Pomoce dydaktyczne do ćwicze ń z przedmiotu Budownictwo …wste/BW/zapora.pdf · Elektrownia...

Politechnika Gdańska Wydział InŜynierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechniki

Pomoce dydaktyczne do ćwiczeń z przedmiotu

Budownictwo Wodne

Elektrownia wodna z jazem klapowym w Juszkowie (rzeka Radunia)

Opracował: dr inŜ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki

Politechnika Gdańska, Wydział InŜynierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechniki

Gdańsk, październik 2011

Politechnika Gdańska Wydział InŜynierii Lądowej i Środowiska

Katedra Hydrotechniki strona 2

Opracował: dr inŜ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechnika Gdańska, Wydział InŜynierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechniki

ZAKRES ĆWICZENIA „ZAPORA ZIEMNA”

z PRZEDMIOTU BUDOWNICTWO WODNE (sem. VII st. in Ŝ.) W ramach ćwiczenia naleŜy opracować koncepcję zapory ziemnej. Ćwiczenie powinno obejmować następujące zagadnienia: Część obliczeniowa (obliczenia ilustrować odpowiednimi szkicami): � dobór kształtu przekroju poprzecznego zapory, � obliczenia hydrauliczne urządzeń upustowych zapory (przelew i spust) � obliczenia filtracyjne:

o zapora bez drenaŜu i uszczelnień, o zapora z drenaŜem, bez uszczelnień, o zapora z drenaŜem i z uszczelnieniem,

� sprawdzenie stateczności skarp metodą Felleniusa. Część rysunkowa: � przekrój przez zaporę ziemną, � przekrój przez spust denny, � przekrój przez zaporę z krzywą depresji Część opisowa: Opis techniczny przyjętych rozwiązań. Termin oddania: 5 grudzień 2011 r.

Prowadzący ćwiczenia: dr inŜ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki

Literatura: 1. Balcerski W. i in.: Budownictwo wodne śródlądowe. Budownictwo betonowe t.XVII.

Arkady, Warszawa 1969 2. Fanti K.: Budowle piętrzące. Arkady, 1972 3. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r. w sprawie: Warunków

technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie. Dziennik Ustaw z 2007 r. Nr 86, Poz. 579

4. Sokołowski J., śbikowski A. – Odwodnienia budowlane i osiedlowe, Wydawnictwo SGGW, 1993

5. Kollis Wł i inni – Gruntoznawstwo techniczne, Arkady, 1966

Materiały pomocnicze do ćwiczenia dostępne na stronie http://pg.gda.pl/~wste/ w katalogu <budownictwo wodne>




1. Ustalanie przekroju poprzecznego zapory

h1Hzap

T

1:n1:m

b

B

h2

korpus zapory

podłoŜe zapory

NaleŜy przyjąć nachylenie skarp oraz ustalić rzędną korony zapory. Wstępnego doboru nachylenia skarp moŜna dokonać na podstawie tabeli 1.1, w zaleŜności od wysokości zapory i skarpy (czy jest to skarpa odwodna, czy odpowietrzna). Ostatecznie przyjęte nachylenie musi być zweryfikowane obliczeniami stateczności skarpy.

Tab. 1.1 – Nachylenie skarp zapór ziemnych w zaleŜności od wysokości zapory L.p. Wysokość zapory Hzap [m] Nachylenie

skarpy odwodnej

1:n

Nachylenie skarpy

odpowietrznej 1:m

1 do 5 m 1:2,0 1:1,5 2 5 ÷ 10 1:2,5 1:2,0 3 10 ÷ 15 1:2,75 1:2,5 4 15 ÷ 30 1:3,0 1:2,5

