Физические расчетные характеристики грунтов и скальных пород основания

1. Физические расчетные характеристики грунтов и скальных пород основания

№ пород	Наименование породы и плотность ее частиц, γ ч, т/м3	Степень трещиноватости, (модуль, Мт)	Степень выветрелости (коэфф. - т, Квс)	Удельное водопоглощение, q, л/мин на 1п. м.	Коэффициент фильтрации, Кф, м/сут
1	известняки (2,72)	10	0,75	4,0	-
2	суглинки (2,77)	-	-	-	0,1
3	крупный песок (2,6)	-	-	-	50

2. Механические расчетные характеристики пород основания

№ пород	Временное сопротивление сжатию Rс, кгс/см2	Прочность на сдвиг		Модуль деформации Е*103, кгс/см2	Коэффициент Пуассона, ν	Коэффициент крепости, fкр
		Сцепление С, кгс/см2	Угол внутреннего трения, tg j
1	200	1,5	0,8	50	0,22	7
2	-	1,2	0,5	0,25	0,35	-
3	-	-	0,62	0,5	0,3	-

д) Карьерные грунты:

Расчетные характеристики грунтов:

а) физические характеристики:

№ грунтов	Плотность частиц, γ ч, т/м3	Пористость, n	Коэфф.-т фильтрации Кф, см/с	Для связных грунтов (дополнительно)
				Каръерная влажность, W к,%	Оптимальная влажность, W опт,%	Максим. плотность сухого грунта, γсух (макс), т/м3	Число пластич-ности, W пл,%	Предел раска-тыва-ния, Wр,%
1	2,7		10-6	8,0	8,5		7,0	18,0
2	2,65		10-1	3,0	-		-	-

б) зерновой состав (содержание в % различных фракций крупностью d, мм)

№ грунтов и их наименование	<0,005 мм	0,005-0,05 мм	0,05-0,5 мм	0,5-5 мм	5-100 мм	100-500 мм	>500 мм (Dmax, мм)
1 морена	9	25	16	13	37	0	(200 мм)
2 галечник	-	-	5	10	45	30	10 (600)
3 камень

Состав работы:

В составе работы студенту необходимо:

1. Определить превышение гребня плотины над НПУ с учетом расчетных параметров волны.

2. Разработать противоволновое крепление верхового откоса крупным камнем

3. Выполнить прогноз геотехнических характеристик каръерных грунтов в плотине.

4. Разработать предварительный профиль каменно-земляной плотины с глинистым ядром с учетом природных условий строительства и геотехнических характеристик грунтов плотины.

Выполнить суффозионно-фильтрационные расчеты глинистого ядра плотины, запроектировать обратные фильтры и переходные зоны плотины.

Выполнить расчеты порового давления воды и осадок в глинистом ядре плотины к концу строительства плотины.

Выполнить на компьютере (программа UST) расчеты статической и сейсмической устойчивости откосов плотины во время эксплуатации.

8. На основе выполненных расчетов уточнить профиль плотины с разбивкой его на зоны грунтов, разработать конструкцию гребня плотины, основных элементов сопряжения глинистого ядра плотины со скальным основанием и береговыми примыканиями.

9. Разработать рациональную конструкцию берегового эксплуатационного водосброса (туннельного или открытого) и отводящего (строительного) туннеля с учетом возможности их совмещения.

10. Выполнить гидравлические расчеты эксплуатационного и строительного водосбросов, определив размеры сечений входного, транзитного и концевого участков, режим сопряжения бьефов с учетом устройств нижнего бьефа по гашению энергии потока;

11. Разместить водосбросы и грунтовую плотину на генплане с учетом топографических, гидрологических и геологических условий, добившись рациональной компоновки гидроузла.

Отчетные материалы:

1. Чертежи в ACAD (3 листа формата А3 или А2)

Лист 1. Генплан гидроузла и геологический разрез по створу с показом всех сооружений.

Лист 2. Грунтовая плотина. Результаты расчетов плотины. Поперечники и детали плотины. Лист 3. Эксплуатационный и строительный водосбросы. Продольный и поперечные разрезы.

Примечание: компоновка чертежей, масштабы и степень детализации сооружений устанавливаются студентом при консультации с преподавателем и утверждаются руководителем.

2. Пояснительная записка в Word (формат А4, 25-30 стр).

Введение. Оценка природных условий и исходных данных.

Глава I. Описание компоновки гидроузла с учетом схемы пропуска строительных и эксплуатационных расходов реки.

Глава 2. Каменно-земляная плотина:

1. Расчеты параметров волны и превышения гребня плотины над НПУ.

2. Расчет противоволнового крепления верхового откоса крупным камнем

3. Прогноз геотехнических характеристик грунтовых материалов в плотине.

4. Предварительный профиль каменно-земляной плотины с глинистым ядром.

5. Расчеты фильтрации и выходных градиентов фильтрации в глинистом ядре.

6. Расчеты (подбор) обратных фильтров и переходных зон плотины.

7. Расчеты порового давления воды (закрытая и открытая схемы) и осадок в глинистом ядре к концу строительства плотины.

8. Расчеты на компьютере (программа UST) статической и сейсмической устойчивости откосов плотины во время эксплуатации.

Глава 3. Водосбросные сооружения:

1. Гидравлические расчеты отводящего туннеля.

2. Гидравлические расчеты эксплуатационного водосброса.

3. Расчет режима сопряжения бьефов с учетом устройств НБ по гашению потока.

Список использованной литературы.

