Научно-расчетное и экспериментальное обоснование применения грунтовой переливной плотины в условиях высокой сейсмичности Непала тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат технических наук Поудиал Басу

• Поудиал Басу
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Поудиал Басу

Введение.

Глава 1. Особенности гидротехнического строительства в Непале

1.1 Природно-климатические условия страны.

1.2 Перспективы развития гидроэнергетики и водного хозяйства.

1.3 Исследование возможностей применения в составе проектируемых гидроузлов грунтовой переливной плотины.

1.4 Цель и задачи дальнейших исследований грунтовой переливной плотины.

Глава 2. Методика гидравлических исследований и расчетного обоснования конструкции грунтовой переливной плотины

2.1 Моделирование гидравлических явлений и модельная установка.

2.2 Методика гидравлических исследований и оценка точности измеряемых величин.

2.3 Методика расчетного обоснования устойчивости грунтовой переливной плотины в сейсмических условиях.

Глава 3. Результаты модельных гидравлических исследований грунтовой переливной плотины

3.1 Гидравлика водосливного откоса грунтовой плотины.

3.2 Режимы сопряжения и крепление в нижнем бьефе.

Глава 4. Результаты расчетного обоснования конструкций грунтовой переливной плотины в условиях высокой сейсмичности

4.1 Влияние конструктивных особенностей плотины на устойчивость ее откосов. щ 4.2 Методы повышения прочности и устойчивости грунтовых откосов.

4.3 Рекомендуемые конструкции откосов грунтовой переливной плотины.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научно-расчетное и экспериментальное обоснование применения грунтовой переливной плотины в условиях высокой сейсмичности Непала»

Программой развития народного хозяйства Непала на ближайшие годы намечено значительное увеличение освоения гидроэнергетического потенциала страны и расширение мелиорированных земель. Для этого необходимо задействовать имеющийся водный ресурс, что сопряжено со строительством определенного количества плотин и водохранилищ.

Существенной особенностью Непала является его высокогорное расположение, относительно суровые климатические условия, высокая сейсмичность, отсутствие дорог, дефицит искусственных строительных материалов. В подобных условиях водохозяйственное строительство и сложно, и экономически высокозатратно. Отсюда очевидна актуальность снижения трудозатрат и стоимости строительства в горах.

Максимальное использование местных строительных материалов для возведения плотин и водосбросов - одно из важнейших направлений деятельности исследователей и разработчиков [64 ]. Рациональные предложения в этом направлении уже выдвигались. Грунтовая переливная плотина могла бы с успехом решать задачи создания напора и пропуска паводков. Однако в условиях высокой сейсмичности большинства районов Непала поведение такого сооружения детально не изучено.

Обычно повышение сейсмической устойчивости сооружения ведет к его удорожанию, а это противоречит задачи стоящей перед страной -снижение трудозатрат и стоимости строительства. Следовательно, поиск сейсмостойкого, относительно технологичного и экономичного подпорного сооружения в условиях Непала - задача перспективная, обещающая ощутимый экономический эффект.

Цель работы. Научно- расчетное и экспериментальное обоснование применения грунтовой переливной плотины в условиях высокой сейсмичности Непала.

Достигается поставленная цель в процессе решения следующих задач:

- гидравлического экспериментального исследования ступенчатого водосливного откоса грунтовой плотны и установления обоснованных геометрических соотношений его концевого участка для обеспечения благоприятного режима сопряжения бъефов; вариантных расчетных проработок конструкции грунтовой переливной плотины с учетом сейсмических воздействий при поиске решения с минимальным объемом грунта в теле сооружения;

- экспериментально - расчетного обоснования методов повышения устойчивости (армирования) откосов грунтовой переливной плотины.

Научная новизна. В процессе выполнения диссертационной работы на основе анализа данных гидравлических исследований низового водосливного грунтового откоса и расчетов конструктивных вариантных проработок переливных плотин показана техническая и экономическая целесообразность устройства подобных сооружений в условиях высокой сейсмичности.