W zaporach o wysokości przekraczającej 10 m naleŜy stosować ławki na skarpach, zgodnie z zasadą 1 ławka na kaŜde 10 m wysokości zapory. Minimalna szerokość ławki 2 m. Na ławkach instaluje się korytka zbierające wodę opadową spływającą po skarpie. Ławki naleŜy równieŜ przewidzieć na skarpie odwodnej. Stosuje się je na poziomie podparcia umocnień skarpy odwodnej. Szerokość podobnie jak poprzednio – 2 m. Gdy skarpa umocniona jest elementami betonowymi, ławki projektuje się poza pasem wyłoŜonym okładziną. Po wstępnym przyjęciu kształtu i nachylenia skarp zapory, moŜna przystąpić do określenia jej wysokości, a dokładniej wzniesienia korony ponad normalny poziom piętrzenia wody (NPP). W Ŝadnym wypadku nie moŜna dopuścić przelania się wody przez koronę zapory – musi być ona połoŜona odpowiednio wysoko. O połoŜeniu korony zapory, oprócz połoŜenia statycznego zwierciadła wody w zbiorniku, decydują warunki falowania w zbiorniku.




Obliczenie parametrów fali. Wysokość fali h moŜna obliczyć ze wzoru:

3

1

4

5

0208,02 DWh ⋅⋅= gdzie: W –prędkość wiatru [m/s], D – rozpęd wiatru na danym kierunku [km] Długość fali L moŜna obliczyć ze wzoru:

2

1

304,02 DWL ⋅⋅=

Znając parametry falowania moŜna obliczyć wysokość wtaczania się fali na skarpę odwodną hw:

+

+=

⋅⋅⋅=

h

L

mk

hkkh

w

ww

22

585,035,125,0

1

2

Kolejnym elementem uwzględnianym w obliczeniach jest spiętrzenie eoliczne, wg wzoru:

9

22

10sin382

⋅⋅⋅⋅=

ge H

WDh

α

gdzie: W – prędkość wiatru [m/s], D – rozpęd wiatru na danym kierunku [m], α – kąt natarcia wiatru względem osi zapory, Hg – średnia głębokość zbiornika na kierunku działania wiatru [m] Wysokość zapory będąca sumą wysokości piętrzenia, wysokości wtaczania się fali na skarpę oraz spiętrzenia eolicznego musi uwzględniać pewien zapas. Zapas ten uzaleŜniony jest od klasy budowli i przyjmowany wg Zał. 6 do Rozporządzenia [3], dla maksymalnych poziomów wód z kolumny „nad poziomem wywołanym falowaniem”. Rzędną korony zapory przyjmuje się z dokładnością do 10 cm. NaleŜy równieŜ sprawdzić, czy zachowane jest wymagane wzniesienie korony zapory ponad statycznym poziomem zwierciadła wody (wg Zał. 6 Rozporządzenia [3]). Szerokość korony zapory b zaleŜy od jej przeznaczenia. Gdy nie jest przewidziany ruch pojazdów, minimalna szerokość korony zapory wynosi 3 m. 2. Wymiarowanie hydrauliczne urządzeń upustowych

Urządzenia upustowe zapory składają się ze spustów dennych oraz przelewów. Wydatki

przelewów i spustów muszą spełniać warunki określone w Rozporządzeniu [3].




2.1 Wymiarowanie spustu dennego

Wymiarując spusty denne naleŜy zdawać sobie sprawę z tego, Ŝe części zaprojektowanych

spustów nie uwzględnia się w obliczeniach przepuszczania wody miarodajnej przez obiekt.

To, ile z przyjętych spustów naleŜy w obliczeniach pominąć podano w Załączniku 8

Rozporządzenia [3].

Wydatek spustu obliczyć moŜna ze wzoru 2-19 [1]:

+∆⋅⋅=

g

vhgFQs 2

220αµ

gdzie:

µ – współczynnik wydatku spustu ciśnieniowego (0,65 – 0,75)

F – powierzchnia przekroju poprzecznego spustu

∆h – róŜnica poziomów górnej i dolnej wody w przypadku spustów z wylotami zatopionymi

oraz róŜnica poziomu górnej wody i środka przekroju wylotowego dla spustu o

niezatopionym wylocie.

W obliczeniach moŜna pominąć wpływ prędkości wody dopływającej do budowli v0.

