Проектирование водохранилищного гидроузла

5. Из точки О проводим пунктирную линию до кривой скольжения. 

6. Выделенный массив грунта, который  может сползти по дуге окружности  R (область откоса, ограниченную кривой скольжения и внешним очертанием плотины, R₁= 15,7м; R₂=15,4м), разбивают на вертикальные отсеки шириной b = 0,1R, размещая нулевой отсек под центром скольжения.

Обозначают откосы от нулевого вверх по откосу – положительными значениями. Вниз к подошве плотины – отрицательными.

При ширине отсека b = 0,1Rсинус угла равен порядковому номеру отсека поделенному на 10.

Для неполного отсека принимают соответственно его доле от полной ширины отсека.

 

n – порядковый номер отсека

Грунт плотины выше кривой депрессии  имеет естественную влажность, а  ниже ее находится в насыщенном водой  состоянии.

7. Высоту отдельных частей  отсека при естественной влажности  h^′ (h_ес) (см. рис.) при насыщении водой h^′′ (h_н) определяют графически по чертежу.

8. Физико-механические  характеристики грунтов следует  устанавливать по данным натурных  исследований, а при их отсутствии  для предварительных расчетов  – принимать по табл. 6.2.

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.2

Физико-механические характеристики грунтов

Грунты	Угол внутреннего трения, φ 0		Удельное сцепление, С, т/м2		Порис- тость	Удельный вес, т/м3	Объемный вес, т/м3
	при естественной влажности	при насыщении водой
			естествен ной влажности	насыщенного водой
Глина	20-26	12 – 16	3,0-6,0	2,0-3,5	0,35...0,5	2,74	1,37-1,78
Суглинок	21-27	15 – 20	2,0-4,0	1,5-3,0	0,35...0,45	2,71	1,49–1,76
Супесь	25-30	20-23	0,5-1,3	0,3-0,5	0,30...0,45	2,70	1,49-1,89
Песок: пылеватый мелкий средний крупный и гравелистый	26-32 28-34 35-38 38-40	24-30 27-32 34-37 35-38	0,2-0,6 0,2-0,4 0,1-0,2 0,1	2-0,6 2-0,4 1-0,2 0,1	0,38...0,44 0,38...0,43 0,35...0,41 0,35...0,41	2,66 2,66 2,66 2,66	1,49-1,65 1,49-1,65 1,57-1,73 1,57-1,73
Раститель-ный ил	–	–	–	-	-	–	1,40– 1,60

 

Т.к. отсеки по высоте имеют  грунты различной влажности, то для  удобства расчетов вычисляют приведенную  высоту отсека по формуле:

 

где - высота полосы грунта при естественной влажности, м;

 

- высота полосы грунта  при насыщении водой, м;

- объемный вес грунта  при естественной влажности, т/м³ (определяют по табл. 6.2);

- объемный вес грунта  при насыщении водой (ниже кривой  депрессии),   т/м³, определяемый по формуле:

                                    (4.35)

где  - плотность воды = 1 т/м³;

- удельный вес грунта  в сухом состоянии, т/м³ (по табл. 6.2);

n – пористость грунта, определяемая по формуле:

 

9. Относительно  центра скольжения в точке О на отсеки действует собственный вес отсека – G, равный (см. рис.6.2):

 

Рис. 6.2 Силы действующие на отсек

Сила G раскладывается на 2 составляющие нормальную N и касательную S.

Нормальная сила, направленная по радиусу кривой скольжения определяется как:

,

где α – угол между вертикалью и вектором нормальной силы;

- приведенная плотность  грунта.

Касательная сила, вызывающая сдвиг  n-го отсека по кривой скольжения определяется по формуле:

 

10. Нормальная составляющая собственного  веса вызовет появление силы  трения, которая будет равна:

 

φ – угол внутреннего трения  (принимаем по табл. 6.2)

 

11. Для  сокращения расчетов  силу сцепления С определяют не по отсекам, а по участкам с одинаковым удельным сцеплением.

Cилу сцепления (С), возникающую на подошве массива обрушения определяют по формуле:

 

 

где с₁, с₂, с₃, - удельное сцепление грунта тела плотины и основания, соответствующее дугам l₁, l₂, l₃. (т/м²) , принимается по таблице 6.2.

 – длина участка кривой  скольжения в пределах отсека, м.

Определяется по формуле:

 

R₁= 15,7 м:      R₂=15,4  м:

_{β1= 18 l =4,9    β1=18 l =4,8}

_{β2=27 l =7,4    β2=31 l =8,3}

_{β3=64 l =17,5   β3=52l =14,0}

где - угол, образованный радиусом, проведенным из центра кривой скольжения до пересечения с границами участков с постоянными значениями удельного сцепления (углы ,, при расчетах «вручную» измеряют по чертежу).

R – радиус кривой сдвига, м

Средний градиент фильтрационного  потока находится по формуле:

 

Для R₁=15,7

 

Для R₂=15,4

 

где - падение депрессионной кривой в пределах массива обрушения (определяется графически);

- расстояние, на котором  произошло падение депрессионной  кривой на (определяется графически).

13. Площадь фильтрационного  потока  (фигура А₁Д₁ЕЖ) находится как

 

где b – ширина отсека;

– высота полосы грунта при  насыщении водой, м;

Для R₁=15,7

 

 

Для R₁=15,1

 

 

14. Коэффициент устойчивости  откоса для плотин с дренажем:

 

Где r – плечо фильтрационной силы Ф.   

 

 

 

Вывод: коэффициент устойчивости откоса К<1,5, следовательно откос  устойчив.