Для научного обоснования этой целесообразности детально исследованы гидравлика водосливного откоса, режимы сопряжения бьефов и гашения энергии ниже носка-уступа.

Уточнены закономерности изменения коэффициента Шези и скорости потока на шероховатом ступенчатом откосе плотины, выявлены геометрические соотношения конфигурации концевого участка и носка-уступа, даны конструктивные предложения по креплению размываемых русел ниже носка-уступа.

Обоснованы соответствующими расчетами конструктивные решения откосов и методы их армирования для обеспечения устойчивости в условиях высокой сейсмичности районов применения грунтовых переливных плотин.

Практический выход работы. Полученные расчетные зависимости и рекомендации предназначены к использованию при проектировании и строительстве грунтовых переливных плотин различного назначения. Отдельные результаты прошли апробацию на ряде ранее построенных опытных сооружений, а накопленный опыт армирования грунта геотекстильными материалами в других областях позволяет надеяться на успех их применения в сейсмоопасных районах.

На защиту выносятся:

- технико-экономическое и научно-экспериментальное обоснование целесообразности строительства грунтовых переливных плотин в сейсмоопасных районах;

- рекомендации по гидравлическому расчету водосливного откоса грунтовой переливной плотины, назначению конфигурации концевого устройства и выполнению крепления размываемого откоса ниже носка-уступа;

- рекомендации по конструктивному выполнению откосов грунтовой переливной плотины и армированию ее тела геотекстильными материалами для обеспечения ее работоспособности в условиях высокой сейсмичности.

Объем работы. Рукопись диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных литературных источников. Объем машинописного текста составляет 120 стр., рисунков 52, табл. 12, списка литературы из 93 наименований.

Заключение диссертации по теме «Гидротехническое строительство», Поудиал Басу

Заключение.

Изучение возможностей применения в водохозяйственном строительстве Непала современных грунтовых переливных плотин показывает, что в условиях высокой сейсмичности районов строительства даже апробированные на практике экономичные конструкции утрачивают свои преимущества в сравнении с другими типами. Связано это с тем, что из-за необходимости повышения сейсмостойкости сооружений их откосы приходится уполаживать, увеличивая тем самым объемы укладываемых в тело грунтов.

Вместе с тем практика укрепления (армирования) грунтовых откосов указывает на техническую и экономическую целесообразность подобного устройства грунтовых сооружений. Очевидно, что если в переливной грунтовой плотине произвести укрепление (армирование) откосов, то это приведет не только к повышению их устойчивости, но и к сокращению объемов укладываемого грунта. При этом укрепление откосов включает в себя две составляющие. Одна связана с защитой откосов от размыва, а другая направлена на повышение устойчивости откоса в целом.

Комплексный подход к исследованию грунтовой переливной плотины применительно к условиям Непала - экспериментальный в гидравлическом лотке по минимизации профиля сооружения и расчетный по обоснованию устойчивости армированных откосов позволил сделать нижеследующие выводы.

1. Закрепленные от размыва укатанным бетоном при его ступенчатой укладке грунтовые откосы плотины допускают их значительную крутизну 1,5-2. При быстротечном режиме течения на водосливном откосе коэффициент Шези С в исследованных режимах относительных глубин L /А=3-18 практически не зависит от глубины потока. Отмечена некоторая его зависимость от уклона дна и относительной шероховатости. Однако в диапазонах изменения уклонов 1:2:3 и относительных шероховатостей

L/A= 4-гб (наиболее рациональных) коэффициент С практически неизменен в пределах 26 -7-25.

2. Полученные в результате измерений и расчетов графики изменения коэффициента скорости ф по длине откоса позволяют с достаточной достоверностью определить глубину скорости потока и назначить отметки ограждающих конструкций.

3. Устойчивый поверхностный прыжок в нижнем бьефе зависит не только от его глубины, но и от плавности перехода водосливного откоса к носку- уступу. Выявлена взаимосвязь между крутизной откоса и длиной носка - уступа. С ростом крутизны откоса возрастает длина носка — уступа.