Otrzymana wartość nie moŜe być większa niŜ 20%Qm – ewentualna nadwyŜka stanowić

rezerwę zdolności przepustowej spustu.

2.2 Wymiarowanie przelewu

Warunkiem poprawnego zwymiarowania hydraulicznego przelewu jest osiągnięcie

wydatku o wartości równej co najmniej 80%Qm.

Wymiarowanie przelewów opisane jest np. w rozdz. 2.1.2. [1]. Dla celów ćwiczenia

przyjęto przelew stały o ostrej krawędzi. Wydatek takiego przelewu, przy załoŜonym świetle,

jest zmienny i uzaleŜniony od jego obciąŜenia, czyli od grubości warstwy wody na przelewie.

2.2.1 Wydatek przelewu

Wydatek przelewu jazowego spełniającego warunek c/H < 2,5 wyznacza się ze wzoru (2-

7) [1]:




σεα⋅⋅

+⋅⋅=

2/32

2g

vHbMQ o

gdzie: c – szerokość korony przelewu [m], M – współczynnik wydatku, b – światło

przelewu [m], H – głębokość wody ponad koroną przelewu [m], α - współczynnik

nierównomierności strug, vo – prędkość wody dopływającej do budowli piętrzącej [m/s], g -

przyspieszenie ziemskie [m/s2], ε - współczynnik dławienia bocznego, σ - współczynnik

podtopienia przelewu

M = 1,85 – współczynnik wydatku przelewu o ostrej krawędzi

2.2.2 Współczynnik dławienia bocznego εεεε

Współczynnik dławienia bocznego ε we wzorze na wydatek moŜna przyjmować jak dla

przelewów bezciśnieniowych wg wzorów

ξεb

Hn2,01−=

gdzie:

n – liczba przęseł jazu [-],

b – światło przelewu [m],

H – głębokość wody nad koroną przelewu [m],

ξ – współczynnik kształtu filarów i przyczółków [-].

Do wstępnych obliczeń moŜna przyjmować ε = 0,95.

2.2.3 Współczynnik podtopienia przelewu σσσσ

Współczynnik podtopienia moŜna wyznaczyć z zaleŜności:

9,0010

4

2

0

≤≤

−=

H

adla

H

aσ lub 0,19,0181,00

16

0

≤≤

−=

H

adla

H

aσ

gdzie: a – róŜnica między rzędną dolnej wody i rzędną korony przelewu

JeŜeli poziom wody dolnej układa się poniŜej poziomu korony przelewu, wówczas nie ma on

wpływu na jego wydatek (przelew jest niepodtopiony) i 1=σ




Wymiarowanie przelewu sprowadza się do iteracyjnego przyjmowania światła przelewu b

oraz jego obciąŜenia H, aby uzyskać poŜądany wydatek przelewu.

Dla załoŜonej geometrii przelewu metodą kolejnych przybliŜeń wyznaczyć naleŜy potrzebne

(minimalne) światło przelewu, spełniające warunek Q>0,8Qm.

3. Obliczenia filtracji przez korpus i podłoŜe zapory

Obliczenia filtracyjne składają się z określenia:

- jednostkowego wydatku filtracyjnego q,

- wyznaczenia połoŜenia krzywej depresji (kształtu ułoŜenia się zwierciadła

przesączającej się wody) w korpusie zapory.

Obszar filtracji obejmuje zarówno korpus zapory, jak i podłoŜe (jeŜeli jest przepuszczalne).

Obszar ten moŜna rozpatrywać w całości (korpus z podłoŜem) lub dla uproszczenia

oddzielnie dla korpusu zapory i dla podłoŜa. Przy rozpatrywaniu filtracji w korpusie zapory

zakłada się, Ŝe podłoŜe jest nieprzepuszczalne, a przy obliczaniu filtracji w podłoŜu przyjmuje

się, Ŝe nieprzepuszczalny jest korpus. Obliczone wydatki dla korpusu (qzap) i podłoŜa (qpod)

dają sumaryczny wydatek (q) na 1 mb zapory.

