Комплексный гидроузел с грунтовой плотиной
2.1 Определение высоты плотины
Отметка гребня плотины назначается на основе расчета необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе.
Высоту плотины назначают с превышением d над расчетным уровнем воды в водохранилище, гарантирующем отсутствие перелива воды через гребень:
Н=hв+d, м, где
hв- расчетная глубина воды в ВБ
hв= НПУ - ?осн=68 - 58 = 10,0 м
d - превышение над расчетным уровнем воды в водохранилище, гарантирующим отсутствие перелива воды через гребень плотины
d = ?h + hн + а,
где ?h - высота ветрового нагона волны
hн - высота наката волн на откос плотины
а - конструктивный запас, равен 0,5 м
Высоту ветрового нагона определяем по формуле:
?h = Кw * хw2*L / g ( d + ?hzet) cosв
где: Кw - коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости ветра (при хw = 20,30,40,50 м/с), соответственно Кw=2,1;3;3,9;4,8.
d - глубина воды в ВБ, м
L - длина разгона волны по условию равно 1500м
Расчетная скорость ветра на высоте 10м над уровнем воды хw= 17,50м/с
В первом приближении ?hzet = 0, тогда:
?h = 2,1*10-6*17,52*1500/9,8*10*cos30 = 0,01
Так как, величина ветрового нагона на откос очень мала, то второго приближения при определении ?hzet не делают.
Расчет высоты наката ветровых волн обеспеченностью 1 %
При проектировании плотин из грунтовых материалов наиболее характерной является глубоководная зона с глубиной более половины средней длины волны, т.е d > 0,5л.
Средние параметры волн в глубоководной зоне: высоту волны h (м), длину волны л (м) и период волн Т (с) определяют в следующем порядке.
Вычисляют безразмерные параметры
о= gL/ хw 2 или ф = gt/хw,
где L - длина разгона волн, т.е длина водохранилищ по направлению ветра, определяемая по плану водохранилища с учетом розы ветров, м; t - продолжительность действий ветра ( при отсутствии сведений о продолжительности действия ветра допускается для предварительных расчетов принимать t = 6ч = 21600 с; g - ускорении свободного падения, м/с2;
хw - расчетная скорость ветра на высоте 10м над уровнем воды, м/с.
По параметру о и графику 3.13 определяют е1 и з1, аналогично по значению ф находят е2 и з2. по меньшим значениям е и з вычисляют период волн. Т = е хw/g и высоту волн h = з хw2/g. При известном значении Т определяют среднюю длину волны:
л= gT2/2р.
Высоту волн Я - процентной обеспеченности следует рассчитывать по зависимости
hЯ = hKЯ,
где KЯ - коэффициент, определяемый по рис.5 в зависимости от значения и расчетной обеспеченности высоты волн Я.
Расчетная обеспеченность высоты волны Я% в системе волн при определении высоты наката на откос, устойчивости и прочности креплений бетонными плитами принимается равной 1%, каменной наброской - 2%.
Приближенную расчетную высоту волны hest и ее среднюю длину лest в мелководной зоне можно определить по следующим зависимостям:
hest = hЯв; лest = лб,
где б и в - коэффициенты, определяемые по рис.6.
Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% по накату hrun1% (м) для фронтально подходящих волн ( h1%) при глубине перед сооружением d ? 2h1% надлежит определять по следующей формуле [2]:
hrun1% = h1%КrKpKspKrunKвKЯ,run,
где h1% - высота бегущей волны обеспеченностью 1%, м; Кr и Kp - коэффициенты, учитывающие тип крепления откоса ( принимают по табл. 1); Ksp - коэффициент, учитывающий скорость ветра и заложение откоса ( принимают по табл. 2); Krun - коэффициент, учитывающий пологость волны и заложение откоса ( принимают по графику на рис.7); Kв - коэффициент, учитывающий угол фронта подхода волны к сооружению ( принимается по табл. 3.26); KЯ,run - коэффициент, учитывающий обеспеченность по накату волны ( определяют по табл. 4) [1]
Исходные данные. При отметке НПУ, равной 10,5, расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды хw1= 17,50 м/с, длина разгона ветровой волны по направлению ветра L1 = 1,5 км, непрерывная продолжительность действия ветра t1 = 9ч, угол подхода фронта волны к сооружению в1 = 300. Коэффициент заложения верхового откоса m1 = ctgб1 = 3,0. Откос крепится бетонными плитами.
Первый расчетный случай.
1. Вычисляем безразмерные параметры:
о = gL1/ хw12 = 9,81*1500/17,52 = 48,05; ф = gt/ хw1= 9,81*9*60*60/17,5 = =18162,5
По параметру о и графику (см. рис.4) определяем е1 = 1,30 и з1 = 0,0135. По параметру ф аналогично находят е2 = 2,90 и з2 = 0,045.
2. По меньшему значению е1 = 1,30 вычисляем период волн:
Т = е1 хw1/g = 1,3*1,75/9,81 = 2,32.
По меньшему значению з1 = 0,0135 вычисляем высоту волны:
h = з1* хw1 2/g = 0,0135*17,52/9,81=0,42м.
3. По формуле (3) определяем среднюю длину волны:
л = gT2/2р = 9,81*2,322/2*3,14 = 8,41.
4.Обеспеченность высоты волны при определении высоты наката принимаем равной 1%. Высота волны при этой обеспеченности определяется умножением средней высоты волны h на коэффициент К1%, который определяется по графику ( см. рис. 5) в зависимости от gL1/ хw12 = 48,05 и К1 = 2,07.
Тогда h1% = h * К1% = 0,42*2,07=0,87м.
5.Высоту наката волн на откос определяем по (6), предварительно определив значения коэффициентов, входящих в эту зависимость:
· Кr и Kp принимаем по табл.1: для крепления откоса бетонными плитами Кr = 1,0, Kp= 0,9;
· по табл. 2 при скорости ветра хw1 = 17,5 м/с и заложении откоса равном 3, путем интерполяции Ksp = 1,40;
· по графику на рис.7 в зависимости от заложения откоса m1 = 3,0 и пологости волны л/ h1% = 8,41/0,87 = 9,67 Krun = 1,39;
· по табл. 3 в зависимости от угла фронта подхода волн к сооружению в1 = 300 Кв = 0,92;
· по табл. 4 в зависимости от обеспеченности по накату волны Я = % Krun1% = 1,0.
Определяют высоту наката на откос волн 1 % - ной обеспеченности по формуле
h run1% = h1% КrKpKspKrunKвKЯ,run = 0,87*1,0*0,9*1,40*1,39*0,92*1,0=1,40.
Возвышение гребня плотины над НПУ рассчитываем по формуле ( 2)
d = Дh + hн + а = 0,01 + 1,4 + 0,5м = 1,91м = 2,0 м
Тогда отметка гребня плотины по расчету:
vГП = vНПУ + d = 10,5м + 2м = 12,5м