4. В условиях сопряжения бьефов поверхностным прыжком показана целесообразность защиты размываемых оснований гибким с шарнирными связями бетонным креплением, повторяющим в перспективе профиль ямы размыва и надежно защищающим носок - уступ от подмыва.

5. Устойчивость водо-насыщенных грунтовых (суглинистых) откосов песчано-гравийных (особенно низового водосливного) в условиях высокой сейсмичности (9 баллов) обеспечивается только при весьма пологих уклонах (1:3 4), что ведет к существенному увеличению объемов укладываемых грунтов.

6.Использование в качестве армирующих грунтовые откосы геотекстильных материалов позволяет существенно увеличить силы сцепления грунтового массива. При этом из анализа круга напряжений Мора выведена взаимосвязь между силами сцепления и растягивающими напряжениями в грунтовом массиве в виде с =

7. Управляемая армировка грунтовых откосов переливных плотин геотекстильными материалами позволяет увеличить уклоны откосов до 1:1,5-2 и снизить тем самым объемы насыпного сооружения.

8. Укладка армирующих полотнищ из геотекстильных материалов производиться по уплотненному слою грунтового сооружения с заделкой их концов в ступенчатое крепление из укатанного бетона на поверхности откоса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Поудиал Басу, 2003 год

1. Айвазян О.М. Новый метод гидравлического расчета быстротоков с усиленной шероховатостью. Вкн. :Труды МГМИ, вып. "Гидравлика и использование водной энергии" т.52 , 1977,с100-114.

2. Беляшевский Н.Н. Улучшенные типы водосливных плотин из каменной наброски. -Киев: АН УССР, 120с.

3. Беляков А.А. , Правдивец Ю.П.Влияние схемы пропуска паводковых расходов на экономичность гидроузлов с грунтовыми плотинами. "Энергетическое строительство", 1978. -№9.с.29-32

4. Беляков А.А. , Правдивец Ю.П.Ответ на отклики Е.Д.Лосева,

5. B.М.Семенкова, М.П.Павчича и др. по поводу статьи "Влияние схемы пропуска паводковых расходов на экономичность гидроузлов с грунтовыми плотинами" "Энергетическое строительство", 1979.- №7.1. C.65-67

6. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. М.: Стройиздат 1972.С.320-346, 561-565.

7. Боровков B.C., Иванов Л.П., Корыванова В.Д., Подземельных Н.И.,

8. Тарасов В.К. Гидравлические расчеты элементов гидротехнических сооружений. М.: 1989г.

9. Гидротехнические сооружения, под ред. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Правдивец Ю.П., Воробьев Г.А., Малаханов В.В., Глазов А.И., 1996г.

10. Гидротехнические сооружения. под ред. Н.П.Розанова.-М. :Стройиздат, 1978.-с8-17, 174-184.

11. Гидротехнические сооружения под ред. М.М.Гришина. М.: Высшая школа,1979.-ч.1.-с 467-474, 597-599.1.l

12. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений.

13. Справочное пособие М.: Энергоатомиздат,1988. 11 .Гордиенко П.И.Сопряжения бьефов поверхностным режимом с помощью наклонного многоступенчатого водобоя. "Научный доклад высшей школы разд. Строительство, 1958.-№ 1.-е 182-193

14. Гордиенко П.И.Пути удешевления паводковых водосбросов гидроузлов "Гидротехническое строительство", 1958-№8.-с36-44

15. Гордиенко П.И. Исследование земляных водосливных плотин

16. Гидротехнические сооружения", Сб. трудов МИСИ, 1959-№29-с26-108 Н.Гордиенко П.И. Некоторое вопросы проектирования высоких каменно-земляных плотин "Гидротехнические сооружения", Сб. трудов МИСИ.-М.-JI.: Госэнергоиздат, 1961 -№3 2-с23 -3 5

17. Гордиенко П.И. Железобетонно- земляные водосливные плотины "Плотины и водосбросы". Сб. трудов МИСИ. Вып. 11 -М., 1970 №61-сЗ-17

18. Гордиенко П.И. Водосливные плотины с каменными, земляным или каменно- земляным телом "Сб. трудов по гидротехнике и гидростроительству".-М .: Наука, 1970-е 129-144.