Obliczenia filtracji przez korpus zapory

Filtracja przez zaporę jednorodną bez drenaŜu - obszar filtracji przedstawiony na rys. 3.1

obrazuje siatka wzajemnie prostopadłych linii jednakowych ciśnień i linii prądu, przy

pomocy, których w kaŜdym punkcie tego obszaru

WG

A

B

b c

CWD

38,1

9

11,

536

,95

D

E

1 5 ,3 8

23,0

8

21

1 : n

1 : m3

p I =sinαC

I =D

oo

∆

h 2

h 1

Rys. 3.1 Obszar filtracji w korpusie wału jednorodnego; 1-linie ciśnień, 2-linie prądu,

3-krzywa depresji, IC, ID-gradienty ciśnienia w punktach C i D

moŜna określić wielkość ciśnienia i kierunek prędkości filtracji. Istotnym jest tu krzywa

depresji (górna linia prądu) oraz tzw. wysokość wysączania (∆). Sens fizyczny dowolnej linii

ciśnienia obrazują myślowo do niej „podłączone” piezometry, w których zwierciadło wody

powinno się ustalić na jednym poziomie (p-p).




Typowe przypadki filtracji ustalonej przez zaporę ziemną zostały rozwiązane metodami

przybliŜonymi, pozwalającymi jednak, z wystarczającą dokładnością, na określenie

podstawowych elementów filtracji – połoŜenia linii depresji oraz strat filtracyjnych. Jako

podstawowe równanie przyjmuje się wzór Dupuita, a jako krzywą depresji, zgodnie z tym

wzorem – parabolę 2 stopnia.

h1

1:n1:m

h2

nieprzepuszczalne podłoŜe zapory

N M

P

M1

d

Rys. 3.2 - Schemat do wyznaczenia krzywej depresji w zaporze

Rozpatruje się filtrację w fikcyjnej, bo posiadającej pionową ścianę odwodną, zaporze wg

schematu pokazanego na powyŜszym rysunku. Punkt N, w którym teoretyczna krzywa

depresji przecina się ze zwierciadłem wody w zbiorniku, oddalony jest od punktu M

przecięcia rzeczywistej skarpy odwodnej ze zwierciadłem wody o odległość:

( )21 hhd −= λ

gdzie: n

n

21+=λ

pozostałe oznaczenia wg rysunku.

Linię depresji na odcinku MM1 wykreśla się odręcznie, tak aby była ona prostopadła do

skarpy w punkcie M oraz styczna do teoretycznej paraboli w punkcie M1.

Na poniŜszych rysunkach przedstawiono typowe schematy do obliczeń filtracji przez zapory

w róŜnych wariantach (jednorodna, z drenaŜem, z rdzeniem, z ekranem itd.) wg [2]. NaleŜy

zwrócić uwagę na przyjęte układy współrzędnych dla kaŜdego schematu, gdyŜ równania

krzywej depresji odnoszą się ściśle do współrzędnych wg rysunku.

Ostatecznie dla zadanych na wstępie wariantów tj.

- zapora bez drenaŜu i uszczelnień,

- zapora z drenaŜem, bez uszczelnień,

- zapora z drenaŜem i z uszczelnieniem,




naleŜy przeprowadzić obliczenia, wynikiem których będzie określenie strat filtracyjnych

przez korpus zapory (wydatek) oraz połoŜenie krzywej depresji. Dodatkowo w schemacie

zapory jednorodnej (bez drenaŜu i uszczelnień) naleŜy określić wysokość wysączania. Rodzaj

uszczelnienia zapory, tj. czy będzie to rdzeń czy ekran naleŜy przyjąć samodzielnie.




Rys. 3.3 - Schematy do obliczeń parametrów filtracji w zaporze [2]

Orientacyjne wartości współczynników filtracji (k) przedstawiono w tabl. 3.1.

