А = 0,14 (1 + 0,01i); (6.14)

1 а = 0,14 (1 + 0,01i); (6.14)

при i<1 a=0,14i ^0.25; (6.15)

Высота волны 1% обеспеченности в глубоководной зоне (h_d1%) будет равна:

 (6.16)

где K_1% находится по формулам (6.13 - 6.16) при i = l, т.е.

 (6.17)

В формуле (6.17) К_r и К_p - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, зависящие от типа крепления, могут быть определены по следующим зависимостям:

 (6.18)

где r - средний размер шероховатости, м (средняя крупность материала крепления или средний размер бетонных блоков). В формуле (6.18) при значениях r/h_d1%0,002 и r/h_d1%0,2, соответственно, следует принимать К_r = 1 и К_p = 0,9.

К_p = (0,9 - r/h_d1%) К_r (6.19)

в которой при значениях выражения (0,9-r/h_{d 1%}) <0,7 следует принимать (0,9 - r/h_d1%) = 0,7; К_r - определяется по (6.18).

Коэффициент К_sp в формуле (3-6), зависящий от расчетной скорости ветра и крутизны верхового откоса, может быть определен по формуле (6.20):

К_sp =0,11 [0,15 - V_w (l+0,4m₁) - 0,6m₁ + 8_,5] =

0,11 [0,15х25 (1+0,4х0,7) - 0,6х0,7+8,5] =1,4

в которую при скорости ветра V_w>20 м/с и V_w<10 м/с следует подставлять, соответственно V_w=20 м/с и V_w =10 м/с, а при заложениях верхового откоса m₁>5 величину К_sp=1,6 для значений V_w >20 м/c и K_sp =1,2 для значений V_w <10 м/с. Коэффициент пологости волны K_run в формуле (6.6) зависит от крутизны (заложения m₁) верхового откоса и может быть определен при глубине воды перед сооружением H₁2 h_d1% по следующим зависимостям: при m₁ 1,5

K_run = l,25 + lg (l + 6) = 1,25 + lg (l + 6) =1,7 (6.21)

при m₁>1,5

 (6.22)

При глубине воды перед сооружением H₁<2 h_d1% и при значениях m₁>l,5 вместо формулы (3-22) действует формула:

 (6.23)

Полученные по формулам (6.22) и (6.23) значения K_run следует ограничивать величиной K_run 2,6 - 2,7. Коэффициент K_β в формуле (3-6), учитывающий угол β подхода фронта волны к плотине (угол β можно принять равным углу α_w между продольной осью водохранилища и направлением ветра, β=α_w), определяется по зависимости:

= (1+90^1,82х10^-4) - ¹=1,6 (6.24)

где β =90 - угол подхода фронта волны, град. Высота наката на откос волн, произвольной обеспеченности i,% по накату определяется по формуле:

 (6.25)

где К_{нi -} коэффициент, учитывающий обеспеченность по накату, значения которого определяют по формуле:

 (6.26)

в которой i - заданная обеспеченность по накату,%.

В случае мелководной зоны (H₁) для определения высоты наката волны пользуются формулой (6.6), а высоту и длину волны корректируют по зависимостям:

 (6.27)

 (6.28)

где  и  - средние значения высоты и длины волны;

 и  - коэффициенты, определяемые по формулам:

= 1,06 { [2-H₁/] H₁/] }^0,38 (6.29)

= { [2,15 - H₁/] H₁/}^0,42 (6.30)

 

3.4 Гидравлический расчет водосбросного сооружения

Расчет водосливного фронта плотины и напора на плотине

Дано: Q = ,  = 100 м

Определение напора на гребне без учета бокового сжатия:

где m = 0,48- коэффициент для регулируемой плотины

Задаем ширину отверстий:

Ширина одного бычка:

Количество отверстий:

Число бычков:

n_б=n_отв- 1 =5 - 1 =4 бычка

Уточним окончательную ширину фронта:

Форма бычка: ξ=0,95 (ξ - коэффициент бокового сжатия плотины);

Эффективная ширина фронта водослива с учетом бокового сжатия в первом приближении:

 принимаем 96 м

Уточняем напор на гребне:

 

Определение скорости воды на подходе:

 где:

Расчетный напор на гребне:

 - коэффициент кинетической энергии

Определение удельного расхода

Определим глубину воды в сжатом сечении в первом приближении:

принимаем

Во втором приближении:

В третьем приближении:

Принимаю

Прогноз местных размывов

Основными параметрами, характеризующими местный размыв, являются его глубина и форма, которые зависят от типа сооружения, кинематических характеристик потока в конце крепления, особенностей грунта и соотношения между шириной водосливного фронта и шириной русла.

Задачами прогноза местных размывов являются определение максимальной глубины размыва, ширины, длины и заложения откосов воронки размыва.

