Проектирование комплексного гидроузла (стр. 4 из 10)
Табл. 1.9.Координаты кривой депрессии
| Xn | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 45 | 50 |
| Yn | 6,12 | 4,52 | 2,25 | 0,51 | -0,95 | -1,16 | -2,24 |
По полученным координатам на поперечном профиле плотины строимкривую депрессии (рис. 3).
1.3.2 Фильтрация в теле плотины с экраном на водонепроницаемом основании
При расчёте виртуальным методом экран заданных размеров, выполненный из грунта с коэффициентом фильтрации Кэ, заменяют на эквивалентную в фильтрационном отношении призму с коэффициентом фильтрации Кт.
Порядок расчёта:
1). По формуле (14) находим среднюю толщину экрана δср.:
δср. = (6 + 3) / 2 = 4,5 м
2). Определяем приведённую (виртуальную) толщину эквивалентного экрана:
Lпр.э. = δср. * Кт / (Кэ * sinΘ), (21)
где Θ – угол наклона средней линии экрана к основанию плотины.
Кэ = 0,1 м/сут.
Lпр.э. = 4,5 * 0,3 / (0,1 * sin45˚) = 19,0 м
3). Вычисляем приведённую ширину гребня плотины:
bпр.гр = bгр + Lпр.э. – δср, (22)
bпр.гр = 7 + 19,0 – 4,5 = 21,5 м.
4). Величину L определяем по следующей зависимости:
L = m1 * d + bпр.гр+ m2 * (H + d), (23)
гдеm1и m2- коэффициенты заложения верхового и низового откосов:
m1 = ctgΘ, m2 = 2,5;
bпр.гр- ширина гребня плотины:bгр = 7 м;
d – превышение над расчётным уровнем воды:d = 2,96 м.
L = ctg45˚ * 2,96 + 21,5 + 2,5 * (13+ 2,96) = 51,36 м
- ширина эквивалентного профиля плотины по основанию: 
, (24) 
; 
мРассчитаем высоту выхода депрессионной кривой на низовой откос над уровнем основания плотины в нижнем бьефе:
м (25)Строим кривую депрессии по уравнению:
(26)где: у – ордината кривой депрессии;
Н – глубина воды в верхнем бьефе;
q – расход фильтрационного потока через тело плотины:
(27)где Кф - коэффициент фильтрации тела плотины. Кф = 0,3 м/сут
Табл. 2.10.Координаты кривой депрессии
 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
 | 9,52 | 9,02 | 8,49 | 7,92 | 7,31 | 6,64 | 5,90 | 5,05 | 4,03 | 2,64 |
По полученным координатам на поперечном профиле плотины строимкривую депрессии (рис. 4).
1.4 Расчет устойчивости низового откоса
Проверка устойчивости низового откоса плотины осуществляется согласно СНиП 2.06.05–84.
Расчеты устойчивости откосов грунтовых плотин всех классов следует выполнять для круглоцилиндрических поверхностей скольжения. При использовании метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения выполняют следующее:
1). Строят область нахождения центров поверхностей скольжения;
2). Проводят круглоцилиндрические поверхности сдвига;
3). Вычисляют значения коэффициентов устойчивости откоса для множества поверхностей сдвига по формуле:
Куст = Rудер. / Fсдвиг, (28)
где Rудер, Fсдвиг- равнодействующие моментов удерживающих сил и сдвигающих сил.
4).Делают вывод об устойчивости откоса и правильности принятого его заложения. Откос считается устойчивым, если:
Куст Кн * Кс / Км, (29)
где Кн– коэффициент надёжности по классу сооружения, для плотин 3-го класса Кн = 1.15;
Кс- коэффициент сочетания нагрузок, для основного сочетания равен 1;
Км- коэффициент равный 0.95.
Для построения области нахождения центра поверхности сдвига предложено несколько методов. Один из наиболее простых метод В.В. Фандеева, в котором рекомендуется центры круглоцилиндрических поверхностей сдвига располагать в криволинейном четырёхугольнике. Этот четырёхугольник образуется следующими линиями, проведёнными из середины откоса: вертикалью и прямой под углом 85˚ к откосу, а также двумя дугами радиусов:
и 
, (30)где К1и К2- коэффициенты внутреннего и внешнего радиусов, которые определяются в зависимости от заложения откоса.
При коэффициенте заложения низового откоса m2 = 2.5, К1 = 0,875 и К2 = 2,025
Т. о.: R1 = 0,875 * 15,0 = 13,1 м;R2 = 2,025 * 15,0 = 30,3 м.
Поверхность сдвига на поперечном профиле плотины представляет собой дугу окружности радиуса
, проведённую таким образом, чтобы она пересекала гребень плотины и захватывала часть основания. Проведём окружность радиусом R = 30 м.Значение коэффициента устойчивости откоса для кривой сдвига вычисляем для 1 мдлины плотины в такой последовательности:
(1) Область, ограниченную кривой сдвига и внешним очертанием плотины (массив обрушения), разбиваем вертикальными прямыми на отсеки. Ширина отсеков равна b. При расчёте «вручную» удобно величину b принимать равной 0,1R, центр нулевого отсека размещать под центром кривой сдвига, а остальные отсеки нумеровать с положительными знаками при расположении их вверх по откосу и с отрицательными – вниз к подошве плотины, считая от нулевого отсека.
(2) Для каждого отсека вычисляем siną и cosą, где ą – угол наклона подошвы отсека к горизонту. При b = 0,1*R значение siną = 0,1*N, где N – порядковый номер отсека с учётом его знака;
.Рассчитаем величину b:
Далее считаем величины siną, cosą и вносим в таблицу 2.2. Порядковый номер N определяем по чертежу (рис. 5).
(3) Определяем средние высоты составных частей каждого отсека, имеющих различные плотности (рис. 5):
– слоя грунта тела плотины при естественной влажности; 
- слоя грунта тела плотины при насыщении водой; 
- слоя грунта основания при насыщении водой; 
- слоя воды (на рисунке не показан). В качестве средних высот принимаем высоты частей, замеренные по чертежу в середине отсека. При наличии по краям массива обрушения неполных отсеков их эквивалентная средняя высота: 
где
- площадь неполного отсека, определяемая графически. (31)Определим площади неполных отсеков 10 и –7:
ω10 = 3,75 м2; ω-7 = 0,5 м2.
Отсюда определяем средние высоты отсеков:
h10 = ω10 / b = 3,75 / 3,0 = 1,25 м; h-7 = ω-7 / b = 0,5 / 3 = 0,16 м.
(4) Вычисляем плотность грунта каждого слоя по формулам:
; 
; 
, (32)где
- плотность грунта тела плотины при естественной влажности; 
- плотность грунта тела плотины при насыщении его водой; 
- плотность грунта основания при насыщении водой; 
- пористость грунта; 
- коэффициент, зависящий от влажности грунта – при влажности, равной 12…18%, 
- плотность воды; 
- удельная плотность частиц грунта тела плотины;