Совершенствование конструкций и условий эксплуатации водосбросных грунтовых плотин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат технических наук Сулейман Ахмад Мохамед

• Сулейман Ахмад Мохамед
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сулейман Ахмад Мохамед

ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзор изученности водосбросных плотинах и их современных конструкций для пропуска паводковых расходов

1.1. Изученность водосбросных фунтовых плотин

1.1.1. Основные типы водосбросных грунтовых плотин.

1.1.2. Конструктивные особенности крепления водосливных поверхностей грунтовых переливных плотин.

1. Г.З. Устройства нижнего бьефа грунтовых водосливных плотин.

1.2. Состояние изученности водосбросных бетонных плотин со ступенчатой сливной гранью

1.2.1. Конструктивные особенности таких бетонных водосбросных плотин.

1.3. Гидравлические условия работы переливных плотин со ступенчатыми низовыми гранями

1.3.1. Гидравлические и фильтрационные условия работы переливных, грунтовых плотин со ступенчатыми низовыми гранями.

1.3.2. Гидравлические условия работы бетонных плотин со ступенчатыми низовыми гранями.

1.3.3. Гидравлические условия работы крепления нижнего бьефа.

1.4. Результаты модельных гидравлических исследований водосбросных плотин со ступенчатыми низовыми гранями.

1.4.1. Результаты модельных гидравлических исследований водосбросных грунтовых плотин со ступенчатыми низовыми гранями и сопряжения бьефов за водосбросной плотиной.

1.4.2. Результаты модельных гидравлических исследований водосбросных бетонных плотин со ступенчатыми низовыми гранями.

1.5. Натурные данные об условиях пропуска расходов через ступенчатые водосбросы

1.5.1. Результаты пропуска расходов через ступенчатые водосбросы.

1.5.2. Данные о повреждениях ступенчатых водосбросов.

1.6. Выводы. Постановка задач собственных исследований.

2. Методика проведения экспериментальных модельных исследований гидравлических условий работы грунтовых водосбросных плотин со ступенчатой низовой сливной гранью 2.1. Особенности моделирования изучаемых гидравлических явлений.

2.2. Экспериментальная установка, методика проведения исследований.

2.3. Оценка точности проводимых измерений.

2.4. Модель грунтовой водосливной плотины.

3. Исследование гидравлических условий работы водосбросных грунтовых плотин, крепление низовых откосов которых выполнено различными бетонными плитами 3.1. Общие положениями замечания об особенностях изменения параметров потока, движущегося »по сливной поверхности низового откоса переливной плотины.

3.2. Результаты проверки определения-характера изменения, коэффициента скорости на сливных гранях водосливных грунтовых плотин.

3.3. Сравнительные исследования работы низовых сливных ступенчатых откосов водосливных грунтовых плотин, покрытых плитами различных конструкций.

3.4. Исследование гашения энергии потоков и управление ими на низовом откосе водосбросных грунтовых плотин.

3.5. Выводы по 3 -ей главе.

4. Исследования значений коэффициента скорости на низовых откосах водосбросных грунтовых плотин, крепленных плитами различных конструкций

4.1. Общие замечания об определении значений коэффициента скорости на низовых откосах водосбросных грунтовых плотин.

4.2. Определение значений коэффициента скорости на низовых откосах водосбросных грунтовых плотин, крепленных плитами с двухступенчатой в плане прорезью.

4.3. Определение значений коэффициента скорости на низовых откосах водосбросных грунтовых плотин, крепленных плитами с двухступенчатыми выступами.

4.4. Выводы по 4-ей главе.

5. Исследования сопряжения бьефов за водосливными грунтовыми плотинами

5.1. Особенности гидравлических условий работы нижних бьефов водосливных грунтовых плотин.

5.2. Результаты исследований сопряжения бьефов за водосливными грунтовыми плотинами при поверхностном режиме.

5.3. Результаты исследований сопряжения бьефов за водосливными грунтовыми плотинами при проектировании водобойного колодца.

5.4. Выводы по 5-ей главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструкций и условий эксплуатации водосбросных грунтовых плотин»

Актуальность темы. Основными направлениями экономического и социального развития Сирийской арабской республики принятыми предусмотрено дальнейшее развитие гидротехнического строительства, как в области энергетики, так и для нужд народного хозяйства за счет использования потенциала рек.

Сирия является страной древнейшей в мире гидротехники. Уже несколько тысячелетий ее жители строят гидроузлы с грунтовыми плотинами. Главной проблемой реконструируемых и строящихся гидроузлов Сирии являются сокрушительные многоводные весенние паводки, формирующиеся за счет таяния снега и осадков в горах северной и западной частей Сирии, а также Ливана. Для управления и пропуска этих паводковых вод приходиться возводить новые резервные или стационарные водосбросы, представляющих собой открытые и-закрытые сооружения.

Разработка актуальных проблем проектирования, строительства и эксплуатации грунтовых водосбросных сооружений в, составе объектов водного-хозяйства в значительной мере научно-технический прогресс в области гидротехники. Экономичность решения гидротехнического строительства зависит от рационального расходования материальных и трудовых ресурсов, ведущего к снижению стоимости строительства объектов.

Выбор конструкции грунтового водосбросного сооружения существенным! образом определяет компоновку гидроузла. Для низконапорных гидроузлов (как гидроузлы- Сирии) на нескальных основаниях стоимость водосбросных со-ружений составляет 30.50% общих капиталовложений на строительство[39].

