Дренажное устройство

Для предотвращения вредных последствия фильтрации по всей длине плотины проектируется замок.
Замок врезается в коренные породы на глубину 1.0 м. Размеры замка следующие: ширина по дну 3.0 м, ширина по верху переменная, крутизна откосов 1х1.0.
Сопряжение тела плотины с берегами выполняются планировкой откосов наклонными пологими уступами. Перед насыпкой тела плотины в основании удаляется растительный грунт и грунты с высоким коэффициентом фильтрации.
Затем пропашным плугом взрыхляем площадь основания плотины, потом уплотняем грунт кулачковыми катками слоя 20-30 см.

4.4.Фильтрационный расчёт плотины

Целью фильтрационного расчёта является определение положения кривой депрессии в теле плотины и установление величины полного фильтрационного расхода через тело плотины. Расчёт ведём при нормальном подпорном уровне (НПУ). Определяем положение раздельного сечения:

(4.7)

Аналитически определяем расстояние от раздельного сечения до начала дренажа:

(4.8)

Ордината кривой депрессии на входе в дренаж:
= (4.9)
Определяем заход кривой депрессии в дренаж:

. (4.10)

Зададимся значению «х» и вычисляем значение «у». Выбираем систему координат. Ось абсцисс направляем по основанию плотины в сторону верхнего бьефа, а ось ординат – вертикально вверх. В выбранной системе координат откладываем получённые значения. Смотрим кривую депрессии по уравнению:

² (4.11)

Результаты расчётов сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Координаты кривой депрессии.

Х
	1,38	4,46	7,14	9,52	11,9	14,28	16,66	19,04	21,42
У	1,54	2,18	2,67	3,08	3,44	3,77	4,08	4,36	4,62
Х
	23,8	26,8	28,56	30,94	33,32	35,7	38,08	40,46	42,84
У	4,87	5,11	5,34	5,56	5,77	5,97	6,17	6,36	6,54

По полученным данным строим кривую депрессии. Определяем удельный фильтрационный расход:

м(4.12)

Где: - коэффициент фильтрации грунта тела плотины;

Полный фильтрационный расход через тело плотины составит:

(4.13)

где: - длина плотины по гребню;
[л.З]

4.5.Расчёт низового откоса на устойчивость

После предварительного начертания поперечного профиля плотины и расчёта на фильтрацию откосы плотины следует проверить на устойчивость. Расчёт ведётся в следующей последовательности.
На миллиметровой бумаге в масштабе 1:100 вычерчивается поперечный профиль плотины со стороны нижнего бьефа с нанесением кривой депрессии.
Находим область центров кривых скольжения. Центры кривых скольжения располагаются в прямоугольнике bcdf который по предложению В.В. Фандеева строится следующим образом; из середины осредненного откоса «А» проводим вертикаль АД и линию АС под углов 85° к осреднённому откосу. Из точки А проводим дуги окружностей радиусами которые выбираем в зависимости от заложения откосов плотины Н.
Произвольным радиусом К из центра, размещённого в прямоугольнике bcdf, проводим часть окружности, нежелательно окружность заводить далее середины ширины гребня плотины. Окружность должна полностью отсечь низовой откос, захватив часть основания.
Отсек грунта ограниченный контуром плотины и частью окружности радиуса R, разбиваем на полосы шириной по 0,1R. Нулевую полосу располагаем под центром окружности от нулевой полосы измерением к гребню плотины положительными номерами, а к основанию – отрицательными.
Все подсчёты сводим в таблицы (4.2,4.3,4.4.4,4.5,4.6,7.7). Обозначение букв входящих в таблицы (4.2,4.3,4.4):
а – угол наклона хорды
sina– равен номеру полосы делённому на 10
соsа – находим по формуле : (4,14)
В графу 4 записываем измеренную по чертежу среднюю высоту каждой полосы грунта выше кривой депрессии (до линии откоса)
В графу 5 заносим для каждой полосы . Эта измеренная по чертежу, средняя высота полосы, ниже кривой депрессии (до кривой скольжения).

В графу 6 записывается приведённая высота грунта, соответствующая грунту естественной влажности.

. (4.15)

где: γсух - объёмный вес грунта выше линии депрессии, т/
- объёмный вес грунта ниже депрессии, с учётом взвешивания по Архимеду:

. (4.16)
Где: п – пористость грунта
γ – удельный вес грунта тела плотины,
В графу 7,8 записываем произведения sina, и cosa.
γ – угол внутреннего трения грунта, зависит от грунта, из которого отсыпается плотина и грунта основания плотины.
С – удельное сцепление грунта
L – длина части дуги скольжения, по которой действует сцепление «С»
Коэффициент запаса устойчивости откоса с учётом фильтрационного потока выражается формулой:

(4.17)