Tab. 3.1 – Współczynniki filtracji (k) [4]




Projektując zaporę z drenaŜem (w wariancie z uszczelnieniem oraz bez uszczelnienia)

naleŜy spełnić warunek odsunięcia krzywej depresji od skarpy odpowietrznej. Minimalna

odległość wynosi tu 1,2 m i związana jest z ochroną drenaŜu przed przemarzaniem.

Dobierając geometrię: - rdzenia naleŜy przyjąć szerokość w koronie δ1=2 [m], oraz 1/6

H w kaŜdym innym przekroju; - ekranu (uszczelnienia skarpowego) δ1=1 [m] oraz 1/10 H w

kaŜdym innym przekroju. Wszystkie grubości naleŜy mierzyć w kierunku prostopadłym od

osi elementu uszczelnienia. Za H naleŜy przyjmować róŜnicę NPP i rzędnej badanego

przekroju. Odstępstwa od przyjętych wymagań moŜliwe są w zaporach o piętrzeniu do 5 m.

Wraz z uszczelnieniem skarpowym naleŜy wykonać fartuch na dnie zbiornika. Grubość

fartucha wynosi min. 0,5 m przy piętrzeniach do 5 m oraz min. 0,8 m przy piętrzeniach

wyŜszych. Długość fartucha naleŜy przyjmować w zakresie (1-6) H.

NaleŜy równieŜ dokonać sprawdzenia warunku na smukłość rdzenia (ekranu):

1032

≤≤δH

gdzie: H – wysokość rdzenia (ekranu) [m], δ2 – szerokość rdzenia (ekranu) w podstawie [m]

Wzniesienie górnej krawędzi przyjętego uszczelnienia ponad maksymalnym poziomem wód

naleŜy przyjmować wg klasy budowli, zgodnie z Załącznikiem nr 7 do Rozporządzenia [3].

Obliczenia filtracji przez podłoŜe pod zaporą

Przy uproszczonym obliczaniu filtracji pod zaporą, przyjmuje się, Ŝe korpus zapory jest

nieprzepuszczalny. W tej sytuacji filtracja zachodzi tylko w podłoŜu (o współczynniku

filtracji (kp)) i wywołana jest wysokością piętrzenia (H). Omówiona niŜej metoda obliczenia

wydatku opiera się na załoŜeniu, Ŝe linie prądu siatki hydrodynamicznej mają kształt elipsy z

ogniskami w p. A i B (rys. 3.4).

a)




b)

Rys. 3.4 Obliczenie wydatku filtracyjnego pod zaporą (q)

a) z liniami prądu w kształcie elipsy, b) z uśrednioną linią prądu i ograniczoną

głębokością podłoŜa (T); 1-korpus zapory (nieprzepuszczalny), 2-linie prądu w

kształcie połówek elipsy, 3-uśredniona linia prądu, A, B - ogniska elipsy

Tok obliczeń jest Ŝmudny. Linie prądu uznaje się za strugi, które mają róŜne długości. Im

głębsza jest linia prądu, tym większa jest jej długość (Ln), a przez to i spadki wzdłuŜ linii

n

zI

L

=

są mniejsze. Maleją teŜ prędkości filtracji ( )pv k I= . Dla kaŜdych dwóch sąsiednich

linii prądu wyznacza się średnie prędkości ( )srv i liczy się wydatek ( )n sr nq v t= ∆ (patrz rys.

3.4a), a ich suma daje pełny wydatek jednostkowy N

nn o

q q=

=

∑ . Ilość przyjętych linii prądu

jest dowolna (zaleŜna od wymaganej dokładności). JeŜeli warstwa nieprzepuszczalna występuje na głębokości ( )h , to ( )nt h= , a odstęp ( )t∆ zaleŜnie od ilości linii ( )N

przyjmuje się h

tN

∆ =

. Przy duŜej głębokości warstwy nieprzepuszczalnej moŜna przyjąć

( )1,0 1,25n ot L= ÷ , gdzie ( )oL - szerokość podstawy zapory.