Большой вклад в разработку технических решений грунтовых водосбросных плотин внесли российские ученые — Н.П. Пузыревский, П.И. Гордиенко, Ю.П. Правдивец, C.B. Избаш и др. Тело такого сооружения возводится из практически любого местного грунта, а гребень и низовой откос защищаются от размыва специальным креплением из бетона или камня. Современный опыт проектирования и строительства таких сооружений показывает, что их технико-экономические характеристики существенно превосходят аналогичные показатели традиционных водосбросов. Внедрение грунтовых водосливных плотин в практику гидротехнического строительства Сирийской Арабской республики позволило бы получить ее водному хозяйству весьма значительный экономический эффект. В связи с этим тема настоящей диссертации может быть признана актуальной.

Цель и задачи исследований; Целью данной работы является совершенствование конструкций и методов расчетного обоснования сборных креплений низовых откосов и участков сопряжения бьефов грунтовых водосливных плотин на основе результатов модельных гидравлических исследовании.

Для достижения поставленной выше цели необходимо решить следующие задачи:

- Экспериментально изучить гидравлические условия, работы низового откоса водосливных грунтовых плотин, крепленого сборными плитами различных конструкций;

- исследовать эффективность работы.различных типов*покрытий низового откоса водосливных грунтовых плотин, изучая» коэффициент скорости, который характеризует характер гашения, избыточной энергии, получить зависимости для прогноза скорости на водосливной'грани.

- изучить различные схемы сопряжения бьефов за водосливными грунтовыми плотинами при покрытии низового откоса плитами различных конструкций, получить расчетные зависимости для прогноза параметров гидравлических прыжков;

- рассмотреть надежность работьъ рассматриваемых плотин дна в нижнем бьефе, крепление которого запроектировано с учетом полученных в работы зависимостей.: Научная новизна результатов исследований. Проведенные исследования позволили сформулировать следующие их основные результаты :

- подтверждена техническая и экономическая целесообразность строительства и эксплуатаций грунтовых водосливных плотин при условии создания крепления на их низовом откосе и в нижнем бьефе;

- получены новые данные о закономерностях изменения параметров потока на сливном низовом откосе, крепленом плитами различных конструкций, и расчетные зависимости для прогноза значений коэффициента скорости;

- рассмотрены закономерности и параметры гидравлических прыжков в нижних бьефах водосливных грунтовых плотин при поверхностном режиме сопряжения, а также при проектировании водобойного колодца, получены расчетные зависимости для параметров прыжка.

Практическая значимость работы. Полученные в рамках расчетные зависимости ориентированы на их использование в практике проектирования, эксплуатаций и строительства грунтовых водосливных плотин гидроузлов различного назначения. Внедрение полученных результатов в практику гидротехнического строительства Сирийской арабской республики позволит не только повысить обоснованность и надежность работы таких сооружений, но сократит их стоимость и сроки строительства.

Достоверность результатов,-полученных в. работе. Результаты проведенных исследований апробированы на большом экспериментальном-материале собственных и чужих лабораторных и полевых исследований. Они были сопоставлены с данными исследований других авторов, полученных как методами физического моделирования, так- и натурными измерениями. Все использованья приборы и аппаратура, использованные в лабораторных исследованиях были тщательно оттарированы и прошли проверку. Полученные результаты в рамках нашей диссертационной работы послужат повышению эффективности решения прикладных задач созданиями эксплуатации водосбросных грунтовых плотин; интенсифицируют процесс гашения избыточной энергии потока, а также прогноз параметров* потока на этом откосе; расширять выбор подходящей и лучшей конструкции плит крепления для пропуска паводковых расходов; позволят прогнозировать значения коэффициента скорости на откосах, крепленых различными плитами; проектировать сопряжения бьефов за водосливными грунтовыми плотинами и прогнозировать параметров прыжка.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на Международной научно-практической конференции «Проблемы развития мелиорации и водного хозяйства и пути их решения». Москва, ФГБОУ ВПО "МГУ природообустройства" - 2011г., на Международной (8-ой Всероссийской) научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Новые инновационные технологии и экологическая безопасность в мелиорации». Московская область, ФГНУ ВНИИ " Радуга" - 2011. Автор участвовал с докладом в международным научно-техническим конференций

Economies and Management of Water in Arab World and Africa». Egypt, Assiut University, - 2009. Автор принимал участие в международным научно-техническим конференций «Water Management — State and Prospects of Development» Rivne, National University of Water Management and Nature Resources Use, - 2010.

Структура и объём, работы. Настоящая работа состоит из пяти глав.

1-ая глава посвящена обзору научно-технической литературы, посвященной исследованиям водосбросных грунтовых плотин и совершенствованию конструкции крепления их низовых откосов, а также сформулированы цель и основные задачи нашего диссертационного исследования.

2-ая глава, содержит методику проведения^ экспериментальных модельных исследований-гидравлических условии работы грунтовых водосливных плотин со ступенчатой низовой сливной гранью:

В; 3-ей; главе представлены результаты- исследований гидравлических условий работы, водосбросных грунтовых плотин, крепление низовых откосов, которых выполнено различными бетонными плитами:.

В 4-ей главе даны расчетные зависимости,, предложенные автором диссертации для определения* значений коэффициента скорости на, низовых откосах водосбросных грунтовых плотин, крепленных, плитами различных конструкций:

5-ая глава посвящены г исследования сопряжения * бьефов за? водосливными грунтовыми плотинами, при. поверхностном режиме, а также при проектировании крепления.нижнего бьефа.

