значит повышенной кинетической энергией и большой размывающей способностью.

Если за плотиной не защитить дно реки, то может образоваться размыв глубиной в 2-3 напора на плотину.

Говоря о размыве в НБ различают:

Опасный размыв – это местный размыв за плотиной, когда воронка размыва достаточно глубока и близко расположена к сооружению. В связи, с чем сооружение может подмываться и разрушаться.

Безопасный местный разрыв за плотиной – это когда воронка размыва стабилизируется и её положение и размеры не являются опасными для сооружения.

Для защиты грунта основания от размыва русло НБ за плотиной необходимо укрепить, а иногда и углубить, чтобы уменьшить стоимость укрепления русла дополнительно устраивают различные гасители энергии потока.

Гасители энергии:

•Водобой - это армированная бетонная плита предназначенная для гашения избыточной энергии потока и для защиты русла от размыва.

Плита должна быть примерно такой длины, чтобы на ней разместился гидравлический прыжок.

lвод =(1 ÷1,25) lпр , lпр = 2,5(1,9 hC′′ − hC )- длина прыжка.

Если на водобое есть энергогасители, то на длине можно съэкономить

lвод =(0,75 ÷1) lпр .

Толщина плиты может быть постоянной или переменной, уменьшаясь по течению, определяется из условия устойчивости плиты на всплытие на опракидывание и сдвиг: Для предварительных расчетов по формуле Добровского:

δВ =0,15 υС hC , υС - скорость в сжатом сечении.

От тела плотины водобой отделяется деформационным швом, чтобы избежать трещин в этом месте.

Водобой разрешается вертикальными швами вдоль потка, чаще всего по осевым линиям быков. Все эти швы водопроницаемы.

• Рисберма – располагаются за водобоем в пределах послепрыжкового участка. Выполняется из отдельных бетонных плит или каменной наброски.

lрисб =lПГ =(1 ÷2)lвод .

Конструкция рисбермы по течению облегчается, если в послепрыжковом участке толщина плит может достигать от 1 до 5, то на конце толщина (0,5-0,8) продольные швы между плитами укладываются в перевязку.

Размеры сторон плит бывают разные 2-20 м, если плиты прямоугольные то длинная сторона укладывается по течению.

Иногда плиты соединяются между собой арматурой образуя как бы единое Каменная рисберма выполняется наброском камнем размером 20-30 мм, в верхних слоях камень должен быть крупнее, чем в нижних.

У рисбермы всегда есть концевой участок в виде ковша, зуба.

Ковш – в конце рисбермы заранее разрабатывается небольшая яма размыва, у которой верховой откос и дно укрепляеся. hmax p =1,3g /υH .

Главное свойство, присущее рисберме – гибкость, позволяющая ее плитами не теряя связи между собой, следовать возможным перемещениям речного типа. Дренаж. От фильтрационного давления под плотиной устанавливают дренаж, отвод воды из дренажа в НБ осуществляется по дренажным колодцам.

Нижняя часть плотины (заглубленная в основание) – фундаментная плита, понур, водобой, рисберма и ее концевое крепление, шпунты.

А)

Б)

а)гладкий водобой с порогом б)водобой с гасителями, расщепителями. Концевая часть крепления. Её выполняют в виде ковша с камнем, зуба или каменной отсыпки. Дно ковша закладывают на отметке ожидаемого размыва. Верховой откос и его подошву покрывают гибким креплением из бетонных плит на щебеночной подсыпке.

Режимы сопряжения бьефов и гашение энергии потока.

Гашение энергии потока происходит в основном за счет турбулезации преобразование вихрей, за счет соударений струй при динамическом воздействии на препятствия Различают следующие гидравлические режимы сопряжения бьефов.

1.Донный с наименьшими скоростями у дна когда струя движется возле дна, а сверху образовывается вихревой валец.

2.Поверхностный с наибольшими скоростями у поверхности когда поток сходит с уступа движение у поверхности потока в нижний бьеф и накрывает валец возле дна

3.Режим отброшенной струи, когда сбросной поток движется в воздухе, а в месте падения образуется поверхностный вальцы. Наиболее эффективное гашение энергии происходит

при данном режиме при затопленном гидравлическом прыжке.

Отогнанный прыжок не применяют, так как это ведет к удорожанию водобоя. Гасители энергии:

1.Водобойный колодец представляет собой плиту заглубленную под грунт и образует успокоительный бассейн.dкол =σhC′′ −(hНБ + ∆z), σ - коэффициент запаса. (1,05-1,15).

2.Водобойная стенка выполняется без заглубления и устанавливается обычно в конце водобойной плиты ее очертания в поперечной профиль может быть различным

dстен =σhC′′ − Нст , Нст = m q2g 2 3 = 2gα(σqh2 ′′)2 .

m – коэффициент расхода зависит от формы стенки, иногда выполняется комбинированная стенка колодец+стенка.

3. Специальные гасители из ж/б бетона на водобое: пирсы, шашки, растекатели.

Пирсы и шашки устанавливают на водобое после сжатого сечения, растекатели в самом начале водобоя, шашки могут располагаться на ресберме.

Гаситили устанавливают в 1-3 ряда в шахматном порядке. Эти гасители выполняют 3 роли

1.Реактивную – уменьшает затопленную глубину поднимают поверхность водобоя.

2.Дисипативную роль – разбивают поток на мелкие струйки и вызывают перемешивание между собой.

3.Распределительная – перераспределение поток по руслу с целью уменьшения скоростей. Режим отброшенной струи применяется когда глубина НБ значительно меньше 2 сопряженной глубины и при возведения водосбросов на прочных слаборазмывающих оснований.

