Xreferat.com » Рефераты по географии » Расчет земляной плотины

Расчет земляной плотины

Курсовая работа

ГОУ- ВПО Уральский Государственный Технический Университет–УПИ

Екатеринбург 2005 г

Введение

Первые грунтовые плотины возводились еще до нашей эры в Индии, Египте, Китае и других странах. В России плотины из грунтовых материалов известны с X-XIII в.в. нашей эры. Их строили для создания прудов, приведение в движение мельниц и различных гидроустановок, применяемых при орошении, использовали на водном транспорте, в гидроэнергетике и других отраслях экономики. В середине прошлого столетия плотины из грунта по сравнению с другими их типами получили наибольшее распространение. Широкое распространение этого типа плотин связано с бурным развитием техники, предназначенной для производства земельно-скальных работ. Данный вид сооружений, благодаря своим особенностям, позволяет полностью механизировать весь технологический процесс своего возведения, от разработки грунта в карьере до укладки его в тело плотины. Широкому распространению этого типа плотин вплоть до наших дней способствует и то обстоятельство, что требование к деформациям оснований для них по сравнению с другими типами плотин являются наименьшими. Плотины из грунтовых оснований отличаются простотой конструкции и сравнительно низкой стоимостью.

Классическая плотина из грунтового материала обычно имеет поперечное сечение трапецеидального вида с прямолинейным или ломаным очертанием верхового («бровка») или низового («подошва») откосов, а также горизонтальные участки откосов, называемые «бермами».

При выборе типа плотины проектировщикам приходится учитывать целый ряд технико-экономических факторов. К основным из них можно отнести: качество и количество грунтов, имеющихся в данной местности; расстояние напоров этих грунтов до створа плотины; характер геологического строения основания; климатические условия; предлагаемый способ работ; условия строительства (запланированные сроки строительства, имеющееся оборудование и транспортные средства и т. д.).

Грамотно спроектированная плотина должна удовлетворять ряду требований:

тело плотины и ее основание должны быть устойчивыми при всех условиях их работы;

водосбросные устройства плотины и возвышения ее гребня над самым высоким уровнем воды в верхнем бьефе должны быть рассчитаны так, чтобы ни при каких условиях не происходило перелива воды через гребень плотины;

фильтрация воды через тело плотины и ее основание не должна быть значительной и приводить к большим потерям воды из подъемного бьефа, а также вызывать размывание грунта при выходе фильтрационного потока в нижнем бьефе;

верховой откос плотины должен быть защищен от разрушения его льдом и волнами, а низовой выпадающими осадками;

кроме того, сооружение должно быть экономичным.

I ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ

Основным вопросом при проектировании плотины из грунтовых материалов является определение ее устойчивого и экономически выгодного профиля. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты (отметки гребня плотины) и ширины, назначения заложения и очертаний откосов плотины, характеристик грунта тела и основания, а также условий строительства и эксплуатации.

Построение профиля земляной плотины сводится к определению высоты плотины Н и определению ширины гребня. Расчетная схема плотины приведена в Приложении 1.

1.1 Определение высоты плотины

Отметка гребня плотины назначается на основе расчета необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе. При этом рассматриваются два случая стояния уровня воды в верхнем бьефе:

1. Нормальный подпорный уровень (НПУ).

2. Форсированный подпорный уровень (ФПУ).

Высоту плотины в обоих случаях назначают с превышением d над расчетным уровнем воды в водохранилище, гарантирующем отсутствие перелива воды через гребень.

H = hв + d , м (1)

где hв - расчетная глубина воды в верхнем бьефе,

hв = НПУ – ОСН = 124 – 100 = 24 м

d – превышение над расчетным уровнем воды в водохранилище, гарантирующего отсутствие перелива воды через гребень плотины

d = Расчет земляной плотиныh + hн + a , м (2)

где Расчет земляной плотиныh – высота ветрового нагона воды;

hн – высота наката волн на откос плотины;

а – конструктивный запас, равен 0,5 м;

Высоту ветрового нагона определяем по формуле:

Расчет земляной плотины h = Кв * (W2 * A) * cosa / g * (hв + …),

где А - длина разгона волны, по условию А = 4000 м;

Кв - квадратичный коэффициент, зависящий от скорости ветра, при W = 30м/с, Кв = 3*10Расчет земляной плотины [1, 2]

Таблица 1

W, м/с 20 30 40 50
Кв*10-6 2,1 3 3,9 4,8

Расчет земляной плотиныh = 3*10Расчет земляной плотины*(302 * 4000) * cos 40° / 9,8 (24 +0) = 0,035 м

Определяем параметры ветровой волны при НПУ. Для этого вычисляем безразмерные комплексы: Расчет земляной плотины и Расчет земляной плотины,

где t – продолжительность действия ветра, принимаемая при отсутствии фактических данных 6 час = 21600 с.