В заключении приводятся основные выводы по результатам исследований автора, а.также основные направления дальнейших исследований.

Диссертация изложена на 174 страницах, содержит 84 рисунков. Список использованной литературы включает 127 наименований, в том числе 29 иностранных авторов.

Заключение диссертации по теме «Гидротехническое строительство», Сулейман Ахмад Мохамед

4.4. Выводы по 4-ей главе

Проведенные модельные лабораторные исследования гидравлических условий работы низовых откосов переливных грунтовых плотин позволили нам придти к следующим основным выводам:

1. Результаты наших исследований хорошо согласуются с результатами исследования С.Х.Ганема. Подтверждено что для определения значений коэффициентов скорости (р на откосах, крепленых плитами с клиновидными уступами, можно использовать зависимость Ю.П.Правдивца -Нгуен Донг Шона (4.2), для условий -¿УД =2. 8, г= 0,18 .0,8, причем было обнаружено, что эта зависимость может быть использована в более широком диапазоне уклонов, чем это следовало из исследований её авторов.

2. Для определения значений коэффициента скорости (р на откосах, крепленых плитами с двухступенчатой в плане прорезью, для условий €/А=4. 7,5, /= 0,18 .0,6 на стадии предварительного проектирования может быть использована зависимость (4.13).

3. Для определения значений коэффициента скорости <р на откосах, крепленые плитами, с двухступенчатой в плане прорезью и с гасителями, для условий -£/к=4. 7,5, /= 0,18 .0,6, и аг=А—7,2см=сот1 можно использовать зависимость (4.16), которая также может быть использована на стадиях предварительного проектирования.

4. Для определения значений коэффициента скорости (р на откосах, крепленых плитами с двухступенчатыми выступами, для- условий £/Л =4. 7,5, /= 0,18 .0,6 на стадии предварительного проектирования может быть использована зависимость(4.25).

5. Для определения значений коэффициента скорости (р на откосах, крепленые плитами с двухступенчатыми выступами и с гасителями для условий -£/А =4. 7,5, /= 0,18 .0,6, и аг=А=1,2см=сот1 можно использовать зависимость (4.28), которая также может быть использована на стадиях предварительного проектирования.

6. Отметим, что зависимости (4.13), (4.16), (4.25), (4.28) хорошо согласуются с зависимостью (4.2) Ю.П. Правдивца и Нгуен Данг Шона.

7. Вышеперечисленными зависимостями рекомендуется пользоваться при значениях чисел Рейнольдса в диапазоне Яе = (5.60)* 1(? и чисел Фруда Рг=1.12. бьефа позволяют правильно оценить характер, размеры и степень опасности для всего сооружения переформирований дна местного и общего характера.

C.B. Избаш в своих работах [40, 41, 42] показал, что при отогнанном гидравлическом прыжке за переливным банкетом (перемычкой) характер распределения скоростей в нижнем бьефе носит равномерный характер и может быть описан параболическим законом. Переход к затопленному прыжку заметно влияет на кинематику потока - скорости уменьшаются. Одновременно им было отмечено, что допущение затопленного (подтопленного) режима ведет к возникновению размывов, а также к постепенному нарастающему влиянию нижнего бьефа на характер перелива, и даже на пропускную способность (при достаточно низких переливных сооружениях) водопропускного сооружения. При отогнанном прыжке,, равно как и при прыжке в предельном состоянии, отмеченные недостатки либо вообще не имеют места, либо проявляются в существенно меньшей степени. Сопряжение поверхностным режимом рассматривалось С.В.Избашем, а вслед за ним многим другими исследователями, как более благоприятное, чем донным режимом. К недостаткам поверхностного режима многие относят многообразие возможных форм последнего, сложности в обеспечении условий его устойчивого существования, а также относительно низкую эффективность гашения избыточной энергии1 сбросного потока. К наиболее устойчивым формам поверхностного режима исследователи относят незатопленный-поверхностный прыжок.

Ю.П.Правдивец и Нгуен Данг Шон [55] в качестве мероприятия, обеспечи-ваюещего благоприятные условия сопряжения поверхностным прыжком, предложили размещать в. низовой части сливного откоса носок-уступ, верхняя плоскость которого имеет отметку ниже отметки минимального уровня нижнего бьефа. Высоту носка уступа предлагается назначать такой, чтобы она обеспечила существование поверхностного режима с момента начла перелива до момента сброса максимальных расходов.

Ю.П.Правдивец дал ещё одну важную рекомендацию по характеру примыкания откоса к носку-уступу [55]. Он считает, что при устройства носка-уступа прилегающий к нему уклон откоса на расстоянии 5-6 глубин транзитной струи назначают в пределах 0,15.0,12, увеличивая по мере удаления до максимально возможного по условиям устойчивости. Ниже носка-уступа Ю.П. Правдивей, рекомендует на размываемом основании устраивать ковш, защищая его от размыва сборным железобетонным креплением с соединением элементов гибкими шарнирными связями. На прочных скальных основаниях он традиции-онно рекомендует устройство носка-трамплина, создающего режим отброса струи.

И.С.Румянцев и С.Х.Ганема [14] продолжили работы Ю.П.Правдивец и Нгуен Данг Шон и изучили условий возникновения» и развития местного размыва в зоне отводящего русла. Они доказали, что основанные размывы имеют место на той длине этого участка, где располагается донный» валец поверхностного гидравлического прыжка, а также предложили зависимость для прогноза глубины воронки и для определения коэффициента размывающей способности в случаях применения различных типов конструктивных элементов крепления сливных откосов.