т.е. отношение моментов удерживающих сил к моменту сдвигающих сил
- берётся из таблицы (4.5,4.6,4.7).
– площадь, ограниченная линией депрессии и кривой скольжения до дренажа и после него,
l – средний уклон фильтрационного потока в площади
г – плечо силы относительно центра кривой скольжения, м.
Подставляя вычисленные значения сумм в уравнении (4.17),
получим коэффициент устойчивости против оползания откоса. Значение коэффициента устойчивости должно быть в пределах от
(1,1 – 1,3).
Чтобы расчёт был исчерпанным нужно провести несколько поверхностей скольжения и сделать для каждой из них расчёт. Таким путём можно отыскать наименьшее значение коэффициента устойчивости [К],[л.4]

Таблица 4.2. Расчёт сдвигающих и удерживающих сил. R=18 м

№полос			hсу	1АМОК	hпр	hпрsina	hпр соsа
	0,8	0,6		-		1,6	1,2
	0,7	0,71	2,0	2,2	3,83	2,68	2,72
	0,6	0,80	2,2	3,6	4,21	2,52	3,36
	0,5	0,87	2,0	4,8	4,68	2,34	4,07
	0,4	0,92	1,8	5,2	4,71	1,88	4,33
	0,3	0,95	1,6	6,4	5,18	1,55	4,92
	0,2	0,98	1,8	5,0	4,6	0,92	4,51
	0,1	0,99	1,8	4,4	4,26	0,44	4,35
			3,2	2,4	4,54		4,54
-1	-0,1	0,99	2,6	1,8	3,61	-0,36	3,57
-2	-0,2	0,98	1,8	1,6	2,69	-0,53	2,63
-3	-0,3	0,95	1,0	1,0	1,56	-0,46	1,48
-4	-0,4	0,92	0,2	0,2	0,31	-0,12	0,28
						112,46

Таблица 4.3. Расчёт сдвигающих и удерживающих сил.
R=20м

Таблица 4.4. Расчёт сдвигающих и удерживающих сил.
R=22м

№ полос	sina	соsа	hсух	hмок Х1мок	hпр	hпрsina	hпр соsа
	0,7	0,71	2,4	-	2,4	1,68	1,704
	0,6	0,8	2,4	1,6	3,29	1,97	2,63
	0,5	0,87	2,0	2,8	3,56	1,78	3,09
	0,4	0,92	1,8	3,6	3,81	1,52	3,50
	0,3	0,95	1,8	3,6	3,81	1,14	0,77
	0,2	0,98	1,8	3,2	3,59	0,72	3,51
	ОД	0,99	2,6	1,8	3,61	0,36	3,57
			2,8	0,8	3,25		3,25
-1	-ОД	0,99	1,8	0,6	2,13	-0,21	2,11
-2	-0,2	0,98	0,6	0,2	0,71	-0,14	0,7
						8,82

Таблица 4.5. Расчёт сдвигающих и удерживающих сил.
R=18м

№ полос	γ	tga	С,т/м	L,м	СL, т/м	соsа	hcos tg
8		0.70		3.14	15.7	0.6	0.42
		0.43		10.67	32.01	12.91	5.94
		0.36		17.89	35.78	28.93	10.41
Всего					83.49		16.77

Таблица 4.6. Расчёт сдвигающих и удерживающих сил.
R=20м

№ полос	γ	tga	С, т/м	L, м	СL, т/м	соsа	hcos tg
		0.70		2.45	12.25	0.87	0.61
		0.46		11.9	35.7	13.85	6.37
З-(-З)		0.36		14.7	29.4	20.44	7.36
Всего					77.35		14.34

Таблица 4.7. Расчёт сдвигающих и удерживающих сил.
R=22м

№ полос		tga	С, т/м	L, м	СL, т/м	соsа	соstg
		0.70		3.45	17.27	0.85	0.59
		0.46		13.3	39.90	10.84	4.99
2-(-2)		0.36		13.3	26.60	13.4	4.73
Всего					83.77		10.31

R=18м

W₁= (7-0) 1,8=61,2 м²

W₂= (-1-4)1,8=8,28 м²

r₁=16 м

r₂=3 м

i₁=0,45

i₂=0,25

R=20м

W₁= (8-1) 2=46,8 м²

W₂= (0-(-3))2=6,4 м²

r₁=18м

r₂=3 м

i₁=0,44

i₂=0,15

= 2,04˃[К]

R=22м

W₁= (1-0) 2,2=37,4 м²

W₂= (0-(-4))2,2=3,52 м²

r₁=20м

r₂=3 м

i₁=0,44

i₂=0,075

=

Расчет провели для трех центров кривых скольжения при радиусах =18м, R₂=20м, R₃=22м.
Определяем средний коэффициент устойчивости Кср, получили значе­ние больше нормативного, следовательно, низовой откос устойчив и его зало­жение принято достаточным.

˃[К]
[К]=1,1

Низовой откос устойчив.

5. ВОДОСБРОСНОЕ СООРУЖЕНИЕ