Istnieje teŜ bardziej uproszczony, przydatny dla wstępnej oceny, sposób obliczania

przecieków pod zaporą. Wiadomo, Ŝe prędkości filtracji maleją wraz z głębokością. MoŜna przyjąć, Ŝe przy miąŜszości podłoŜa ( )T i wysokości piętrzenia ( )H istnieje jakaś

uśredniona linia prądu ( )kL (rys. 3.4b). Zakłada się, Ŝe długość tej linii jest wprost

proporcjonalna do długości podstawy zapory ( )oL i współczynnika zwiększającego ( )n




( )k oL nL= . Wielkości współczynnika ( )n , w zaleŜności od stosunku oL

T

podane są w tabl.

3.2.

Tab. 3.2 Współczynniki zwiększające (n)

oL

T

20 15 10 5 4 3 2 1

n 1,15 1,16 1,17 1,18 1,23 1,30 1,44 1,87

Przy znanej wartości współczynnika filtracji w podłoŜu ( )pk i średnim spadku

srk o

H HI

L nL

= =

, jednostkowy wydatek filtracyjny ( )pq moŜna obliczyć ze wzoru:

TnL

Hkq pp

0

=

Całkowity wydatek filtracyjny (straty filtracyjne) zapory posadowionej na podłoŜu

przepuszczalnym będą sumą przecieków przez korpus zapory qk oraz przez podłoŜe qp pod

zaporą.

pkcalk qqq +=

Na obliczone w ten sposób natęŜenie przepływu naleŜy zwymiarować urządzenia drenaŜowe

zapory ziemnej. 4. Sprawdzenie stateczności skarpy zapory

Obliczenie stateczności skarp ma szerokie zastosowanie w budownictwie wodnym.

Obliczenia te wykonuje się sprawdzając stateczność skarp wałów przeciwpowodziowych, zapór ziemnych, kanałów, itp.

Zapory ziemne zwykle buduje się z róŜnego rodzaju gruntów, lecz nawet w zaporze jednorodnej, część masy gruntowej zapory leŜąca poniŜej krzywej depresji, posiada odmienne właściwości fizyko-mechaniczne, w stosunku do tego samego gruntu leŜącego powyŜej krzywej depresji. W większości przypadków podłoŜe odkształcać się będzie wraz z zaporą.

W tych przypadkach naleŜy przeprowadzić obliczenie stateczności nasypów, stosując ogólną metodę powierzchni walcowych poślizgu, zaproponowaną przez Felleniusa. Według tej metody obsunięcie się skarpy nastąpi wówczas, gdy moment sił obracających względem środka obrotu O, będzie większy od momentu przeciwstawiających się sił, tj.: siły tarcia i siły spójności na powierzchni poślizgu.

Rozpatrujemy odcinek zapory o szerokości 1 m ze skarpą AB. Na zaporę działa strumień filtruj ącej przez nią wody. Grunt zapory powyŜej linii depresji EF, odpowiadającej granicy wypełnienia porów wodą, posiada cięŜar objętościowy γ1. CięŜar objętościowy masy gruntowej poniŜej linii depresji, o porach wypełnionych wodą wolną, wynosi γ2. CięŜar objętościowy masy gruntowej podłoŜa nasyconego wodą wynosi γ3. Odpowiednie wartości




spójności wynoszą cu1, cu2, cu3, a kąty tarcia wewnętrznego Φu1, Φu2, Φu3. JeŜeli zapora składa się z kilku rodzajów gruntu, naleŜy uwzględnić cechy charakterystyczne kaŜdego z nich.

