Водосбросная плотина в составе средненапорного гидроузла

                Московский Государственный Строительный Университет

                                      Кафедра гидротехнических сооружений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Курсовая работа

На тему : ”Водосбросная плотина в составе

средненапорного гидроузла”.

 

 

                                                          

 

 

Факультет:   ГСС

Курс:   IV

Группа: 5

Студент:  Галимов И.М.

Консультант: Бестужева А.С.

 

 

                                                  

 

 

 

 

                                                                            

Москва 2012

Оглавление  курсового проекта

                                       

                                                Глава 1.

 Условие района строительства (исходные данные). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

                                                Глава 2.

  Конструирование водослива и гидравлические  расчеты. . . . . . . . . . . . . . 4

1. Выбор удельного расхода на рисберме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
2. Проектирование водосливного фронта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
3. Определение напора на гребне водослива. . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4. Определение условия сопряжения бьефов при

    маневрировании затворами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

2.5  Расчет водобойного колодца. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

6. Расчет пропуска поверочного расхода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
7. Расчёт водобойного колодца со стенкой.. . . . . . . . . . . . . . . .15

                                               Глава 3.

   Проектирование подземного контура и фильтрационные расчеты. . . . . . 17

1. Выбор схемы подземного контура. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
2. Построение эпюры фильтрационного противодавления. . . . . .17
3. Определение фильтрационного расхода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4. Определение фильтрационной прочности грунтов основания .17

                                               Глава 4. 

     Проектирование конструкции водосливной плотины и

                        статические расчеты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

1. Сбор действующих нагрузок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2. Расчет устойчивости на сдвиг. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3. Расчет контактных напряжений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..27

Глава 5.

Гидравлические  расчеты пропуска строительных расходов......28-29

 

    Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1.

Условие района строительства (исходные данные).

В задании  на курсовой проект дан участок карты  и геологический разрез поймы  реки, на котором необходимо запроектировать  гидроузел комплексного назначения. В состав будущего гидроузла будут  входить: здание ГЭС, бетонная гравитационная водосливная плотина, грунтовая плотина и шлюз

                                Физико-технические характеристики

Наименование Грунта	Удельный вес частиц грунта gч	Удельный вес сухого грунта      g	Угол внутр. трения tg j	Удельное сцепление С,кПа	Коэффициент фильтрации Кф,см/с
Супесь	26,2	17,5	22	6,5	1,3*

 

Расчетные расходы  воды (м³/с)

Расчетный	Поверочный	ГЭС	Минимальный	Максимальный в строительный период	При перек- рытии русла
5800	6900	1200	400	1600	600

 

      Отметка нормального подпорного уровня (НПУ):      116,00 м

      Отметка уровня мертвого объёма (УМО):                   111,00 м

      Толщина льда в водохранилище:                                 0,5 м

      Отметка дна  реки:                                                          101 м

      Назначение гидроузла:                                                  комплексное

       Состав плотинного узла:   бетонная водосливная плотина, здание ГЭС, земляная плотина, шлюз .

Лед толщиной 0,5 м в заданных условиях строительства будет таять в верхнем бьефе и не будет сбрасываться в нижний бьеф из-за малого напора.

Уровень воды в реке при  пропуске Q_расч=116м.

При пропуске Q_0,01%=116,95м.

При пропуске Q_min=104м.

Максимальный напор на плотину равен 15,95м. 
Глава 2.

Гидравлический расчет водосливной плотины

2.1 Выбор удельного  расхода на рисберме

       Выбор удельного расхода через водосбросные и водопропускные сооружения выполняется путем технико-экономического сравнения вариантов с учетом геологического строения основания, скоростей течения, допускаемой глубины размыва, условия гашения энергии и растекания потока в нижнем бьефе.

       Для определения удельного расхода на предварительных стадиях проектирования воспользуемся следующими способами:

1)По  допустимым скоростям за рисбермой

       Задаемся допустимой средней скоростью на рисберме в зависимости от вида грунта, на котором располагается  рисберма:

• для глинистых грунтов: 3,0 ¸ 4,0 (м/с).

       Принимаем допускаемую не размывающую скорость u_доп= 3,3(м/с), т.к. основание супесь.

        Принимаем отметку поверхности воды на рисберме, равной отметке поверхности воды в реке в естественных условиях. И по кривой Q=f(H) находим отметку уровня воды в нижнем бьефе при расчетном расходе. Расчетный расход равен Q_расч = 5800 м³/с, отметка нижнего бьефа равна ÑНБ = 107,5 м. Зная отметку дна реки Ñ_дна = 101 м, находим глубину потока в нижнем бьефе

t_б = ÑНБ – Ñ_дна = 107,5-101 = 6,5 м.

Определяем  удельный расход:

q_рисб = u_доп × t_б = 3,3 × 6,5 = 21,45 м²/с

 

2) По способу Б.И. Студеничникова

Яма размыва  русла составляет:

h_яр = 2t_б h_яр3t_б

По формуле Студеничникова:

Назначаем глубину ямы размыва  за сооружением  равной

, где

1.1 – коэффициент размывающей  способности (зависит от длины  крепления в нижнем бьефе);

g – ускорение свободного падения, g = 9.81 м/с²;

d_экв. – эквивалентный диаметр агрегатов (для глинистых грунтов зависит от e);

K_р – коэффициент размывающей способности потока, зависящий от коэффициента кинетической энергии и условий схода потока с рисбермы;

Так как глинистые грунты, в отличие  от песчаных, не распадаются на агрегаты, согласно таблице №4 принимаем значение d_эквив. = 0.01 м.