Донный режим сопряжения бьефов - основной гидравлический режим сопряжения бьефов, который наблюдается при устойчивом нахождении струи у дна и характеризуется значительными и медленно затухающими по длине донными скоростями (это недостаток режима), а также вращением в вальце гидравлического прыжка плавающих тел. Режим является наиболее распространённым и часто реализуемой схемой гашения энергии. Транзитная струя может быть не затоплена (незатопленный или отогнанный гидравлический прыжок, обычно такой режим не допускается) и затоплена (затопленный прыжок).

Для низко и средненапорных сооружений обычно рекомендуется донный режим с применением гасителей энергии и растекателей потока, которые улучшают режим сопряжения бьефов, увеличивают интенсивность гашения энергии и приводят к перераспределению скоростей потока. Следует отметить, что наибольшая эффективность гашения энергии (до 65÷75%) происходит в затопленном гидравлическом прыжке.

Определение дальность отлета струи

Дальность отлета струи L, отброшенной с трамплина водослива, до встречи со свободной поверхностью нижнего бьефа определяется по формуле:

Здесь  - угол наклона струи к горизонту в створе уступа ();

g - ускорение силы тяжести;

,

q - удельный расход на носке трамплина;

 - коэффициент скорости, который для водослива с трамплином находится по формуле

 - превышение носка над уровнем нижнего бьефа ( = 2,71 м);

Т - превышение уровня верхнего бьефа над уровнем воды нижнего бьефа (Т = 55,4 м);

Н - напор на гребне водослива (Н = 11,7 м).

Принимаем высоту носка (трамплина)

Определяем коэффициент скорости

Далее определяем толщину струи в створе уступа

Следовательно дальность отлета струи будет равна

Для определения наибольшей дальности струи отлета используем формулу

Где ,

Таким образом наибольшая дальность струи отлета равна

Скорость струи на уровне свободной поверхности нижнего бьефа находится без учета изменения ее формы при движении в воздушной среде.

Далее определяем угол встречи струи со свободной поверхностью (угол входа):

,

Струя, войдя под уровень нижнего бьефа, движется по прямой при этом принимается, что ось струи касательная к точке встречи оси струи со свободной поверхность.

Приращение дальности падения струи с учетом движения под уровнем нижнего бьефа по прямой до дна размыва равно

Где hр - глубина в яме размыва.

Общая дальность падения струи на дно ямы размыва составит

Струя в полете насыщается воздухом и разрушается. Разрушение струи тем значительнее, чем больше скорость в струе и чем тоньше струя в начальном сечение.

Аэрация сказывается на ее толщине и дальности отлета. Для учета влияния аэрации и распада струи рекомендуется значение L принимается равной L*k=*= м, где k - поправочный коэффициент, величина которого находится по графику (рис.2б) в зависимости от числа Фруда для сечения уступа.

Яму размыва, образующуюся в месте падения струи, можно определить по эмпирической формуле И.Е. Мирцхулавы

К - коэффициент перехода от средних скоростей к актуальным (К = 1,5-2), W - гидравлическая крупность грунта, определяемая по формуле

м

Где d - расчетный диаметр частиц грунта, отвечающих фракциям, мельче которых в грунте содержится 90% частиц;  - удельные веса материала и воды с учетом. Вывод: меньше  размыва нет

3.5 Расчеты устойчивости и напряжений в плотине по СНиПу Расчет плотины из укатанного бетона на прочность и устойчивость на сокращенный состав нагрузок (СНиП 2.06.06-85)

Длина подошвы плотины:

B=113 м Hпл=73,5 м mt=mu=0,7

Расположение дренажной галереи:

adr=10 м

Сила давления воды с верхнего бьефа (при ФПУ):

Pu=0,5xH1² xγw=0,5x 71,7²x1=2570,5 т

Pw=0,5xH1xH2x γw=0,5x71,7x 50.19x1=1799.32т

Сила давления воды с нижнего бьефа:

Pt=0,5xHt²xγw=0,5x10²x1=50 т

T=0,5xHtxH3x γw=0,5x10x 7x1=35т

Вес плотины Gпл:

Gпл= γбx (B+b) /2xHпл=2,4x (113+10) /2x73.5=10848.6 т

Взвешивающее давление:

Wвзв=HtxBxγw=10x113x1=1130 т/м

Фильтрационное давление на подошву:

W1= 0,5xγwx ( (H1-Ht) - H4) xadr=0,5x1x ( (71,2-10) - 20) x10 = 206 т/м

W2= γwxH4xadr=1x 20x10 = 200 т/м

W3= 0,5xγwx (B-adr) xH4=0,5x1x (113-10) x 20= 1030 т/м

 

Сумма вертикальных сил:

 