Примечание:

Графические материалы, формулы и таблицы, используемые в расчетах или получаемые в результате расчетов, проводятся в пояснительной записке со ссылкой на источники.

В начале записки прилагается задание (план местности, геологический разрез и др.).

Глава 2. Вариант гидроузла с каменно-земляной плотиной 2.1 Паспорт гидроузла. Определение отметки гребня грунтовой плотины

Отметку гребня плотины следует назначать на основе расчета возвышения гребня (h_s) над расчетным уровнем воды.

Отметку гребня плотины (Гр) следует определять для двух случаев стояния уровня воды в верхнем бьефе (ВБ):

при нормальном подпорном уровне (НПУ), соответствующем пропуску максимального паводка, входящего в основное сочетание нагрузок и воздействий:

Гр = НПУ + h_s=145.5+3,74=149,24 (1)

Из двух полученных результатов расчета выбирают более высокую отметку гребня плотины.

Возвышение гребня плотины h_s, в обоих случаях (Рис.1) определяется по формуле:

 

h_s = D h_set + h_{run 1%} + a =0,0011+2.93+0,8=3,74 (2)

где D h_set - ветровой нагон воды в ВБ;

h_{run 1% -} высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%;

а - запас возвышения гребня плотины.

Рис. 1. Схема определения отметки гребня грунтовой плотины: а) без парапета; б) с парапетом; 1 - расчетный уровень при НПУ и ФПУ; 2 - парапет: 3 - объем экономии грунта.

При определении первых двух слагаемых формулы (2) следует принимать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн, наката и нагона при основном сочетании нагрузок и воздействий (при НПУ) по СНиП 2.06.04-82*: для плотин I, II класса - 2% и III, IV класса - 4%. При особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) эти обеспеченности следует принимать для сооружений I - II классов 20%, для III класса - 30%, для IV класса - 50%.

Запас а для всех классов плотин принимают не менее 0,5 м.

При определении высоты наката волн на гидросооружения обеспеченность волн в этой системе принимают равной 1%.

Отметку гребня плотины принимают с учетом строительного подъема, назначаемого сверх определенного по формуле (3-3) возвышения h_s. Величину строительного подъема определяют по расчетной строительной осадке гребня.

При наличии на гребне плотины сплошного парапета, рассчитанного на воздействие волн, возвышение его верха над уровнем ВБ следует принимать не ниже значений, полученных, по формуле (3-3).

Возвышение гребня плотины в этом случае назначают на 0,3 м над НПУ или на отметке ФПУ, причем принимают наибольшую из них. Парапет уменьшает объем насыпи (Рис.1, б), но появляются затраты на железобетон парапета.

Высота ветрового нагона определяется по формуле:

Dh_set= K_wV_w²cos a_w/gH= 0,00000282х28²х3000хcos0°/9,81х58,5=0,011 м (6.4)

где a_w - угол между направлением господствующего (расчетного) ветра и продольной осью водохранилища, град.; L - длина разгона волны по направлению господствующих ветров, м; V_w- расчетная скорость ветра на высоте 10 м над НПУ, м/с; H - условная расчетная глубина воды в водохранилище, м; g = 9,81 м/с²; K - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра V_w по формуле:

K = 3 (1+0,3V_w) 10⁷=0,00000282 (3)

При определении элементов ветровых волн водоемы делят на отдельные зоны. В ВБ обычно имеют место глубоководная зона (), где дно не влияет на основные характеристики волн, или мелководная зона (), в которой дно оказывает влияние на развитие волн и их основные характеристики (H₁ - расчетная глубина воды;  - средняя длина волны в глубоководной зоне; Н_кр - критическая глубина воды, при которой происходит первое обрушение волн).

Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% по накату (h_{run 1%}, м) для волн 1% обеспеченности (h_1%) при глубине воды перед сооружением H₁2h_1% определяют по формуле:

=0,72х0,55х1,6х2,02х1х2,29=2,93 (4)

где значения высоты бегущей волны обеспеченностью 1% (h_1%) и коэффициентов К_r, К_p, K_sp и K_run определяются либо по номограммам и таблицам СНиП 2.06.04-82* [2] с погрешностью до 10%, либо точнее по нижеследующим зависимостям, полученным на основе обработки этих номограмм и таблиц. Это позволяет избежать ошибок при интерполяции данных номограмм и таблиц и проанализировать влияние отдельных факторов на высоту наката.

Для нахождения высоты волны обеспеченностью 1% (h_1%) следует знать среднюю высоту , средний период Т и среднюю длину волн  в глубоководной или мелководной зоне.

В глубоководной зоне указанные параметры волн находятся по следующим новым расчетным зависимостям:

средняя высота волны. (h_d, м)

 (5)

где  находится по зависимости:

 (6)

в которой параметр А равен меньшему значению из величин (L/V_w) или (0,5 t); V_w - расчетная скорость ветра, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с²; L - расчетная длина разгона волн, м; t - продолжительность действия ветра, принимаемая для предварительных расчетов t= 21600 с. Средний период волны (Т, с)

 (7),

где  =  (8)

средняя длина волны (, м)

 (9)

В расчетах устойчивости и прочности креплений откосов из бетонных плит и каменной наброски расчетная обеспеченность i% высоты волн равна, соответственно, 1 и 2%, а при определении наката волн i=1%.

Высота волны 1% обеспеченности в глубоководной зоне равна:

 (10)

где К_i - коэффициент, определяемый по следующей формуле:

 (11)

в которой i - принятая обеспеченность, %; L - длина разгона волны, м; а - показатель степени равный:

при i