 

Определение действующих  сил (R=15,7 м)

№ отсека (n)			, (графи- чески)	, (графи- чески)			φ	tgφ		с	l
10	0,06	1,00	0,2	0	0,2	0,01	30	0,58	0,12	1,3	4,9	6,37
9	0,9	0,44	2,9	0	2,9	2,61	30	0,58	0,73
8	0,8	0,6	3,9	1,1	4,58	3,67	24	0,44	1,21	0,5	7,4	3,7
7	0,7	0,71	3,6	2,5	5,15	3,61	24	0,44	1,62
6	0,6	0,8	3,1	3,7	5,39	3,24	24	0,44	1,9
5	0,5	0,87	2,8	4,3	5,47	2,73	24	0,44	2,08
4	0,4	0,92	2,5	4,8	5,48	2,19	20	0,36	1,81	0,3	17,5	5,25
3	0,3	0,95	2,1	4,8	5,08	1,52	20	0,36	1,74
2	0,2	0,98	2,1	4,9	5,14	1,03	20	0,36	1,81
1	0,1	0,99	2,2	3,8	4,56	0,46	20	0,36	1,63
0	0	1,0	2,3	2,6	3,91	0,00	20	0,36	1,41
-1	-0,1	0,99	0,6	2,5	2,15	-0,22	20	0,36	0,77
-2	-0,2	0,98	0	2,1	1,3	-0,26	20	0,36	0,46
-3	-0,3	0,95	0	1,7	1,05	-0,32	20	0,36	0,36
-4	-0,4	0,92	0	1,0	0,62	-0,25	20	0,36	0,2
-5	-0,3	0,95	0	0,2	0,12	-0,04	20	0,36	0,04
Сумма			28,3	40	52,98	20,02			17,86			15,32

 

Определение действующих  сил (R=15,4м)

№ отсека (n)			, (графи- чески)	, (графи- чески)			φ	tgφ		с	l
10	0,27	0,96	0,6	0	0,6	0,16	30	0,58	0,34	1,3	4,8	6,24
9	0,9	0,44	2,7	0	2,7	2,43	30	0,58	0,68
8	0,8	0,66	3,4	1,0	4,03	3,22	24	0,44	1,06	0,5	8,3	4,15
7	0,7	0,71	3,4	2,1	4,72	3,31	24	0,44	1,48
6	0,6	0,8	2,9	3,1	4,85	2,91	24	0,44	1,71
5	0,5	0,87	2,4	3,7	4,73	2,37	24	0,44	1,8
4	0,4	0,92	1,9	4,1	4,48	1,79	20	0,36	1,48	0,3	14,0	4,2
3	0,3	0,95	1,5	4,2	4,15	1,24	20	0,36	1,42
2	0,2	0,98	1,1	4,1	3,68	0,74	20	0,36	1,3
1	0,1	0,99	1,0	3,7	3,33	0,33	20	0,36	1,19
0	0	1	0,8	2,1	2,12	0,00	20	0,36	0,76
-1	-0,1	0,99	0	1,5	0,95	-0,09	20	0,36	0,34
-2	-0,2	0,98	0	1,2	0,76	-0,15	20	0,36	0,27
-3	-0,3	0,95	0	0,9	0,57	-0,17	20	0,36	0,19
-4	-0,37	0,93	0	0,4	0,25	-0,09	20	0,36	0,08
Сумма			21,7	32,1	41,92	18,00			14,12			14,59

 

 

7. Выбор трассы и построение продольного профиля по оси водосбросного сооружения

При назначении трассы водосбросного  сооружения учитывают топографические, геологические, гидрогеологические и  строительно-экономические условия.

Трассу водосбросного  сооружения намечают в обход плотины, по более пологому берегу, если сопрягающим  сооружением служит быстроток, и  на более крутом – в случае многоступенчатого перепада. Под трассой понимают осевую линию сооружений, проложенную на местности с разбивкой на ней пикетажа. Для обеспечения плавного движения потока воды на водосбросном тракте, когда трасса имеет углы поворота, в них вписывают кривые с радиусом не менее пятикратной ширины канала по урезу воды, т.е. .

При разбивке кривых, когда  задан угол поворота , вычисляют тангенс по формуле:

 

 

 

Следует иметь в виду, что здесь тангенс () не является тригонометрической функцией, а определяется как длина отрезка прямой от угла поворота до начала или конца кривой. Длину кривой определяют по формуле

 

 

Биссектриса угла определяется как

 

 

Зная тангенс и длину  кривой, определяют пикеты начала и 
конца кривой.

 

По оси намеченной трассы вычерчивают продольный профиль. Продольные профили принято вычерчивать  в разных масштабах - большем по вертикальной оси и меньшем по горизонтальной (горизонтальный – масштаб плана, вертикальный 1:200). На профиле наряду с отметками поверхности земли (черными отметками), расстояниями между  фиксированными точками (соседние точки  с фиксированными отметками поверхности  земли на продольном профиле соединяют  прямыми линиями) и пикетами наносят  также проектные отметки сооружений (красные отметки), план трассы с  указанием местоположения начала и  конца кривых. На продольном профиле  приводят также грунты и их физико-механические характеристики. Продольный профиль  строят по оси трассы водосбросного  тракта по материалам геодезических  съемок. При предварительном проектировании его можно выполнить камерально, используя для этого план с горизонталями.

Определение отметок дна  водосбросного сооружения. На профиль  трассы водосбросного сооружения со стороны водохранилища наносят  линию НПУ. Точка пересечения  этой линии с линией откоса долины (со стороны верхнего бьефа) будет  началом входной части подводящего  канала (сечение I-I). Длину подводящего канала определяют следующим образом: из точки сечения I-I проводят пунктирную горизонтальную линию до пересечения с линией откоса долины, балки (со стороны нижнего бьефа). От этой линии откладывают вниз разницу глубин подводящего канала на откос долины