В.М. Иванов [39] совершенствовал теории-и методов* расчета гидродинамических воздействий за водосбросными? сооружениями бьефов. Результаты его работы позволили определить гидродинамические нагрузки на крепление за водосливной плотиной с уступом при поверхностном режиме. Это метод дает возможность достичь оптимального выбора- конструкций водосбросных сооружений и режимов сопряжения бьефов и тем самым повысить безопасность гидротехнических сооружений. Он доказал, что при учете взаимосвязи не которых параметров потока, влияющих на пульсацию давления независимые факторы, определяющие стандарты пульсации давления безразмерной зависимостью: где - максимальный стандарт пульсации давления в точках крепления за водосливной плотиной с уступом, ау — высота носка-уступа, кс — скорость и глубина воды в сжатом сечении, 12 - расстояние от уступа до места действия максимальных стандартов пульсации давления в точках крепления.

В.М. Иванов [39] в его результаты исследования получил зависимость (5.2) расстояний от уступа до места действия максимальных стандартов пульсации давления в точках крепления,, а также зависимость (5.3)> максимальных стандартов пульсации давления в точках крепления за водосливной плотиной с уступом. при 8,7 <¥гс<40,5 10=(б,6. ¡ТГ-ЛИс, .(5.2) при 3 < ау/1гс <6,5

6,8-0,68. а к

V" с хЮ

-2

5.3) с у

5:21 Результатыисследованийсопряжениябьефов за, водосливными грунтовыми плотинами^ при. поверхностном режиме

За ступенчатым водосбросом для-обеспечения .устойчивого поверхностного режима сопряжения бьефов;, необходимое конце* сбросного1 канала: устроить носок-уступ. При этом поверхностный режим-сопряжения достигается^ во всем, диапазоне изменения расходов воды и глубин- нижнего- бьефа при устройстве концевого носка-уступа, длиной по потоку не-менее двух толщин струи при, пропуске расчетного паводка.с углом подъема верхней грани 6-8° [84].

Экспериментальные* исследования* сопряжения, бьефов за водосливными-грунтовыми плотинами* являются сложной задачей. Планирование эксперимента позволяет значительно ускорить, процесс исследования? при одновременном достоверности результатов. В связи* с этим: целесообразно рассмотреть элементы подготовки и проведения инженерного эксперимента. Целью эксперимента являлось, изучение характеристик поверхностного- гидравлического прыжка за водосбросной' грунтовой плотиной- при; покрытье низового откоса плотины разными видов плит. В качестве параметров, определяющих характера поверхностного прыжка, в нижнем бьефе водосливных сооружений обычно принимают: глубина воды в сжатом сечении кс\ скоростной напор в сжатом сечении V c/(2g)•, л число Фруда в сжатом сечении Ргс= V ¿(Ш-Ю; сопряженная глубина /?2/

Дальнейшая обработка полученных данных по параметрам поверхностного гидравлического прыжка была осуществлена нами таким образом, чтобы получить расчетные зависимости, учитывающие как параметры потока, сходящего со сливной грани переливной плотины в нижнем бьефе. Результаты обработки этих данных представлены на рис.5.2.5.9. При учете взаимосвязи некоторых параметров, влияющих на характеристики поверхностного прыжка независимы факторы, определяющие характеристики прыжка безразмерными зависимостями:

На рис. 5.2. и рис.5.3 приведен график зависимости расстояния от уступа до местоположения второй сопряженной глубины, а также зависимости длины вальца при поверхностном режиме сопряжения бьефов и бетонном покрытии сливного откоса (гладкая сливная грань) от числа Фруда в сжатом сечении. Можно заметить, что с увеличением числа Фруда расстояние до местоположения действия второй сопряжения глубины уменьшается. Это связно с тем, что зона приближения струи ко дну также подходит к уступу.

5.5)

Экспериментальные исследования сопряжения бьефов за водосливными грунтовыми плотинами являются достаточно сложной задачей. Планирование эксперимента позволяет значительно ускорить процесс исследования при одновременном достоверности результатов. В связи с этим целесообразно рассмотреть элементы подготовки и проведения инженерного эксперимента. Целью эксперимента являлось изучение характеристик затопленного гидравлического прыжка за водосбросной грунтовой плотиной при покрытии низового откоса плотины плитами с двухступенчатыми выступами. В качестве параметров, определяющих характера затопленного прыжка в нижнем бьефе водосливных сооружений обычно принимают:

- глубину воды в сжатом сечении затопленного прыжка располагалось на водосливной грани

- скорость потока в сжатом сечении V/;

- число Фруда в сжатом сечении V2

- вторую сопряженную глубину к2;

- расстояние от сжатого сечения прыжка до подошвы,плотины '

- глубина воды в нижнем бьефе относительно дна колодца кф, Изучение сопряжения бьефов за водосливными грунтовыми плотинами при проектировании водобойного колодца в проведенных нами исследованиях было осуществлено на той же экспериментальной,установке, которая ранее использовалась для изучения гидравлических условий работы сливного откоса и была рассмотрена в главе 2.

Экспериментальные исследований были выполнены для конструкции водобойного - колодца, который имеет высоту низового участка, равную 6см. А длина горизонтального участка дна колодца на модели составляла 60см при уклоне низового откоса водобойного колодца 1:3 и 54см при уклоне низового откоса водобойного колодца 1:2 (рис. 2.2, д).

Наши эксперименты проводились на модели плотины, низовой откос (с уклоном 1:5,5, 1=0,18), которой был покрыть плитами с двухступенчатыми выступами (см. рис.2.3,д) с -6/А = 7,5 и шахматную схему укладки.

