Иванов В.М. и др. Расчет и проектирование гидротехнических сооружений для гидроэлектростанций малой мощности и объектов водоснабжения и водоотведения
Подождите немного. Документ загружается.
-71-
Однородные плотины на водонепроницаемом основании конечной
мощности Т.
6. Плотина без дренажа (k
m
= k
ос
)
Расход через плотину на 1 п.м. её длины вычисляется
p
m
L
THTH
kq
2
)()(
2
2
2
1
+−+
=
, (33)
где L
p
=
λ
(H
1
+ T) +
∆
Hm
1
+ b + m
2
H
пл
– m
2
H
2
.
Положение кривой депрессии определяется уравнением
2
22
)()(2 aTHamXL
k
q
h
p
m
x
+++−−=
, (34)
где a =-a+
−⋅+
2
2
2
0
45,0
m
H
k
q
Ta
m
; (35)
a
0
= 0,5
+++−
pm
L
T
m
T
k
q
mH 4,0
4,0
1
2
22 . (36)
-72-
7. Плотина с трубчатым дренажом (k
m
= k
ос
)
p
m
L
TH
kq
2
)(
2
1
+
=
, (37)
где L
p
= L +
λ
(H
1
+ T) +
p
L
∆
; (38)
bL
H
L
p
2
1
=
∆
. (39)
Положение кривой депрессии определяется по уравнению
2
2
)()(2 THXL
k
q
h
p
m
x
++−=
. (40)
Положение кривой депрессии исправляется визуально в зонах, где
h
x
≥
H
1
+ T –
m
k
q
и h
x
< H
2
+ T +
m
k
q
.
-73-
8. Плотина с дренажным банкетом
p
m
L
THTH
kq
2
)()(
2
2
2
1
+−+
=
, (41)
где L
p
=L +
λ
(H
1
+ T) + 0,4 (H
2
+ T) +
3
2
Hm
n
. (42)
Положение кривой депрессии определяется по уравнению
2
2
)()(2 THXL
k
q
h
p
m
x
++−=
. (43)
Кривая депрессии исправляется визуально в зоне, где
h
x
≥
H
1
+ T –
m
k
q
; h
x
< H
2
+ T +
m
k
q
.
Если коэффициент фильтрации основания больше коэффициента фильт-
рации тела плотины k
ос
> k
m
, то вычисления производить по уравнениям
TL
HH
Tk
L
HH
kq
p
oc
p
m
4,02
21
2
2
2
1
−
−
+
−
=
, (44)
-74-
где L
p
= L +
∆
L
B
–
3
2
Hm
n
, (45)
1
213
ασ
α
α
σα
+
+
=∆
B
L
; (46)
m
oc
K
K
=
σ
; (47)
1
32,1
2
1
21
11
−+
−
=
mT
HH
m
α
; (48)
12
)(
1
211
2
+
−
=
m
HHm
α
; (49)
α
3
= m
1
(H
1
– H
2
) + 0,4T . (50)
Положение кривой депрессии в сечении 1-1 определяется по формуле
T
K
K
T
LL
K
q
T
K
K
Hh
m
oc
B
mm
oc
−
−∆+−
+=
2
2
2
11
; (51)
а) положение кривой депрессии между сечением 1-1 и осью ординат
Т
K
K
T
K
K
hXLL
K
q
h
m
oc
m
oc
B
m
x
⋅−⋅++−∆+=
2
1
)()(2
; (52)
б) между сечением 1-1 и дренажом по уравнению
( )
+
+∆+−
−−=
3/2/
2/
2
2
2
2
1
2
1
HmT
TLLX
Hhhh
n
B
x
. (53)
Кривая депрессии корректируется в области верхового откоса.
-75-
9. Плотина с трубчатым дренажом на водопроницаемом основании.
k
m
< k
ос
q =
TL
H
ТK
L
H
K
p
oc
p
m
4,02
1
2
1
+
+
, (54)
где L
p
= L +
∆
L
B
; (55)
1
213
ασ
α
α
σα
+
+
=∆
B
L
; (56)
m
oc
K
K
=
σ
; (57)
1
32,1
2
1
1
11
−+=
mT
H
m
α
; (58)
12
1
11
2
+
=
m
Hm
α
; (59)
α
3
= m
1
H
1
+ 0,4T . (60)
Ординаты кривой депрессии:
а) в сечении 1-1
T
K
K
T
L
K
q
T
K
K
Hh
m
oc
p
mm
oc
−
−−
+=
2
2
2
11
; (61)
б) между сечением 1-1 и дренажом
-76-
1211
2
1
2
1
+
−
+⋅
−
=
T
XL
h
T
T
h
h
x
; (62)
в) между сечением 1-1 и осью ординат
T
K
K
T
K
K
hX
T
L
K
q
h
m
oc
m
oc
m
x
−
++
−+=
2
1
2
2
. (63)
Кривая депрессии исправляется в зоне верхового откоса.
Плотины неоднородные на малопроницаемом основании
10. Плотина с ядром (k
m
/ k
я
≤ 100).
По способу виртуальных длин плотину приводят к однородной, причем
ясз
я
m
я
K
K
L
.
'
δ
=∆
, (64)
где
( )
+
+=
Н
яcpoc
яя
l
arch
HH
K
KK
HВ
δπ
δ
2
.
