6.2.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе
Устанавливаем необходимость устройства в нижнем бьефе гасителей энергии (водобойной стенки, водобойного колодца или комбинированного водобойного колодца).
При протекании воды через водослив вследствие падения струи скорость потока возрастает и достигает наибольшего значения непосредственно за водосливом в так называемом сжатом сечении C-C (рис. 6.4). Глубина в сжатом сечении непосредственно влияет на установление формы сопряжения бьефов и поэтому имеет важное значение для дальнейшего расчета.
Рисунок 6.4 – Оголовок и сжатое сечение
Определим критическую глубину:
Определим полную удельную энергию в сечении перед водосливом:
Относительная удельная энергия сечения в верхнем бьефе:
Определим
глубину
в сжатом сечении и глубину
- второй сопряжённой со сжатой, в
зависимости от величины
,
определяю
и
.
Отсюда, сопряжённые глубины:
Глубина
в НБ при
=667
(м3/с),
hНБ
=
9 м, следовательно, прыжок отогнанный
(hc’’>
hНБ).
Отогнанный прыжок за плотиной не допускается, и проектируется сопряжение бьефов по типу затопленного прыжка. Для этого необходимо создать с нижнем бьефе соответствующую глубину или погасить часть избыточной энергии с помощью гасителей энергии. Рассчитаем гашение избыточной энергии с помощью водобойного колодца.
6.2.5 Расчёт водобойного колодца гасителя
Высота колодца:
где
- скоростное
превышение:
где
- коэффициент запаса,
- коэффициент скорости,
Наконец:
Отметка поверхности водобоя:
Длина водобоя:
где
- длина прыжка:
Толщина водобоя:
6.3 Определение экономического профиля плотины
Задача проектирования состоит в том, чтобы при заданной высоте сооружения найти минимальную ширину сооружения по основанию. Наиболее экономичным является треугольный профиль плотины, имеющий минимальную ширину понизу.
Но при своей экономичности этот профиль должен удовлетворять двум условиям:
1. Отсутствие растягивающих напряжений в бетоне;
2. Устойчивость тела плотины против сдвига по основанию.
Рисунок 6.5 - Схема треугольного профиля плотины
Бетон слабо сопротивляется растяжению, в нем недопустимо появление трещин с напорной грани, что может привести к появлению опасной фильтрации со всеми вытекающими последствиями.
Таким образом, из условия недопущения растягивающих напряжений, ширина водосливной плотины по основанию определяется, как:
где
- коэффициент, учитывающий потерю
фильтрационного давления за счёт
устройства противофильтрационных
завес, предварительно принимаю 0,5 ;
- плотность воды;
- плотность бетона;
Отметка подошвы:
где
- глубина водобойного колодца;
- толщина водобойной плиты.
Таким образом:
Из условия устойчивости плотины на сдвиг по основанию ширина подошвы водосливной плотины определится из выражения:
где
- коэффициент трения бетона по грунту;
– коэффициент надёжности по назначению
сооружения, принимаю равным 1.
Задаваясь различными значениями
,произведу расчёт (таблица 6.2) и строю
графики зависимостей
и
(рисунок 6.6).
Точка пересечения кривых определит искомую ширину подошвы водосливной плотины.
Рисунок
6.6 пересечение кривых
и
Таблица
6.2 - Координаты зависимостей
и
|
n |
|
|
|
-1 |
44,27 |
84,97 |
|
-0,9 |
41,91 |
76,47 |
|
-0,8 |
40,15 |
69,52 |
|
-0,7 |
38,82 |
63,72 |
|
-0,6 |
37,83 |
58,82 |
|
-0,4 |
36,61 |
50,98 |
|
-0,2 |
36,24 |
44,98 |
|
-0,1 |
36,33 |
42,48 |
|
0 |
36,61 |
40,25 |
|
0,1 |
37,11 |
38,23 |
|
0,2 |
37,83 |
36,41 |
|
0,3 |
38,82 |
34,76 |
|
0,4 |
40,15 |
33,25 |
|
0,6 |
44,27 |
30,59 |
|
0,7 |
47,48 |
29,41 |
|
0,8 |
52,06 |
28,32 |
|
0,9 |
59,07 |
27,31 |
|
1 |
71,38 |
26,37 |
Графики
пересекаются в точке
и
.