Схема к расчету параметров гидравлического прыжка в водобойном колодце за водосливной грунтовой плотиной, представлена на рис.5.11: А/ — глубина воды в сжатом сечении, которое располагалось на ступенчатой

3.5

3.4

3.3

3.2

1 ш ••

3.1

1.2 1.3 1.4 1.5 ЯП 1.6

Рис.5.12. Графики зависимости второй сопряжения глубины для затопленного прыжка при двух уклонов низового откоса водобойного колодца.

На графике, приведенном на рис.5.12 видно, что значения второй сопряженной глубины при уклоне 1:3 больше, чем те же значения при уклоне 1:2. Это потому что длина низового откоса при уклоне 1:3 было большее. Кроме того можно заметить, что относительная величина второй сопряженной глубины в нижнем бьефе увеличивается по мере увеличения числа Фруда в сжатом сечении. Зависимость между iZ.Fr; и ^/Л/ близка к линейной и может быть аппроксимирована эмпирической формулой в диапазоне исследований 1,44 < РГ1 <2,56. приуклоне 1:3, /*2 = 0,8. Рг +2,2./^, .(5.14) при уклоне 1:2, ^ =0,74 .¡Р^ +2,2 Д, .(5.15) режима движения сбросных расходов. Прогноз параметров потока на такой поверхности может быть осуществлен традиционными методами гидравлики, т.е. с использованием уравнения Шези на участке равномерного движения и уравнения неразрывности с введением в последнее коэффициента скорости. Рассматриваемая поверхность обеспечивает интенсивное гашение на всей длине откоса избыточной кинетической энергии потока. Главная роль в процессе гашения избыточной энергии потока принадлежит относительной "шероховатости" ступенчатообразной поверхности крепления из плит €/А и ее заложению (уклону); в пределах границ прорези возникает зона пониженного давления, которая способствует формированию направления- циркуляции к оси плиты и созданию участков интенсивной диссипации, а также уменьшает гидродинамические воздействия потока на плиты.

3.На первом этапе нашего исследования необходимо было проверить результаты исследований МЬП.Правдивца, Нгуен-Данг Шона и С.Х.Ганема на нашей экспериментальной модели, а также продолжить, работу Ганема, в направлении увеличения параметров прорези плит, покрывающих низовой откос водосбросных грунтовых плотин. Для этого- мы предложили новую конструкцию таких плит с двухступенчатой в плане прорезью-(см.рис.2.3.в). Результаты этих исследования показали, что при увеличении, прорези плит наблюдается, уменьшение величины поверхностных скоростей, где значение коэффициента скорости. Значения коэффициента скорости для плит с одно- и многоступенчатой прорезями в наших экспериментах были достаточно близки между собой (рис. 3.6). Это позволило нам рекомендовать при выборе конструкции плит отдавать- предпочтения плитам с двухступенчатой прорезью, занимающей от 1/2 до 3/4 от общей ширине плиты.

4. В результате выполненных нами поисковых исследований были предложены новы типы- конструкций плит крепления низовых откосов водосливных грунтовых плотин — с двухступенчатой прорезью (см.рис.2.3.в); с двухступенчатой прорезью и гасителями (см.рис.2.3.г);. с двухступенчатыми выступами (см.рис.2.3.д) и с двухступенчатыми выступами и гасителями (см.рис.2.3.е). Все эти плиты уложенные в шахматном порядке. Лабораторные испытания креплений, выполненных из плит предложенных конструкции показали, что последние позволяют дополнительно интенсифицировать процесс гашения избыточной энергии потока по сравнению с плитами, предложенными Ю.П.Правдивцем, Нгуен-Данг Шоном и С.Х.Ганемом. Использование таких плит увеличивает гидравлические сопротивление, усилить торможение потока на откосе, улучшает управление потокам и распределением удельных расходов в плане, а также скоростей течения по глубине и снижение гидродинамического воздействия потока на водосливную грань. Таким образом выбор подходящей и лучшей конструкции плит крепления для пропуска паводковых расходов через водосбросные грунтовые плотины, зависит от значений этих расходов.

5. Для прогноза коэффициента скорости на откосах, крепленых плитами с двухступенчатой в плане прорезью, предложены зависимости (4.13); плитами с двухступенчатой в плане прорезью и гасителями - (4.16); плитами с двухступенчатыми выступами - (4.25) и плитами с двухступенчатыми выступами и с гасителями - (4.28). Эти зависимости можно использовать в диапазоне уклонов 0.18.0.6, Z/A = 4. 7.5; аг = А1 = 1.2см = const и при значениях чисел Рейнольдса в диапазоне Re=(5.60)*103 и чисел Фруда Fr=1.12.

6. Результаты экспериментальных исследования сопряжения' бьефов* за водосливными^ грунтовыми плотинами при поверхностном режиме показали, что крепление сливного откоса плитами с выступами или с прорезью, работает более эффективно, чем гладкое бетонное крепления и ещё более эффективно чем клиновидные плиты и плиты с одноступенчатыми прорезями. Длина донного вальца при таком креплении уменьшается, необходимая длина крепления дна укорачивается. Соответственно уменьшается стоимость крепления. Для прогноза параметров поверхностного прыжка, для условий €,/А = 7.5, /= 0.18, Ly = 0,33.Lo, ау = 2,5.Нп и крепление низового водосливного откоса, плитами с двухступенчатом выступом, могут быть использованы зависимости (5.10).(5.12), а также зависимости (5.6).(5.9) при покрытии низового откоса плотины бетонным покрытием и при диапазоне изменения число Фруда Fr = 1.13.