18.Типы береговых водосбросов и их конструктивные особенности.

Глубинные и донные водосбросы – это галереи в теле плотины или трубчатые конструкции в теле грунтовой плотины.

Важное преимущество их комплексное использование, сначала для пропуска строительных расходов, а затем в качестве эксплуатационного водосброса.

Глубинные водосбросы в бетонных плотинах состоят из водоприемника, водопроводящей галереи и кольцевого участка с устройством гашения энергии потока.

Бывают прямоугольные и круглые сечения. В гидравлическом отношении лучше круглые, но предпочтение отдают прямоугольным, которые легче технологически возводить и такие галереи не требуют специальных затворов (конусных, игольчатых). По условиям проточности плотины ширина водосброса не должна превышать 50% ширины секции.

Водосбросы в бетонных плотинах рекомендуется выполнять в металлической облицовке.

Трубчатые водосбросы чаще применяются в невысоких грунтовых плотинах. В состав трубчатого водосброса входит:

•Головная часть в виде водосливной башни

•Донная труба

•Выходной оголовок с устройством гашения энергии

потока

Донные трубы выполняются из ж/б: с круглым, овальным и прямоугольным сечением. При необходимости нескольких труб их объединяют в одну. По длине трубы разрезают температурно-осадочными швами ч/з 20-25 м которые уплотняются водонепроницаемыми шпонками чтобы исключить промыв грунта в теле плотины.

При проектировании глубинных водосбросов особое внимание уделяется конструирование входного оголовка который должен обеспечивать поступление воды в водосброс с небольшими потерями напора, иметь простое очертание и быть безкавитационным. Оптимальное очертание оголовка эллиптическое.

Плавные формы оголовка позволяют избежать образования воронок в ВБ которые недопустимы, т.к. в них поток воды захватывает воздух.

Минимальное заглубление верха отверстия водосброса при котором отсутствует образование воронки у=0,52 h1/2, υ и h(высота сечения) берется там где перестает сужаться входное сечение.

Береговые водосбросы – это водосбросы расположенные не в теле плотины, а на берегах. Применяются:

•В составе низконапорных гидроузлов с грунтовой плотиной при необходимых сбрасываемых расходов обычно в виде каналов

•В составе средних и высоконапорных гидроузлов:

a)Когда размещение водосброса в теле плотины встречает некоторое конструктивное затруднение или оказываются дороже, чем вне плотины (Когда створ полностью перекрыт грунтовой плотиной арочной или многоарочной плотины).

b)В случае узких ущелий и недостаточности водосливного фронта

c)При устройстве строительных водосбросов в виде обходных туннелей которые затем легко перестроить в эксплуатационные водосбросы.

Основные части водосбросов.

Головная или водоприемник, сбросная, концевая.

Головная – поверхностная или глубинная отверстия, в которые поступает вода из водохранилища. Она может устраиваться как отдельно от плотины на берегу, так и в береговой части плотины входя в напорный фронт гидроузла.

Средняя сбросная часть служит для прохождения воды с верхних отметок на нижнюю. В связи с конструктивными особенностями можно выделить следующие типы береговых водосбросов.

1.Поверхностные открытые водосбросы.

ввиде каналов, быстротоков, ступенчатых и консольных перепадов.

2.Трубчатые поверхностные водосбросы.

ввиде ж/б труб уложенных в грунтовую выемку с их полной, частичной засыпкой. (применяется в ГУ с небольшим напором(5-10м) и не скальных грунтах).

3.Тунельные.

с различными гидравлическими режимами. Если туннель выполнен в виде вертикальных или наклонных шахт, то такой водосброс – шахтный.

Концевая часть обеспечивает сопряжение с НБ и может быть выполнена в виде водосбросного колодца, в виде уступа с поверхностным режимом сопряжения и в виде консоли и трамплина. Быстротоки – водосбросные каналы с уклоном дна больше критического. У быстротока есть подводящий канал. Который обеспечивает равномерную подачу воды. С минимальными потерями напора канал в плане обычно криволинейный и сужается. В районе водоприемника откосы канала крепятся.

Головная часть у быстротока чаще всего водосливная с широким порогом, реже практического профиля с затвором и без затворов.

Сбросная часть быстротоков это бетон или ж/б лоток прямоугольной формы или трапециевидного сечения.

Уклон обычно 0,05 – 0,25 для не скальных. Для скальных до 0,7.

Многоступенчатые перепады применяются при больших уклонах местности более 0.25, и небольших удельных расходах до 15м3/м.

Сбросная часть перепада выполнена в виде ступени из одинаковых по размеру колодцах образованными боковыми или поперечными стенками. Размер колодца и высоту водосливной стенки назначают из условия гашения энергии потока( затопленного гидравлического прыжка). Обычно высота ступени 4-6м. Длина ступени не менее 2м. Высота перепада уровней над ней для лучшего гашения энергии. Дно колодца имеет обратимый уклон.

У консольного перепада сама консоль опирается на систему стоек жестко связанных по верху. И загубленных в грунт ниже возможной ямы разрыва. Поверхность консоли может быть горизонтальной или с обратным уклоном.

Туннельные водосбросы применяют при пропуске расходов при до 6000 м3/с, на 1 тунель. Гидротехнические туннели представляют собой водоводы замкнутого поперечного сечения, и устанавливаются в земной коре без удаления выше лежащего слоя грунта. Конструкция туннеля зависит от гидравлического режима потока. При напорном гидравлическом режиме туннель