19. Гордиенко П.И. Фильтрация воды через наброску рваного камня Сб. тр. МИСИ им. В.В.Куйбышева. № 9. М.: Стройиздат, 1965,с124-133.

20. Гордиенко П.И. Водосливные плотины из каменной наброски "Гидротехническое строительство", 1941-№ 3-с7-13.

21. Гордиенко П.И. Исследование водосливных плотин из местных строительных материалов "Гидравлические исследования инженерных сооружений". Сб. статей. -М.: Стройиздат, 1955-№ 9-с124-133

22. Гребенников JI.C. Влияние подтопления на фильтрацию через каменно-набросную плотину." Изв.", Киргиз. ССР, 1963-вып.-3.

23. Гребенников JI.C. К расчету водосливных плотин из каменной наброски "Вопр. Водного хозяйства".- Фрунзе, 1968-вып.-2.с 109-118

24. Гринчук А.С., Правдивец Ю.П., Шехтман Н.В. Испытание откосов грунтовых откосов, допускающих перелив воды больших удельных расходов. Гидротехническое строительство, 1977, № 4,с22-26

25. Гринчук А.С., Правдивец Ю.П., Сборное железобетонное крепление грунтовых откосов, используемых для сброса воды. Гидротехническое строительство. 1977,№ 7,с25-28

26. Динамика сплошных сред в расчетах гидросооружений. Под редакцией В.М. Лятхера и Ю.С.Яковлева." Энергия", М.:1976.

27. Избаш С.В., Облегченные водосливные плотины из кладки местных материалов "Гидротехническое строительство", 1944.№ 7-с5-8

28. Избаш С.В. Халдре Х.Ю. Гидравлика перекрытия русел рек.- М.: Госэнергоиздат, 1959.-с116-163

29. Избаш С.В. Постройка плотин наброской камня в текущую воду,-М.-.Стройиздат, 1932.-с91-111

30. Исследование работы подпорных стенок из армированного грунта, Экспресс-информация, стр-во ГЭС, № 11, 1977.

31. Крестьянинов A.M. Правдивец Ю.П. Облегченные паводковые водосбросы грунтов плотин "Гидротехника и мелиорация", 1978.-№ 4.-с44-50

32. Каганов Г.М., Шарков В.П. , Методические указание по определению сейсмических нагрузок на гидротехнические сооружения, 1996г.

33. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений.- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960г. с 210

34. Лосев Е.Д. по поводу статьи А.А. Белякова, Ю.П. Правдивца «Влияние схемы пропуска паводковых расходов на экономичность гидроузлов с грунтовыми плотинами» " Энергетическое строительство", 1978.-№ Ю.-с92-93

35. Лятхер В.М., Иващенко И.Н. Сейсмостойкость грунтовых плотин. М.: 1986, "Наука", с. 280.

36. Моисеев С.Н. Пропуск строительных паводков через каменно-земляные плотины, Гидротехническое строительство, № 1,1975.

37. Механика Грунтов, Основания Фундаменты, С.В. Ухов, В.В. Семенов.1994г.

38. Механика Грунтов, Основания Фундаменты, Сборных / лиси / Б.И:, 1980г.

39. Нгуен Данг Шон. Исследование устойчивости водосливной грунтовой плотины на размываемом основании. Автореферат кандидатской диссертации. М., 1981, с19

40. Неелов Д.Д. Устройство плотин, С. Петербург, 1884, т. 1-3.