Полученное значение нас полностью  удовлетворяет, т.к. входит в допустимый интервал 13м<13,3м<19,5м.

2.2 Конструирование водосливного  фронта

Водосливная грань состоит из быков и пролетов, через которые производится пропуск  воды.

Расход, который  должен быть пропущен через водослив, будет равен расчетному расходу.

Q_в/с = Q_расч =5800 м³/с

b – ширина пролёта;

d – ширина быка;

n – количество пролётов;

n-1 – количество быков.

 

Поскольку расход за водосливом должен равняться расходу  на водосливе, то можно вывести следующие равенство:

 

b×n×q_в = B_рисб×q_рисб.

Из этого  равенства можно выразить удельный расход на водосливе:

, а т.к. можно принять , то находим удельный расход на водосливе: q_в/с = 1,25 × q_рисб =1,25·21,45 = 26,8 м²/с.

Общая ширина водосливного фронта равна:

Принимаем количество пролётов n = 11, а ширину пролётов b = 20 м. Все быки разрезные, ширину быка принимаем равной 5 метра.

Находим ширину рисбермы и удельный расход:

В_рисб= b×n + (n-1)×d = 20×11 + 10×5 = 270 м;

 

 

2.3 Определение отметки  гребня водослива

Методом последовательных приближений находим напор на водосливе и отметку гребня водослива.

, где

m – коэффициент расхода водослива;

e – коэффициент учитывающий боковое сжатие;

s_п – коэффициент учитывающий подтопление водослива.

, где

d = 0,3×Н + d_гор, ширина вставки на водосливе;

d_гор = 2 м, ширина горизонтальной вставки.

Удельный  расход через водослив:

Первое  приближение

m = 0,49; e = 1,0; s_п = 1,0.

 =5,3 м

, где u₀ – скорость подхода воды к водосливу.

м/с, т.к. u₀=0,5 м/с, то её надо учитывать.

Р_в = Т – Н,  – высота водослива.

Т = ÑНПУ – Ñдна = 116 – 101 = 15 м.

Р_в = 15 – 5,28 = 9,7м.

Ñгр.в. =ÑНПУ – Н = 100 – 11,35 = 88,65 м

ÑНБ = 88,9 м следовательно, есть подтопление. =f(h_п/H)

h_п =88,9 - 88,65 = 0,25 м.

            (h_п/H)=0,02→ s_п=1

Второе  приближение

 

С = 0,3×5,28+2 = 3,6 м

 

Третье  приближение

 

С = 0,3×5,68+2 = 3,7 м

 

Принимаем: Н = 5,7 м; Ñгр.вс. = 110,3 м. ; Р=9,3 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очертание водослива  практического профиля строится по известным координатам Кригера  – Офицерова.

 

 

 

Внизу водосливная  поверхность плотины плавно сопрягается  с горизонтальной поверхностью крепления  нижнего бьефа цилиндрической поверхностью

радиусом  R.  Величина этого радиуса назначается в зависимости от высоты плотины и напора на гребне водослива. Сопрягающий радиус находится интерполяцией по таблице значений сопрягающих радиусов.

Для Н = 5,7 м. принимаем R =2  м.

2.4 Определение форсированного подпорного  уровня

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первое  приближение

m=0,465; e=0,98; s_п=1 – характеристики при расчетном расходе

Q_max = 6900 м³/с – поверочный расход

u₀=Q_max/W_фпу=6900/11900=0,58 м/с, т.к. u_{00,5 м/с, то её} необходимо учитывать.

ÑФПУ = Ñгр.вс. + Н_ФПУ = 110,3+ 5,91 = 116,21 м

 

 

 

 

Второе  приближение

С = 3,6 м

 

Третье  приближение

 

 

 

Принимаем Нфпу= 6,35 м

ÑФПУ = Ñгр.вс. + Н_ФПУ = 110,3+ 6,35 = 116,65м

2.5 Расчет сопряжения бьефов при маневрировании затворами

       За водосбросной плотиной на нескальном основании принимают донный режим сопряжения бьефов с затопленным гидравлическим прыжком.

При ширине пролета b=20 м целесообразней принять плоский затвор. Расчетные открытия затворов принимаем равными 0,25Н; 0,5Н, Н. Расчет маневрирования затворами производим для шести расчетных случаев и одного поверочного при ФПУ.               

 

                                                               

                                   H

                                                a

 

 

 

 

Целью расчета является определение  условий затопления гидравлического  прыжка, устройство водобойного колодца.

 

 

 

          

  

                                                                                

                                                                                               

                                                                                                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Определение расхода Q_0,25Н = φ∙ε_в∙a∙b∙

η = а/Н = а = 0,25Н / Н = 0,25·5,7=1,425 м

ε_в =

q_0,25H = Q_0,25H / b = 168,3 / 20 = 8,415м²/с

 

, первое приближение h_сж = 0

I_пр : 

I_пр : 

при h” = h_сж

Q_н.б.=Q_min=400 м³/с

2. При открытие всех затворов на а = 0,25Н

Q²_н.б.=Q_min+Q_0,25H·(n-1)=400+168,3· (11-1)=2083 м³/с

 

h_б = 5,3 м

3. При открытие затвора на а = 0,5Н=0,5·5,7=2,85 м

Определение расхода Q_0,5Н = φ∙ε_в∙a∙b∙