7. При проектировании водобойного колодца результаты эксперимента показали, что затопленный гидравлический прыжок, который образуется в нем, обеспечивает практически полнее гашение избыточного энергии потока.

Сжатое сечение гидравлического прыжка при его затоплении со стороны нижнего бьефа перемещается от подошвы плотины на ступенчатую грань. При этом скорости течения на затопленном участке ступенчатой водосливной грани значительно снижаются, а давления на вертикальные и горизонтальные грани ступеней увеличиваются. Поэтому защита затопленного прыжком участке ступенчатой водосливной грани от кавитационной эрозии обеспечивается с запасом. Для- прогноза параметров затопленного прыжка, в том числе для. прогноза размеров водобойного колодца, могут быть использованы зависимости (5.14).(5.19) при креплении низового водосливного откоса плитами с двухступенчатом выступом и при значениях чисел Фруда Ег = 1 .13.

Анализ результатов настоящей работы показал, что* в число проблем будущих исследований водосливных грунтовых плотин целесообразно включить следующие вопросы:

- исследование местных размывов в нижних бьефах при условиях поверхностного режима и при строительстве рассматриваемых плотин (крепление их низовых откосов предложенными нами плитами) на различных видах оснований;

- исследования динамического взаимодействия потока с плитами, конструкции которых предложены в настоящей работе;

- разработка технологии и методов- производства работ для» создания ступенчатообразного крепления из укатанного бетона, что позволило бы до предела упростить создание рабочей сливной поверхности на фунтовых плотине любого типа как в случаях строительства новых гидроузлов, так и в случаях реконструкции уже существующих плотин при необходимости увеличения пропускной способности их водопропускных сооружений; оценка возможностей использования рассмотренных в рамках настоящей диссертации водосбросных грунтовых плотин для аккумуляции водных потоков, стекающих с водосбросов в сезоны дождей (например, как это имеет место в многих регионах Сирии). Это позволит не только более эффективно использовать водные ресурсы, но и предотвратить значительный экологический ущерб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сулейман Ахмад Мохамед, 2011 год

1. Аль-Али АбдельРаззак. Научное обоснование методов расчета и проектирования высокопороговых плотин со ступенчатой низовой сливной гранью. Диссертация на соискание ученой1 степени кандидата технических наук. // М.: МГУП, 2000.

2. Андреев А.Е. Управления околокритическим течением в нижнем бьефе низконапорных водопропускных сооружений: Дисс. канд. техн. наук. — // Л.: ЛПИ, 1989.-195 с.

3. Андреев <А.Е. Управления потоками за водопропускными сооружениями в составе противопаводковых защитных комплексов. Дисс. докт. техн. наук. // С.-Петербург: СПБ ГТУ, 1998. - 395 с.

4. Беляшевский H.H. Фильтрация по линии контакта глиняного экрана с напорной гранью сооружения // Гидротехническое строительство, 1948. -№2.- с. 17-19.

5. Беляшевский H.H. Улучшенные типы водосливных плотин из каменной наброски. // Киев: АН УССР, 1953. - 120 с.

6. Беляшевский H.H. О методике исследований нижнего бьефа за водосбросными сооружениями // Гидротехническое строительство, 1955. №3. — с.40-43.

7. Беляшевский H.H. Опыт строительства и эксплуатации улучшенных типов водосливных плотин из каменной наброски. — // Киев: АН УССР; 1957.-130 с.

8. Беляшевский H.H., Пивовар Н.Г., Калантыренко И.И. Расчеты нижнего-бьефа за водосбросными сооружениями^ на нескальных основаниях. — // Киев: Наукова думка, 1973. с.7-69, 94-119, 278-285.

9. Беляшевский H.H. Улучшенные типы водосливных плотин из каменной наброски. // Киев: АН УССР, 1953. с. 120.

10. Ю.Беляков A.A. Правдивец Ю.П: Влияние схемы пропуска паводковых расходов на экономичность гидроузлов с грунтовыми плотинами // Энергетическое строительство, 1978. №9. — с.29-32.

11. Васильева И.А. Водосливная плотина из камня // Гидротехника и мелиорация, 1949. №.2. -с.32-37.

12. Волынчиков А.Н. Обоснование элементов конструкций водосбросных сооружений со ступенчатой водосливной гранью для высоконапорных бетонных плотин. Дисс. канд. техн. наук, // СПБ. 2009. 137 с.

13. Ганем Х.С. Совершенствование конструкций и методов расчетного обоснования переливных грунтовых плотин. Дисс. канд. техн. наук, // М1., 1992.

14. Гидротехнические сооружения // под ред. Н.П.Розанова. — М.: Строй-издат, 1978г. с. 8-17, 174-184.

15. Гидротехнические сооружения- // под ред. М.М.Гришина. М.: Высшая» школа, 1979. -4.1.-е. 467-474, 597-599.

16. Гидротехнические сооружения // под ред. НЛ.Розанова. М.: Агропр-омиздат, 1985.

17. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений // Справочное пособие. — М.: Энергоатомиздат, 1988.19г Гордиенко П.И. Водосливные плотины из каменной наброски // Гидротехническое строительство, 1944. №3. — с.7-13.

18. Гордиенко П.И. Фильтрация воды через наброску рваного камня // Вопросы гидротехники. С.б. трудов. М.: Стройиздат, 1955. - №9. - с. 124-133.

19. Гордиенко П.И. Сопряжения бьефов поверхностным режимом с помощью наклонного многострупенчатого водобоя // Научн. докл. Высшей школы разд. Строительство, 1958. - №1. - с. 182-193.

20. Гордиенко П.И. Пути удешевления паводковых водосбросов гидроузлов // Гидротехническое строительство, 1958. №8. -с.36-44.

21. Гордиенко П.И. Исследование земляных водосливных плотин // гидротехнические сооружения. Сб. трудов МИСИ, 1959. №29. - с.26-108.

22. Гордиенко П.И. Некоторые вопросы проектирования высоких каменно-земляных плотин // гидротехнические сооружения. Сб. трудов МИСИ. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. №32. - с.23-35.

23. Гордиенко П.И. Железобетонно-земляные водосливные плотины // Плотины и водосбросы. Сб. трудов МИСИ: — Вып.П. М., 1970. - №61. -с. 3-17.

24. Гордиенко П.И. Железобетонно-земляные плотины // Тр. МИСИ им. В.В. Куйбышева. 1970. - №61.

25. Гордиенко П.И. Водосливные плотины, с каменными, земляным или каменно-земляным телом // Сб. тр. по гидротехнике и гидростроительству. // М-.: Наука,Л970. - с.129-144.

26. Гордиенко П.И. Фильтрация воды через наброску рваного камня. Сборник трудов МИСИ им. Куйбышева, №9.

27. Гордиенко П.И. Водосливные плотины из каменной' наброски // Гидротехническое строительство; 1941'. -№;3. -с.7-13.

28. Гордиенко П.И. Исследование водосливных, плотин из- местных строительных материалов: // Гидравлическое исследование инженерных сооружений. Сборник-статей. -М.: Отройиздат, 1955. -№.9г -с. 124-133;

29. Горчаков М.П. Результаты длительной, эксплуатации- водосливной каменно-набросной плотины-// Гидротехническое строительство, 1965. -№4. С. 43-45;

30. Гребенников JI.C. Влияние подтопления на фильтрацию через, каменно-набросную плотину // Изв: Киргиз. СССР,' 1963. Т.У. - Вып. 3".

31. Гребенников JI.C. К расчету водосливных плотин»из,каменной наброски // Вопр. Водного хозяйства. Фрунзе, 1968. - Вып. 2. - с. 109-118

32. Гринчук A.C., Правдивец Ю.П., Шехтман HIB. Испытание* крепления грунтовых откосов допускающих перелив воды больших удельных расходов// Гидротехническое строительство, 1977. №4. — с.22-26:

33. Гринчук A.C., Правдивец Ю.П., Сборное железобетонное крепление грунтовых откосов, используемых для- сброса воды // Гидротехническое строительство, 1977. №7. - с. 25-28.

34. Гринчук A.C. Воздействие бурного потока на элементы крепления русл повышенной (ступенчатой) шероховатости: Дисс. канд. техн. наук. // М.: МИСИ, 1983. 125 с.

35. Защита от размыва русла нижних бьефов водосбросов (рекомендации по проектированию). // М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1974.

36. Иванов В.Mi Совершенствование теории и методов расчета гидродинамических воздействий за водосбросными сооружениями: Дисс. докт. техн. наук. // Барнаул: АГТУ им. и.и. Ползунова, 2004. 398 с.

37. Избаш C.B. Облегченные водосливные плотины из кладки местных материалов // Гидротехническое строительство, 1944. №7. - с.5-8.

38. Избаш C.B., Халдре Х.Ю: гидравлика перекрытия русел рек. М.: Госэн-ергоиздат, 1959. - с. 116-163.

39. Избаш C.B. Постройка плотин наброской камня в текущую воду. — // М.: Стройиздать, 1932.-с.91-111.

40. Исследование водопропускных каменно-набросных плотин // гидротехническое строительство, 1964г. №9: — с.54.

41. Исследование пропуска расходов- воды, через гребень недостроенной грунтовой плотины Колымской ГЭС на 1-м этапе ее строительства (пропуск половодья 1979 года). Отчет договора №9-420. // Красноярск: Сибирский филиал ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1978.

42. Коган Е. А., Ульянова Е. А. Конструкции плотин из укатанного бетона: Обзор; Информация /Сер: «ГЭС». -Il MÎ: Информэнерго, 1990. Вып. 3.

43. Крестьянинов А.М., Правдивец Ю.П. Облегченные паводковые водосбросы грунтов плотин // Гидротехника и мелиорация, 1978.- №4. — с.44-50.

44. Кузовлев Г.М. О'строительстве земляной перемычки с переливом через гребень на Токтогульской ГЭС. // Гидротехническое строительство, 1965. №.5.-с.56-57.

45. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений. // М. - Л.: Госэнер-гоиздат, i960.--210с.

46. 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. №10. - с. 92-93.

47. Лунаци М.Э. Разрезные водобойные.устройства: Дисс. канд. техн. наук. — //М.:МИСИ, 1986г.

48. Лятхер В.М;, Прудовский А.М;, Гидравлическое моделирование. — // М.: Энергоатомиздат, 1984. — 392 с.

49. Милляр А.П., Правдивец Ю.П., Сапов В.А. Грунтовая водосливная» сооружения. // М.: Энергоиздат, 1973: — с.11.

50. Мирзоев М.И. Гидравлические условия; работы высокопороговых водосбросных плотин со ■ ступенчатой" сливной гранью; Дисс. канд. техн. наук. МГУП, // М., 2005. 147 с.

51. Мирцхулава Ц.Е. Размывы русел и методика оценки их устойчивости. // М.: Колос, 1967.

52. Нгуен Донг Шон. Исследования! устойчивости водосливной грунтовой плотины на размываемом основании: Дисс. канд., техн. наук. — ■// М.: МИСИ, 1981.56; Павловский Н:Н: Собрание сочинений; Том 2 (движение грунтовых вод); //М.: изд-во АН СССР, 1956 с.420.

53. Правдивец Ю.П: Исследование работы плит крепления; грунтовых откосов- при переливе воды через сооружение // Тр. коорд. совещ. по гидротехнике, 1977. — Вып. 116. — с. 156-159.

54. Правдивец Ю.П. Крепление водотоков каменной наброской // Энергетическое строительство; 1977. №1-1. - с. 83-87.

55. Правдивец Ю.П: Сопряжение бьефов поверхностным режимом на многоводных реках // Энергетическое строительство, 1978. №2. - с. 23-27.

56. Правдивей, Ю.П. Пропуск строительных расходов при возведении гидроузлов. Методические указания по проектированию, МИСИ им. // Куйбышева, 1980, с. 28.

57. Преображенский H.A. Чешуйчатая рисберма из наклонных элементов // Изв. ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1948. -Т.35. с. 41.

58. Проектирование и строительство гравитационных плотин из укатанного бетона в Аргентине// Экспресс информация. Сер. Гидроэнергетика за рубежом, вып. № 6 7. - М.,1991.

59. Последние достижения- в строительстве плотин из укатанного бетона // Экспресс информация. Сер. Гидроэнергетика за рубежом, вып. 4.-М.,1990.

60. Распопин. Г. А. Режимы потока в руслах с искусственной шероховатостью и методы их расчета: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. // Новосибирск, 1960.

61. Рассказов Л.Н., Добыш А.Д. Расчет устойчивости откосов на ЭВМ «Наири», Методические указания, // М.-, МИСИ- им. В.В. Куйбышева, 1971. с.ЗО.

62. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Анискин H.A., Малаханов В.В., Бестужева A.C., Саинов, М.П., Солдатов П.В., Толстиков В.В. . Гидротехнические сооружения // Издательство АСВ; М.: часть 1, 2008, - 630 с.

63. Рахманов А.Н. Размывающая способность потока в донном гидравлическом прыжке при сильно шероховатом водобое // Изв. ВНИГ им. Б.Е. Веденеева, 1960, -Т.66. -с.21-43.

64. Родионов И.А. Распределение скоростей и гидравлические сопротивления в плоском потоке при равномерном движении жидкости: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. // Киев, 1960.

65. Boes R.M. & Minor H.E., 2000. Guidelines for the hydraulic design of stepped spillways. Hydraulics of Stepped Spillways, // Balkema Ed, 163-170;

66. Chanson, H.: 1995b, Air Bubble Entrainment in Free-Surface Turbulent Flows. Experimental investigations, Report CH46/95, Department of Civil Engineering, University of Queensland- // Australia, June, 368p.

67. Chanson, H. & Toombes L. 1997. Flow aeration at stepped cascades. Research Report No. CE155, Department of Civil Engineering, // University of Queensland, ISBN 0 86776 73.

68. Chanson H. Characteristics of skimming Flow over Stepped Spillways. // Discussion; " Jd of Hyd^ Engrg. V. 126; №Ll,.Pr 862--865;

69. Goerge C. Christodoulou, (1993), Energy Dissipation on Stepped Spillway // J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 119, No.5 .

70. Hager W.H. (eds.),. International Workshop on Hydraulics of Stepped Spillways, // Balkema Publ., Zurich, Switzerland, pp. 53-60.

71. He Guangtong, Hong Xiankang. The integral RCC dam design characteristics and optimization design of its energy dissipater in Shuidong hydropower station. Roller compacted concreter dam. Proc. of the Int. Symposium: // Madrid^ 1995. P. 405-412.

72. Jones, O.G. and Delhaye, JIM.: 1976, Transient and statistical measurement techniques for- two-phase flows: A critical- review, Int. // J: Multiphase Flow P. 3, 89-116.

73. Peyras L., Royet P; andiDegoutte G:, Flow; and energy dissipation?over stepped gabion weirs // Journal'of Hydraulic Engineering; ASCE, 1992, 118(5): 707-717.

74. Rice C. E. and Kadavy K. C., Model study of a roller compacted! concrete; stepped: spillway // Journal of Hydraulic Engineering, June 1996; 292297

75. Richardson A.T. Upper Stillwater Dam; roller compacted- concrete design and construction concept. Proc. 15th. 1COLD Congress; // Lausanne, 1985, V.2, Q.57, R.8, pp.143-156.

76. Roller compacted concrete arched dams. F. Hollingworth, D.J. Hooper // Water Power and Dam Construction, 1987.

77. Sanchez-Juny M. Comportamiento Hidrualico de los Aliviaderos Escalonado en Presas de Homingon Compactad. Ph.D. thesis, Universität Politécnica de Catalunya, Barcelona, // Spain 2001.

78. Shannon B.J. Berdekin Falls dam // International Water Power and Dam Construction, 1987, 39, № 12, 35, 36, 41.

79. Sorensen, R.M. 1985. Stepped spillway hydraulic model investigation // Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 111 (12): 1461-1472. Discussion: 113 (8): 1095-1097.

80. The oldest dam in the world. // La Hoille Blanche, Mai-Juin, 1952.