41. Орошение и осушение в странах мира. Под редакцией Е.Е. Алексеевского. М.: "Колос",1974, с282-283

42. Павловский Н.Н. Собрание сочинений, Том-2 (Движение грунтовых вод), М.: изд-во АН СССР, 1956г. С.-420

43. Правдивец Ю.П. Исследование работы плит крепления грунтовых откосов при переливе воды через сооружение / "Повышение надежности гидротехнических сооружений при динамических воздействиях М., 1976.-с57-58

44. Правдивец Ю.П. Опыт пропуска паводков через недостроенные плотины из местных материалов / "Энергетическое строительство за рубежом", 1977.-№2-с22-25

45. Правдивец Ю.П. Пропуск паводковых вод через недостроенные плотины из местных материалов /"Энергетическое строительство", 1977.-№4.-с22-25

46. Правдивец Ю.П. Исследование работы плит крепления грунтовых откосов при переливе воды через сооружение /"Тр. Коорд. Совещ. По гидротехнике", 1977.-вып. 116.-с156-159

47. Правдивец Ю.П. Крепление водотоков каменной наброской " "Энергетическое строительство", 1977.-№ 11.-с83-87

48. Правдивец Ю.П. Сопряжение бьефов поверхностным режимом на многоводных реках /"Энергетическое строительство", 1978.- № 2.-с23-27

49. Правдивец Ю.П. Водосливные плотины из местных материалов / "Энергетическое строительство за рубежом", 1978.-№.2.-с21-23

50. Правдивец Ю.П. Конструирование гибких защитных покрытий рисберм и откосов/"Энергетическое строительство", 1978.-№.6.-с61-64

51. Правдивец Ю.П. Пропуск паводковых расходов через каменно-набросной банкет Днестровского гидроузла /"Энергетическое строительство", 1978.-Ж11.-с30-32.

52. Правдивец Ю.П. Строительство плотины Сетана (Австралия) /"Энергетическое строительство", 1979.-№.1-с26-27

53. Правдивец Ю.П. Строительство гидроузла Дартмут /"Энергетическое строительство за рубежом", 1979.-№ 4.-с30-32

54. Правдивец Ю.П. Кроник Я.А. и др. Опытная грунтовая водосливная плотина/"Энергетическое строительство", 1979.-№12.-с52-56

55. Правдивец Ю.П., Крестьянинов A.M. и др. Экономичная конструкция водосливной грунтовой плотины на размываемом основании /"Энергетическое строительство", 1980.-№3.-с10-14

56. Правдивец Ю.П. Опыт проектирования и строительства грунтовых водосливных плотин /"Гидротехника и мелиорация", 1980.-№10.с39-41

57. Правдивец Ю.П. О пропуске расходов воды и льда поверх откосов из камня /"Энергетическое строительство", 1981.-№1.-с43-46

58. Правдивец Ю.П. Уроки пропуска строительных расходов переливом через грунтовых сооружения /"Энергетическое строительство за рубежом", 1981.-№ 4.-е 18-21

59. Правдивец Ю.П. Особенности работы водосбросного тракта из сборных элементов /"Гидротехника и мелиорация" 1982.-№1

60. Правдивец Ю.П. Индустриальная конструкция грунтовой водосливной плотины /"Гидротехническое строительство", 1987.№12

61. Правдивец Ю.П. Грунтовые водосливные плотины: автореферат диссертации доктора технических наук.- М.: МИСИ, 1987.

62. Правдивец Ю.П. Совершенствование конструкций грунтовых водосливных плотин, /Сборник научных трудов "Современные проблемы гидротехники".- М.: МИСИ, 1991.

63. Правдивец Ю.П. Комбинированная схема пропуска строительных расходов при возведении высоких грунтовых плотин. / В кн.: Материалы конференций и совещаний по гидротехнике.