'
2
2
. (65)
В первом приближении принимают H
В
= H
1
, Н
н
= Н
2
, затем их уточняют
расчетом.
Величина
Н
l
arch
δ
2
2
– обратная гиперболическая функция косинуса, оп-
ределяется через логарифмическую функцию
( )
(
)
1ln
2
−+= XXXarch
. (66)
Если k
я
= k
ос
, тогда
-77-
яср
ос
m
я
K
K
L
.
δ
=∆
; (67)
2
.
НВ
яср
δ
δ
δ
+
=
. (68)
Величины q и h
x
определяются после приведения плотины к однородной
по формулам (17), (21), (33), (34).
11. Плотина с экраном.
По способу виртуальных длин плотину приводят к однородной, причем
αδ
sin
'
.
э
m
эсрэ
K
K
L =∆
; (69)
( )
⋅⋅
⋅+
+=
α
δαπ
δ
sin
2
sin
2
2
.
'
Н
эсрос
ээ
l
arch
HH
K
KK
HВ
; (70)
2
.
НВ
эср
δ
δ
δ
+
=
. (71)
В первом приближении H
н
= H
2
,
( )
(
)
1ln
2
−+= XXXarch . (72)
Если k
э
= k
ос
, тогда
αδ
sin
'
.
э
m
эсрэ
K
K
L =∆
. (73)
Расчет q и h
x
производится по формулам (17), (21).
Плотины неоднородные на водонепроницаемом основании конечной
мощности (k
ос
= k
m
).
-78-
12. Плотина с экраном, понуром, трубчатым дренажом или дренажным
банкетом.
(
)
(
)
э
эoc
HmK
Ф
K
q
δ
2
21
2
1
∆+∆+
+
∆
=
, (74)
где
(
)
( )
пон
пон
T
Lth
Ф
δα
α
−
⋅
=
; (75)
( )
понпонm
пон
TK
K
δδ
α
−
=
; (76)
A
ACBB −−
=∆
2
; (77)
(
)
эос
э
K
mK
LL
A
H
δ
2
1
1
11 +
+
∆+
=
; (78)
(
)
эос
э
K
mHK
ФLL
TH
B
H
δ
2
11
1
1
11 +
++
∆+
+
=
; (79)
(
)
H
LL
HTH
C
∆+
−+
=
1
2
2
2
1
; (80)
для схемы (а)
2
4,0 hL
H
⋅=∆
(81)
th(X) – тангенс гиперболический
xx
xx
e
e
ee
th
+
−
=
−
(82)
-79-
для схемы (б)
−+⋅=∆
пос
mK
q
hhL
H 22
4,04,0
. (83)
Ординаты кривой депрессии вычисляются по уравнениям :
а) с трубчатым дренажом – уравнения (61), (62), (63);
б) с дренажным банкетом – уравнения (51), (52), (53).
а)
б)
-80-
7 УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСОВ ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИН
На земляную плотину действуют следующие силы: гидростатическое
давление воды, вес плотины и различные второстепенные нагрузки, как давле-
ние льда, волн и пр.
Минимально возможный профиль земляной плотины представляет собой
трапецию с откосами, обычно не круче 1:1,5. Вес плотины такого профиля на-
столько значителен, что о сдвиге ее под действием горизонтальных сил не мо-
жет быть и речи, в этом можно убедиться из элементарного расчета. Поэтому
нет необходимости делать поверку земляной плотины на сдвиг.
Неустойчивыми могут оказаться откосы плотины как сами по себе, так и
в связи с недостаточной устойчивостью основания.
7.1 Устойчивость земляных откосов
Вопрос об устойчивости земляных откосов изучался многими исследова-
телями. Накоплен большой материал по изучению аварий откосов.
В настоящее время можно считать, что в насыпях из сыпучих (несвяз-
ных) грунтов, лишенных сцепления и обладающих лишь внутренним трением,
если отсутствуют фильтрационные силы, устойчивый откос представляет со-
бой плоскость, наклоненную к горизонту под углом φ, где φ - угол внутреннего
трения или естественного откоса. Всякий откос с углом наклона θ>φ является
неустойчивым и наоборот.
В связных грунтах устойчивость откосов зависит от сопротивления сдви-
гу, создаваемого внутри грунта, по принятому представлению, трением и сцеп-
лением между частицами, причем роль последнего бывает нередко весьма зна-
чительной, особенно при наличии хорошего искусственного уплотнения грун-
та, производимого катками.
7.2 Расчет устойчивости земляных откосов
Как правило, откосы земляной плотины не являются однородными по со-
ставу; даже в плотине из однородного грунта часть последнего, лежащая ниже
кривой депрессии, имеет иные физичеcкие свойства, чем вышележащей сухой
грунт: иной объемный вес, иное сцепление, наличие фильтрационных сил.
Кроме того, в большинстве случаев основание плотины может деформировать-
ся вместе с откосами.
Целью расчета является определение коэффициентов запаса устойчиво-
сти откосов плотины заданного поперечного профиля.
При проверке устойчивости низового откоса основным расчетным случа-
ем является схема с установившимся фильтрационным потоком в теле плоти-
ны, уровень верхнего бьефа на отметке НПУ, а уровень нижнего бьефа -
максимальный.