Obieramy dowolnie środek obrotu O i prowadzimy z niego – jako ze środka koła – łuk o promieniu R = OC = OD = OM, obejmujący skarpę i część podłoŜa. Wydzielony odłam gruntu moŜe przesuwać się wg krzywej poślizgu CMD. Dzielimy odłam płaszczyznami pionowymi na części o szerokości b = R/m (zwykle m=10). Część środkową przyjmujemy jako zerową. PołoŜona jest ona symetrycznie względem prostej OM. Środek cięŜkości pierwszej części moŜna przyjąć w środku jej szerokości b. Zatem odległość części I (+1 i -1) od prostej OM wyniesie b, części II (+2 i -2) – 2b, itd. Odległości części połoŜonych od strony skarpy posiadać będą znak +, a części połoŜonych z przeciwnej strony – znak -. W ogólnym przypadku na wydzielony pasek gruntu o szerokości b działają siły: cięŜaru własnego, ciśnienia filtruj ącej wody, parcia bocznego sąsiednich mas gruntu.

CięŜar paska wyniesie:

( ) bhhhW nnnn ⋅++= '''3

''2

'1 γγγ

Siły parcia bocznego działają na pionowe ściany wycinka. Co do wielkości są one w przybliŜeniu równe, lecz mają przeciwne znaki. Zsumowane, jako siły wewnętrzne, w granicach zsuwającej się masy gruntu równają się zeru. W obliczeniach moŜna je zatem pominąć.




Ciśnienie filtrującej wody moŜe być uwzględnione w róŜny sposób. Jednym z nich, jest zaproponowane przez Griszyna, dodanie, do istniejącego układu sił, ciśnienia hydrodynamicznego γwhp przyłoŜonego w punktach krzywej poślizgu. Ciśnienie to jest prostopadłe do krzywej (dla n-tej części hp = hn

’’ + hn’’’ ). Krzywa ciśnienia

hydrodynamicznego przedstawia krzywą FJD. W ten sposób, dla n-tego odcinka, ciśnienie hydrodynamiczne przyłoŜone w punkcie Mn będzie równe:

( )n

nnwfn

bhhW

αγ

cos''''' +=

Przesuwamy siłę cięŜkości Wn do punktu Mn na krzywej poślizgu i rozkładamy ją na dwa kierunki: - normalny, otrzymując siłę nnn WN αcos=

- styczny, otrzymując siłę nnn WT αsin=

Siła Tn wywołuje poślizg paska n po krzywej poślizgu. Poślizgowi przeciwstawia się siła tarcia:

( ) 3tan ufnnn WNS Φ−=

oraz siła spójności:

nun lcC 3=

Współczynnik stateczności wydzielonej części bryły odłamu na poślizg moŜna określić jako stosunek sumy momentów sił Sn i Cn do momentu siły Tn względem środka obrotu O. Dla całego odłamu DABCMD siły i momenty poszczególnych części sumuje się i współczynnik stateczności określony jest równaniem:

( )∑

∑ ∑∑

∑ ∑∑

∑ ∑

+Φ−=

=+

=+

=

nn

nuiuifnnn

n

nn

n

nnc

W

lcWW

T

CS

RT

RCRSF

αα

sin

tancos

Wielkości sin αn i cos αn moŜna określić z trójkąta KOMn:

2

1cos

sin

−=

=⋅==

m

n

m

n

R

bn

OM

KM

n

n

nn

α

α




Wynika stąd:

∑

∑ ∑

⋅

+Φ

−

−

=

m

nW

lcWm

nW

F

n

nuiuifnn

c

tan12

W powyŜszym równaniu n – oznacza porządkowy numer wydzielonej części (paska). Dla

części znajdujących się od pionowej OK w stronę spodziewanego poślizgu przyjmujemy wartości n ze znakiem minus (-).

Wielkości cui i tan Φui przyjmujemy w zaleŜności od tego w strefie jakiego gruntu znajduje się powierzchnia poślizgu. Obliczenia najlepiej jest zestawić w postaci tabelarycznej. W tablicy kaŜdej części odpowiada poziomy wiersz pod numerem odcinka.

Otrzymany w ten sposób współczynnik stateczność Fc jest przypadkowy, gdyŜ środek

krzywej poślizgu obrany został dowolnie. Dlatego konieczne jest przeprowadzenie obliczeń Fc dla kilku prawdopodobnych krzywych poślizgu, aby wśród nich znaleźć najbardziej niebezpieczną (o najmniejszej wartości Fc).