64. Гидротехническое строительство в районах вечной мерзлоты. JT: Энергия, 1979,с164-167

65. Правдивец Ю.П. Пропуск строительных расходов при возведении гидроузлов. Методическое указания по проектированию, МИСИ им. В.В. Куйбышего, 1980,с28

66. Руководство по расчету турбулентной фильтрации в каменно-набросных гидросооружениях.Л.:Энергия, 1975г.с50

67. Рассказов JT.H., Проектировании грунтовой плотины. 199г.

68. Рассказов JI.H., Бестужева А.С. Расчет устойчивости откосов на ЭВМ ЕС-1033, 1988г.

69. Рассказов JI.H., Добыш А.Д. Расчет устойчивости откосов на ЭВМ "Наири", Методические указания, М.: МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1971,сЗО

70. Студеничников Б.И. Пропуск паводковых расходов через недостроенные каменно-набросные плотины "Тр. Гидравлической лаборатории".-М.: Стройиздат, 1969.-вып.12.-с99-124

71. Студеничников Б.И. Расчет и моделирования размывов русел в нижних тф бьефах водосбросов "Тр. Гидравлической лаборатории", 1959.-вып.7.clOl-124

72. Студеничников Б.И. Лабораторные исследования нижних бьефов гидроузлов и вопросы методики моделирования размывов "Тр. Гидравлической лаборатории".- М., 1963.-Вып 8.-с197-225

73. Семенков В.М. По поводу статьи А.А. Белякова и Ю.П. Правдивца " ф Влияние схемы пропуска паводковых расходов на экономичностьгидроузлов с грунтовыми плотинами".- Энергетическое строительство, 1978.№12,с79-81

74. Тимофеева Л.М. Армирование Грунтов.- перм-1991

75. Угинчус А.А. Расчет фильтрации через земляные плотины.-Госэнергоиздат, 1960г.-с 141

76. Учет сейсмических воздействий при проектировании гидротехнических сооружений, СНиП 11-7-81, Л. 1986, Раздел-5.

77. Хамдамов Б. X. Несущая способность гидротехнических сооружений из армированного грунта. 1991г.

78. Шейнман Л.Б. "Гидроэнергетика за рубежом", выпуск-10, Москва-1989г. cl-8

79. Шейнин И.С. Колебаний конструкций гидросооружений в жидкости: Справочное пособие по динамике гидросооружений, Л.: Энергия, 1967.

80. Щелкалов Ю.А. Перекрытие Вахша в створе Нурекской ГЭС, Экспресс-информация, стр-во ГЭС, №203, 1966.

81. Шрестха Субарна Дас. Научные основы расчетного обоснования, проектирования и строительства переливных грунтовых плотин. 05.23.07- гидротехническое и мелиоративное строительство. М.: 1998г.

82. Шералиев Нормухамад Исмаинович. Влияние различных факторов на несущую способность гидротехнических сооружений из армированного грунта. М: 1998г.

83. G.R.Powledge,Y.P. Pravdivets, Overtopping of embankments to accommodate large flood events.

84. H.W.M. Hewlett, R. Baker, R.W.P. May, Y.P. Pravdivets, Design of stepped-block spillways, 1997.

85. Frizell K.H., Brent W., Mefford Russ A., Dodge and Tracy B.Vermeyen "Embankment dams: Method of protection during overtopping. Hydro review, vol.-10, № -2, April 1981, pages-19-30.

86. Fenton J.D. Hydraulic and stability analysis of rockfill dams. University Of Melbourn., 1972, p.218

87. Hydroelectric projects identified for private investments "His Majesty's government of Nepal, Ministry of Water Resources", Kathmandu-1992.

88. Hydro-power development police " His Majesty's Government of Nepal, Ministry of water Resources" , Singha Durbar Kathmandu Nepal-1992.

89. Sharma C.K. River characteristics "River systems of Nepal", pages:42-63;102-132.

90. Sharma C.K.Engineering challenges in Nepal Himalayas. Kathmandu-1991 92.Sharma C.K.Water and energy resources of the Himalayan block. Kathmandu-1975

91. R. Baker, Precast Concrete Blocks For High-Velocity Flow Applications