Расчет земляной плотины = Расчет земляной плотины = 7063,2

Расчет земляной плотины = Расчет земляной плотины = 43,6

Расчет земляной плотины= 2,28 Расчет земляной плотины= 1,27

Расчет земляной плотины= 0,032 Расчет земляной плотины Расчет земляной плотины= 0,012

Выбираем наименьшее значение. Выражаем Расчет земляной плотины и Расчет земляной плотины:

Расчет земляной плотины = Расчет земляной плотины = Расчет земляной плотины = 1,102 м

Расчет земляной плотины = Расчет земляной плотины = Расчет земляной плотины = 3,8 с

Вычисляем среднюю длину волны:

Расчет земляной плотины = Расчет земляной плотины = 22,56 м

В качестве расчетного уровня при определении возвышения гребня плотины над расчетным уровнем принимаем нормальный подпорный уровень и учитываем высоту наката 1%-ой обеспеченности.

Высоту волны 1%-ой вероятности превышения определяем по формуле

h1% = Расчет земляной плотины*ki ,

где ki = 2,08 по графику [4] что соответствует значению комплекса

Расчет земляной плотины = 43,6

h1% = Расчет земляной плотины*ki = 1,102* 2,08 = 2,29 м

Используя приведенные выше данные, определяем:

КРасчет земляной плотины= 0,75, Кн = 0,60; ( по табл. 3.5 [3])

КРасчет земляной плотины= 1,5; КРасчет земляной плотины= 0,87; КРасчет земляной плотины = 1; (по табл. 3.6 [3])

при условии, что Расчет земляной плотины= Расчет земляной плотины = 9,85; тогда Кнг = 1,4 ([3, 4])

Высота наката:

hн = h1% * КРасчет земляной плотины* Кн * КРасчет земляной плотины * КРасчет земляной плотины * Кнг * КРасчет земляной плотины

h = 2,29*0,75*0,60*1,5*0,87*1,4*1 = 1,88 м

Вычисляем требуемое превышение гребня плотины над расчетным уровнем:

d = Расчет земляной плотиныh + hн + a = 0,035+1,88+0,5 = 2,415 м

Н = 24+2,415 = 26,415 Расчет земляной плотины 26,4 м

Аппроксимируя по высоте плотины по данным таблицы 10.1 на стр. 309 [4] принимаем коэффициенты заложения откосов m1 и m2

m1 =3,5 m2 = 3

1.2 Определение ширины гребня

Гребень плотины обычно используется для устройства автомобильной или железной дороги, размеры которых назначают, руководствуясь требованиями соответствующих нормативных документов [1, 2]. Основные параметры гребня плотины при устройстве на нем автомобильной дороги приведены в табл. 2

Таблица 2

Категория дороги Ширина, м
проезжей части обочин разделительной полосы гребня плотины
I 15,0 3,75 5,0 27,5
II 7,5 3,75 15,0
III 7,0 2,5 12,0
IV 6,0 2,0 10,0
V 4,5 1,75 8,0

Как следует из таблицы при устройстве по гребню автомобильной дороги II категории ширина его должна быть не менее 15 м.

Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается односторонний или двусторонний поперечный уклон, а на обочинах устраиваются ливнестоки. В нашем случае принимаем по рекомендациям [4] двусторонний уклон i = 0,015 .

Покрытие проезжей части автодороги выбирается в зависимости от ее категории и укладывается на подготовку из гравийно-песчаного или щебеночного грунта. Если гребень плотины сложен из глинистых грунтов, то для его защиты от промерзания укладывается слой несвязного (песчаного) грунта, толщина которого, включая и покрытие гребня, должна быть не менее глубины промерзания грунта в районе строительства. В сейсмических районах ширину гребня плотины и его превышение над расчетным уровнем воды обычно назначают несколько большим, чем при нормальных условиях эксплуатации, имея в виду возможность дополнительной осадки сооружения при сейсмических воздействиях, а в особых случаях возможность образования волны при обвалах береговых массивов грунта в водохранилище.

