Проектирование гидротехнических сооружений

 

                                                              R_Wп=1,06 м.

 

 

13. Определение силы фильтрационного давления

 

Произведем расчет для основного  случая (при ) за непроницаемую часть контура принимаем длину линии тока от начала понура, до первого вертикального дренажа.

Параметры фильтрационного потока определяются с помощью построения схемы (Приложение В). На прямой последовательно  откладываются длины элементов  подземного контура. Крайние отрезки  достраиваются на величину, где – среднее расстояние до водоупора, таким образом учитывают дополнительные потери на вход и на выход.

Определим расчетное заглубление  водоупора  ([10], таблица 3.3 стр. 48):

Определим соотношение 

длина водонепроницаемой  части флютбета ([11] стр. 36, рис.3.5). В  нашем случае ровно посредине  имеется вертикальный дренаж, значит:

 

максимальная  глубина забивки шпунта:

 

Забивка основного королевого шпунта производится на глубину ([10] стр. 148)

.

 

По ([10], таблица 3.3 стр. 48):

значит промежуточную  схему подземного контура и при  этом

 

 

Виртуальная длина подземного контура ([10], стр. 55):

 

где 

  действительная длина подземного контура от начала понура до вертикального дренажа

Определим ( приложение В):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная длина:

 

Разворачиваем подземный  контур в линию. От крайних точек 1 и 11 откладываем отрезки, равные l₀, в результате получаем контурную линию А-Б.

Отрезок l₀ учитывает дополнительные сопротивления потока на входе и выходе и равен:

l

Откладываем вертикальную линию  от А равную напору для основного  и особого сочетания нагрузок:

 

Определим фильтрационное давление:

 

где  площадь эпюры фильтрационного давления, действующего на подошву плотины (определяем по приложению В).

 

Определим плечо действия силы :

 

 

Произведем расчет для  поверочного случая (при ). За непроницаемую часть контура принимается линия тока он начала понура до второго ряда дренажных колодцев на водобое.

Расчет аналогичен расчету основного  случая, только на чертеже изменяется длина А-Б и высота A – A’ =

 

Виртуальная длина подземного контура ([10], стр. 55):

 

где 

  действительная длина подземного контура от начала понура до вертикального дренажа                             

Определим длину линии  А-Б( приложение В):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная длина:

 

Разворачиваем подземный  контур в линию. От крайних точек 1 и 11 откладываем отрезки, равные l₀, в результате получаем контурную линию А-Б.

Отрезок l₀ учитывает дополнительные сопротивления потока на входе и выходе и равен:

l

Откладываем вертикальную линию  от А равную напору для основного  и особого сочетания нагрузок:

 

Определим фильтрационное давление:

 

где  площадь эпюры фильтрационного давления, действующего на подошву плотины (определяем по приложению В).

 

 

 

 

3.14 Определение силы взвешивающего давления

 

      Для построения эпюры взвешивающего давления определим ординату заглубления b под УНБ для обоих сочетаний нагрузок:

 

(м).

 

(м).

Определим величину взвешивающего давления:

 

,

где S₂ – площадь эпюры взвешивающего давления (приложение1).

 

(кН),

 

(кН).

 

Плечо силы взвешивающего давления R = 0 м.

 

Все нагрузки, рассчитанные в пункте 3, сведем в таблицу 3.1.

 

g_f – коэффициент надежности по нагрузки [5].

 

        Знак момента  силы выбираем в зависимости  от действия на сооружение: если сила, действующая на плотину, стремится повернуть ее по часовой стрелке относительно середины подошвы, то моменту от этой силы присваиваем знак «+», иначе – момент от силы считаем отрицательным.

Таблица 3.1

Нагрузки, действующие на плотину

Нагрузки	gf	Направление	Основное сочетание			Особое сочетание
			Сила, кН	Плечо, м	Момент, кН×м	Сила, кН	Плечо, м	Момент, кН×м
Гидростатическое давление ВБ	1	®	4411,55	9,99	44071,38	4863,88	10,49	51022,1
Гидростатическое давление НБ	1	¬	987,65	4,73	-4671,58	1087,49	4,96	-5393,95
Пригруз воды с ВБ	1	¯	2193,51	10,1	-22154,45	2311,23	10,1	-23343,4
Пригруз воды с НБ	1	¯	693,37	12,4	8597,78	824,04	13	10712,5
Вес плотины	1,05	¯	8251	-1,19	-9818,6	8251	-1,19	-9818,6
Вес бычка	1,05	¯	5696	-1,25	-7120	5696	-1,25	-7120
Вес затвора	1,2	¯	40,99	7,4	-303,32	40,99	7,4	-303,32
Вес подъемного механизма	1,2	¯	43,88	7,4	-324,71	43,88	7.4	-324,71
Давление наносов	1,2	®	35,9	6,65	238,73	35,9	6,65	238,73
Активное давление грунта	1,2	®	6,47	0.31	2,00	6,47	0.31	2,00
Пассивное давление грунта	1,2	¬	884,08	1,02	-901,76	884,08	1,02	-884,76
Волновое давление	1	®	57,8	2,5	144,5	8,85	1,11	9,82
Фильтрационное давление	1	­	1606,4	11,4	16764,5	1815	10,9	18893,5
Взвешивающее давление	1	­	4805,31	0	0	5042,36	0	0
ΣW, кН	­¯		23330,37			24022
ΣW, кН	¬ ®		6383,45			6886,67
ΣM, кН×м			16434,47			23690

 

4. Расчет прочности плотины

 

                 Расчет прочности производим  по методу предельных состояний  первой группы (предельное состояние первой группы – состояние, при достижении которого сооружение становится не пригодным к эксплуатации, в результате разрушения материала).