N=Gпл+Pw+T-Wвзв-W1-W2-W3 = 10848.6 +1799.32+35-1130-206-200-1030 =10116.6 т

Момент всех сил относительно т.0:

 

M=Puxh1 - Ptxh3 + Txh4 - Pwxh5 + W1xC2 + W2xC3 + W3xC4=2570,5 х23.3-50х3.33+35х53.42-1799.32х39.72+206х52.41+200х50.75+ 1030х12.97 = 24432.42т/м

σuy= - N/B + 6M/B² = - 10116.6 /113 + 6x24432.42/ 113²= - 78.04 т/м

σty= - N/B - 6M/B² = - 10116.6 /113 - 6x24432.42/ 113²= - 101 т/м

R=Nxtgφ + CxB=10116.6x0.7 + 0x113=7081.62 т

F=Pu - Pt=2570,5-50=2520.5т

R/F=2.40>1.25

В особом случае выхода из строя стенки-завесы (при полном противодавлении):

Wпол=3082.45т/м

R= (Gпл + Pw + T -Wвзв -W) xtgφ + CxB= (10848.6+1799.32+35-1130-3082.45) x0,7 + 0x113=5929.4 т

R/F=2.35>1.25

Так как сечение расположено на аллювиальных отложениях, поэтому проверяем условие (4) СНиП 2.02.02-85:

 (4) B=113 м; σmax =101 т/м; γ1 = γвзв = 1.004 т/м³

Вывод: схема плоского сдвига выполняется.

Расчет водосливной плотины из укатанного бетона на прочность и устойчивость

на сокращенный состав нагрузок (СНиП 2.06.06-85)

Длина подошвы плотины:

B=94 м Hпл=60 м mt=mu=0,7

Расположение дренажной галереи:

adr=10 м

Сила давления воды с верхнего бьефа (при НПУ):

Pu=0,5xH1² xγw=0,5x 60²x1=1800 т

Pw=0,5xH1xH2x γw=0,5x60x 42x1=1260 т

Pа= H2х H3 x γw =42х11.7х1=491 т

Сила давления воды с нижнего бьефа:

Pt=0,5xHt²xγw=0,5x10²x1=50 т

T=0,5xHtxH3x γw=0,5x10x 7x1=35т

Вес плотины Gпл:

Gпл= γбx (B+b) /2xHпл=2,4x (94+10) /2x60=7488 т

Взвешивающее давление:

Wвзв=HtxBxγw=10x94x1=940 т/м

Фильтрационное давление на подошву:

W1= 0,5xγwx ( (H1-Ht) - H5) xadr=0,5x1x ( (60-10) - 17.48) x10 = 162.6 т/м

W2= γwxH5xadr=1x 17.48x10 = 174.8 т/м

W3= 0,5xγwx (B-adr) xH5=0,5x1x (94-10) x 17.48= 700 т/м

 

Сумма вертикальных сил:

 

N=Gпл+Pw+ Pа - T-Wвзв-W1-W2-W3 = 7488 +1260+491-35-940-162.6-174.8-700 =7226.6 т

 

Момент всех сил относительно т.0:

M=Puxh1 - Ptxh3 + Txh4 - Pwxh5- Pахh + W1xC2 + W2xC3 + W3xC4=1800 х23.81-50 х3.33+35х44.67-1260х32.89-491х26+162.6х43.67+ 174.8х42+700х9 = 10790т/м

σuy= - N/B + 6M/B² = - 6575.6 /94 + 6x12689.2/ 94²= - 69.55 т/м

σty= - N/B - 6M/B² = - 6575.6 /94 - 6x12689.2/ 94²= - 84.2 т/м

R=Nxtgφ + CxB=7226.6x0.7 + 0x94=5058.62 т

F=Pu - Pt=1800-50=1750 т

R/F=2.89>1.08

 

В особом случае выхода из строя стенки-завесы (при полном противодавлении):

Wпол=2241.17т/м

R= (Gпл + Pw + Pa + T -Wвзв -W) xtgφ + CxB= (7488+1260+491+93-940-2241.17) x0,7 + 0x94=4305.6 т

R/F=2.74>1.08

 

Так как сечение 1-1 расположено на аллювиальных отложениях, поэтому проверяем условие (4) СНиП 2.02.02-85:

 (4) B=94 м; σmax =84.2 т/м; γ1 = γвзв = 1.004 т/м³

Вывод: условие плоского сдвига выполняется.