Krzywe poślizgu nie przekraczają granicy 2H poniŜej podstawy zapory. Środki obrotu niebezpiecznych powierzchni poślizgu, moŜna przyjmować za Sokolskim, przy ich zagłębieniu w podłoŜu wynoszącym do 1,5H, w wycinku pierścienia utworzonego przez promienie R1 i R2 odłoŜone na liniach prostopadłej i pionowej, przeprowadzonych przez środek skarpy. PrzybliŜone wartości granicznych promieni przedstawiono w tablicy.




Kat tarcia wewnętrznego gruntu

na podstawie Tablica 3 (PN-83/B-03010 Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie)

Rodzaj gruntu Stan gruntu Kąt tarcia

wewnętrznego ΦΦΦΦ (w stopniach)

świry i pospółki

37 – 45

Piaski grube i średnie

32 – 37

Piaski drobne i pyły

zagęszczony i średnio

zagęszczony

29 – 33

Piaski gliniaste, pyły piaszczyste,

pyły 22 – 28

gliny piaszczyste, gliny, gliny

pylaste 16 – 26

gliny piaszczyste zwięzłe, gliny zwięzłe, gliny pylaste zwięzłe

14 – 23

iły piaszczyste, iły, iły pylaste

półzwarty, twardoplastyczny

10 – 18

5. Przykładowe rysunki Zapora Dobczyce

1. Parapet Ŝelbetowy wys.70 cm 5. Przesłona cementacyjna 2. Warstwa filtracyjna (Ŝwiry i otoczaki) 6. DrenaŜ 3. Ekran asfaltobetonowy grub. 35 cm 7. Droga 4. Galeria kontrolno-zastrzykowa 8. Uszczelnienie gliną




Zapora Mietków

1. Przesłona iłobetonowa 2. Ekran z płyt Ŝelbetowych 3. Droga o szerokości 5,0 m 4. DrenaŜ rurowy

Zapora Czosztyn

1. Korpus zapory (grunt gruboziarnisty) 2. Rdzeń uszczelniający podłoŜe zapory (glina z warstwą piasku i tłucznia) 3. Galeria kontrolno-zastrzykowa 4. Ubezpieczenie skarpy odwodnej (płyty betonowe) 5. Zieleń na skarpie 6. DrenaŜ 7. Grunt rodzimy 8. PodłoŜe skalne 9. Przesłona cementacyjna uszczelniająca podłoŜe 10. Aparatura kontrolno-pomiarowa

Politechnika Gdańska Wydział InŜynierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechniki

Zapora śur




ściankaszczelna stalowa

umocnienie skarpy odwodnej zapory za pomocągeokraty (małe komórki) na geowłókninie

z wypełnieniem humusowym i obsiewem mieszanką traw

drenaŜ zapory

max PP

ścianka szczelnastalowa

krata rzadka (rozstaw prętów co 20 cm)

prowadnica zamknięcia spustu (ceownik 100)

spust dennyrura Wipro 2Ř800

umocnienie skarp i dna kanałuodpływowego ze spustu naodcinku do przepustu pod drogąza pomocą materacy gabionowychna geowłókninie

umocnienie skarp i dnakanału dopływowego do spustu na odcinku 6 m

za pomocą materacy gabionowych na geowłókninie wylot drenaŜu zapory

max PP




Zapora zbiornika Kolbudy II (zapora posadowiona na podłoŜu nieprzepuszczalnym – gliny zwałowe)

ekran glinowy

zabezpieczenie skarpy odwodnej i ekranu płytami Ehlersa

1 : 3

1 : 31 : 3

300

400

200

80

86,3088,00

Pomoce dydaktyczne do ćwicze ń z przedmiotu Budownictwo …wste/BW/zapora.pdf · Elektrownia...

Documents

Transcript of Pomoce dydaktyczne do ćwicze ń z przedmiotu Budownictwo …wste/BW/zapora.pdf · Elektrownia...