                Расчет прочности состоит в  определении нормальных, касательных  и главных напряжений со стороны  напорной и низовой граней  по контактному сечению.

              Исходя из практических соображений,  в расчетах плотины на прочность  сжимающие напряжения, как преобладающие, приняты со знаком «+», а растягивающие – со знаком «-».

 

Основное сочетание нагрузок.

 

                Нормальные напряжения на контакте  основание–бетон σ_у рассчитываем методом сопротивления материалов по формуле внецентренного сжатия:

 

                                                                                                     (4.1)

 

где V – сумма вертикальных сил, действующих на плотину (табл. 3.1);

       М – сумма  моментов всех сил, действующих на плотину (табл. 3.1);

       в – ширина  подошвы плотины.

 

         Для напорной  грани выражение (4.1) имеет вид:

 

 

                                          

 

        Для низовой грани выражение (4.1) имеет вид:

 

                                                      

 

                                          

 

                                                      

 

 

           Нормальные  напряжения по вертикальным площадкам  по контактному сечению с напорной  грани:

 

                                                                             (4.2)

 

где γ₀ – удельный вес воды, γ₀=ρ_в·g;

       у – заглубление  сечения от ÑНПУ, у = ÑНПУ - Ñпод=78-53=25 м;

       m₁= tgα₁, α₁ – угол между напорной гранью и вертикалью.

 

          Так  как напорная грань вертикальна,  то tgα₁=0.Тогда формула (4.2) примет вид:

 

                                                    

 

                                            

 

           Со  стороны низовой грани нормальные  напряжения по вертикальным площадкам  выражаются формулой:

 

                                                     

 

где m₂= tgα₂, α₂ – угол между низовой гранью и вертикалью.

     

 

            Тогда нормальные напряжения  будут равны:

 

                                             

 

             Касательные напряжения в рассматриваемом  сечении со стороны напорной  грани:

 

                                                  

 

Поскольку m₁=0, то =0.

 

              Касательные напряжения со стороны  низовой грани:

 

                                                        

 

                                                 

 

 

             Определим главные напряжения, действующие в контактном сечении.

             Главное напряжение, действующее  нормально к напорной грани:

 

 

 

             Второе главное напряжение у напорной грани:

 

 

 

             Главное напряжение, действующие нормально низовой грани:

 

      

 

                                             

 

             Второе главное напряжение у низовой грани .

 

Особое сочетание нагрузок.

 

              При особом сочетании нагрузок  расчет напряжений производим  аналогично основному сочетанию.

 

              Для напорной грани выражение  (4.1) имеет вид:

 

    

 

где значения V и М принимаем для особого сочетания нагрузок (табл. 3.1).

 

 

              Для напряжений со стороны низовой грани выражение (4.1) имеет вид:

 

      

 

 

              Нормальные напряжения по вертикальным  площадкам по контактному сечению  основание – бетон с напорной  грани:

 

                                                                

где γ₀ – удельный вес воды, γ₀=ρ_в·g;

       у – заглубление  сечения от ÑФПУ, у =ÑФПУ - Ñпод = 79,5-53 =26,5 м;

       m₁=tgα₁, α₁ – угол между напорной гранью и вертикалью.

 

              Так как напорная грань вертикальна,  то tgα₁=0, тогда:

 

 

 

               Со стороны низовой грани нормальные  напряжения по вертикальным площадкам  выражаются формулой:

 

       

 

где m₂=tgα₂, α₂ – угол между низовой гранью и вертикалью,  

              Тогда нормальные напряжения  будут равны:

 

 

              Касательные напряжения в рассматриваемом  сечении со стороны напорной  грани:

 

 

Поскольку m₁=0, то =0.

 

              Касательные напряжения со стороны  низовой грани:

 

        

 

         

             Главное напряжение (в контактном сечении), действующее нормально к напорной грани:

 

 

 

              Второе главное напряжение у напорной грани:

 

 

 

    Главное напряжение, действующие нормально низовой грани:

 

          

 

                                                

 

                Второе главное напряжение у  низовой грани  .

 

Сведем полученные напряжения в  таблицу 4.1

 

Табл. 4.1

Напряжения, возникающие в плотине.

Напорная грань			Низовая грань
Напряжение	Основное сочетание нагрузок	Особое сочетание нагрузок	Напряжение	Основное сочетание нагрузок	Особое сочетание нагрузок
	кПа	кПа		кПа	кПа
	593,9	576,6		758,59	815,16
	245,25	259,96		189,64	203,79
	0	0		379,3	407,5
	245,25	259,96		988,06	1018,75
	593,9	576		0	0