при ФПУ Расчет водосливной плотины из укатанного бетона на прочность и устойчивость

на сокращенный состав нагрузок (СНиП 2.06.06-85)

Длина подошвы плотины:

B=94 м Hпл=60 м mt=mu=0,7

Расположение дренажной галереи: adr=10 м

Сила давления воды с верхнего бьефа (при ФПУ):

Pu=0,5xH1² xγw=0,5x 71.7²x1=2570 т

Pw=0,5xH1xH2x γw=0,5x71.7x 42x1=1505.7 т

Pа= H2х H3 x γw =42х11.7х1=491 т

Сила давления воды с нижнего бьефа:

Pt=0,5xHt²xγw=0,5x16.3²x1=132.85 т

T=0,5xHtxH4x γw=0,5x16.3x 11.41x1=93 т

Вес плотины Gпл:

Gпл= γбx (B+b) /2xHпл=2,4x (94+10) /2x60=7488 т

Взвешивающее давление:

Wвзв=HtxBxγw=16.3x94x1=1532 т/м

Фильтрационное давление на подошву:

W1= 0,5xγwx ( (H1-Ht) - H5) xadr=0,5x1x ( (60-10) - 17.48) x10 = 162.6 т/м

W2= γwxH5xadr=1x 17.48x10 = 174.8 т/м

W3= 0,5xγwx (B-adr) xH5=0,5x1x (94-10) x 17.48= 700 т/м

Сумма вертикальных сил:

N=Gпл+Pw+ Pа - T-Wвзв-W1-W2-W3 = 7488 +1505.7+491-93-1532-162.6-174.8-700 =6822.3 т

Момент всех сил относительно т.0:

M=Puxh1 - Ptxh3 + Txh4 - Pwxh5- Pахh + W1xC2 + W2xC3 + W3xC4=2570 х23.81-132.85 х5.43+93х43.2-1260х32.89-491х26+162.6х43.67+ 174.8х42+700х9 = 31022.86 т/м

σuy= - N/B + 6M/B² = - 6575.6 /94 + 6x31022.86/94²= - 48.88 т/м

σty= - N/B - 6M/B² = - 6575.6 /94 - 6x31022.86/94²= - 91 т/м

R=Nxtgφ + CxB=6822.3 x0.7 + 0x94=4775.61 т

F=Pu - Pt=2570-132.85=2437.15 т

R/F=1.96>1.08

В особом случае выхода из строя стенки-завесы (при полном противодавлении): Wпол=2241.17т/м, R= (Gпл + Pw + Pa + T -Wвзв -W) xtgφ + CxB= (7488+1507.7+491+93-1532-2241.17) x0,7 + 0x94=4064.57 т. R/F=1.66>1.08

 

Так как сечение 1-1 расположено на аллювиальных отложениях, поэтому проверяем условие (4) СНиП 2.02.02-85:

 (4) B=94 м; σmax =91 т/м; γ1 = γвзв = 1.004 т/м³

Вывод: условие плоского сдвига выполняется.

Литература

Обязательная (нормативная):

1.  СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. - М.: Госстрой РФ, 2004.

2.  СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения. - М.: Госстрой СССР, 1989.

3.  СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные. - М.: Госстрой СССР, 1986.

4.  СНиП 2.06.05-84*. Плотины из грунтовых материалов. - М.: Госстрой СССР, 1998.

5.  СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. - М.: Госстрой СССР, 1988.

6.  СП 33-101. Расчетные гидрологические характеристики. - М.: Госстрой РФ, 2001.

Обязательная (учебная):

7.  Рассказов Л.Н. и др. Гидротехнические сооружения. (Учебник, части 1 и 2). - М., Энергоиздат. 1996. - 780 с

8.  Каганов Г.М., Румянцев И.С. Гидротехнические сооружения. (Учебное пособие, книги 1,2). - М., Энергоиздат. 1994.

9.  Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. (Учебное пособие, части 1 и 2). - М., Энергоиздат. 1985. - 620 с

10.  Ляпичев Ю.П. Расчеты консолидации грунтовых плотин и оснований. (Учебное пособие) - М.: Изд. УДН, 1989. -120 с.

11.  Ляпичев Ю.П. Проектирование и строительство современных высоких плотин. (Уч. пособие). - М.: УДН, 1986. - 275 с.

12.  Розанова Н.Н. Бетонные плотины на нескальном основании. (Учебное пособие). - М., изд. РУДН. 1995. - 80 с.

13.  Гарбовский Э.А. Фильтрационные расчеты грунтовых плотин. (Учебное пособие). - М.: Изд. УДН, 1993. - 82 с.

14.  Гарбовский Э.А., Пономарев Н.К. Расчеты бетонных плотин. (Учебное пособие). - М.: Изд. УДН, 1999. - 404 с.

Дополнительная:

15.  Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика (под ред. Недриги В. П). - М., Стройиздат. 1983.

16.  Ляпичев Ю.П., Васильев В.Н. Пропуск расходов рек при строительстве гидроузлов. (Уч. пособие). -М., Изд. РУДН. 1979.

17.  Гидравлические расчеты водосбросных гидросооружений: Справочной пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 624 с.

18.  Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. - М.: Стройиздат, 1974. - 450 с.