В пределах обочин в соответствие с ГОСТ 2.34.57 -79 устанавливается ограждение в виде бетонных столбиков. Со стороны верхнего бьефе может устраиваться сплошной волнозащитный парапет.

II КРЕПЛЕНИЕ ОТКОСОВ

Выбор заложения (крутизны) откосов плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, методов производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации. Назначенные заложения откосов затем проверяются расчетами статической устойчивости и при необходимости корректируются.

Ориентировочные значения заложений откосов земляных плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грунтов с прочностью, не меньшей, чем в теле плотины, приведены в табл. 3.6 [4].

Фрагмент таблицы 3.6 [4]

Высота плотины, м Заложение откосов
верхового низового
15… 50 3,0… 4,0 2,5… 4,0

Приведенные в табл.3.6 данные относятся к средним по высоте значениям заложения откосов. В высоких плотинах откосы могут иметь переменное заложение, увеличивающееся сверху вниз, что позволяет запроектировать более экономичный профиль плотины, обеспечивая устойчивость его откосов.

На откосах высоких и средней высоты плотин устраиваются бермы. На верховом откосе бермы устраиваются в конце основного крепления, создавая ему необходимый упор и обеспечивая возможность его осмотра и ремонта, и в местах изменения заложения откоса. На низовом откосе бермы служат для сбора и отвода дождевых и талых потоков, предохраняя тем самым. низовой откос от размыва, а также для обеспечения проезда в период строительства плотины. Иногда по бермам низового откоса могут прокладываться автомобильные или железные дороги. Как правило, бермы устраивают в местах изменения заложения откоса и сопряжения тела плотины со строительными перемычками. Расстояние между бермами по высоте плотины принимается равным 10...15 м.

Ширина бермы назначается не менее 3 м, если по ней предусматривается проезд, и не менее 1...2 м, если проезд не предусмотрен.

На внутренней стороне бермы устраивается кювет, служащий для сбора и организованного отвода дождевых и талых вод.

Крепления откосов. Откосы земляных плотин подвержены разрушающим воздействиям ветровых волн, течений воды, льда,

атмосферных осадков и т.д. Для предотвращения их разрушения предусматриваются соответствующие виды креплений.

Крепление верховных откосов плотин для защиты их от разрушения волнами выполняют из бетонных и железобетонных плит, камня и асфальтобетона.

В нашем случае для защиты верхового откоса земляной плотины от разрушающих воздействий ветра, волн, льда, течение воды, атмосферных осадков и др. факторов применяются бетонные плиты. Крепление из бетонных плит можно осуществлять при любых параметрах волн, возникающих на внутренних водоемах.

Монолитные железобетонные плиты используются для крепления откосов плотин на крупных водохранилищах при высоте волны от 2 до 4м. Швы между плитами могут быть открытыми или закрытыми с уплотнениями в виде резиновых диафрагм, просмоленных деревянных или железобетонных досок. Сборные железобетонные плиты имеют размеры в плане от 1,5 х 1,5 м до 5 х 5 м в зависимости от условий их транспортировки и удобства укладки на откос. В процессе укладки плиты омоноличиваются в секции размером в плане 20х20 м и более. Применяются они обычно при высоте волны до 2,5...3 м.

Расчет земляной плотиныРасчет земляной плотиныПримем стандартное значение каждой из плит 1,5 х 1,5 м. Толщина монолитных железобетонных плит может определяться из условия их устойчивости на откосе при воздействии взвешивающего давления воды при откате волны, и проверяют на прочность при обрушении волны на откос [4]. Предварительное значение толщины определяется по формуле

tп = 0,07*hн *3Öl / l * [rw / (rc - rw)] * Ö (m2 –1) / m

где hн, l - соответственно высота и длина волны, l = Расчет земляной плотины = 22,56 м;

l – длина ребра плиты в направлении, нормальном урезу воды, м;

rc, rw – соответственно плотность материала и воды, кг/м3;

m – заложение откоса.

После подстановки числовых значений получаем tп = 0,12м

Для сборных плит толщину принимаем на 15% больше [4], то есть

t =

Похожие рефераты: