Защита населенного пункта от затопления

Министерство  транспорта РФ

ФБОУ ВПО

Новосибирская Государственная Академия Водного  Транспорта

 

Кафедра: ТСБ

 

 

 

 

Курсовой проект

 по дисциплине  «Организация и ведение аварийно-спасательных  работ»

 

Тема: «Защита населенного  пункта от затопления»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2013

Содержание

 

Введение 3

1 Назначение основных размеров дамбы обвалования 4

2 Высота дамбы обвалования  4

3 Высота откосов 5

4. Подсчет объемов грунта для возведения дамбы обвалования…………….. 5
5. Оценка суффозионной устойчивости дамбы обвалования……………….. 8

5.1 Построение расчетной схемы сооружения. 8

5.2 Определение положения депрессионной кривой 9

5.3 Определения фильтрационного давления на подушку дамбы обвалования 10

5.4 Построение эпюры фильтрационного давления 11

5.5 Проверка суффозионной устойчивости основания дамбы……………. 13

6 Проверка устойчивости сооружения по схеме плоского сдвига 13

7 Определение волнового воздействия на откосную часть сооружения 15

Заключение 18

Список использованной литературы 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

В данной курсовой работе необходимо защитить населенный пункт численностью 21 тысяча человек от новоднения.

Прогнозированная  паводковая волна составляет = 7 метров. Отсюда в зону затопления будут попадать 10101 человек.

Следовательно для эффективной защиты назначаем капитальную дамбу обвалования, которая будет относиться по размерам и количеству защищаемого населения к третьему классу капитальности.

Данное  защитное сооружение должно обеспечивать его устойчивость функционирования с минимально возможным риском ЧС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначение основных размеров дамбы обвалования

Ширина по гребню назначается исходя из 2х основных показателей:

1. Из возможностей технологической укладки и уплотнения;
2. Из условий проезда по гребню в период ЧС.

В курсовом проекте принимаем двухстороннее  автомобильное движение по гребню дамбы  для этого предварительная ширина назначается 6 метров.

2. Высота дамбы обвалования

Отметка гребня дамбы должна обеспечивать безопасность эксплуатации то есть к сведению к минимальному риску ЧС, гидродинамической аварии. Так как данный тип дамбы классифицируется как глухая:

+ a +

Где a - запас гребня в зависимости от класса капитальности;

  - высота ветровых  и нагонных волн.

∆h_set, h_run1% - высота ветровых и нагонных волн.

Для 3го класса капитальности предварительно назначают запас в 1 метр над уровнем  паводковых воды. Высота дамбы составляет 8 метров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Заложение откосов

Для устойчивости откосов предварительно назначают  их заложение:

Верхнего 1:2;

Нижнего 1:15

 

 

         

1:2 1:1,5

 

 

Рисунок 1 – Заложение  откосов

 

Основание дамбы составляет 34 метро.

Основные  размеры дамбы приведены на рисунке1.

 

4. Подсчет объемов грунта для возведения дамбы обвалования

Из условия  производства работ минимальной  санитарной зоны расстояние от населённого  пункта до дамбы обвалования должна быть не менее 50 метров.

Для определения  объёмов работ необходимо на первом этапе разбить всю длину дамбы  обвалования по пикетам (ПК 0, ПК 1…). Пикеты наносятся через 100м.

Далее снимаем  размеры дамбы обвалования в каждой горизонтали.

Затем находим  площади получившихся фигур и  рассчитываем объем грунта между  пикетами по формуле:

,

Где - площади фигур в соответствующих пикетах;

L - расстояние между пикетами.

Расчеты производим в табличной форме (Таблица 1).

 

 

 

Таблица 1.- Определение объемов грунта.

ПК		сечение		Площадь сечения, м2		Расстояние между сечениями, м		Объем грунта между сечениями, м3		Общий объем грунта, м3
ПК0		-		0,00
						110		426,25		426,25
ПК1+10				7,75
						70		936,25		1362,5
ПК1+80				19
						90		2373,75		3581,25
ПК2+80				33,75
						100		2637,5		4000
ПК3+80				52
						90		5658,75		13946,25
ПК4+70				73,75
						30		2591,25		16537,5
ПК5				99
						20		2267,5		18805
ПК5+20				127,75
						10		1438,75		20243,75
ПК5+30				160
						30		6566,25		26810
ПК5+60				277,75
						20		5622,5		32432,5
ПК5+80				284,5
						120		32331		64763,5
ПК7				254,35
						100		24486		89249,5
ПК8				235,37
						130		31831,8		121081,3
ПК9+30				254,35
						60		12430,5		133511
ПК9+90				160
						30		3885		137396,8
ПК10+20				99
						40		3455		140851,8
ПК10+60				73,75
						60		3772,5		144624,3
ПК11+20				52
						100		4287,5		148911,8
ПК12+20				33,75
						50		1318,75		150230,6
ПК12+70		-		19
						80		1070		151300,6
ПК13+50			7,75
						80		310		151610,6
ПК14+30				0

 

Объем грунта для возведения дамбы составляет V_гр = 2828095,45 м³.

 

5. Оценка суффозионной устойчивости дамбы обвалования
5. Построение расчетной схемы сооружения

Для построения декомпрессионной кривой комбинированной  системы экран дамбы заменяется псевдооднородной дамбой с фильтрационными характеристиками аналогичными комбинированной конструкции дамбы и на втором этапе для удобства построения наклонная часть верхового откоса заменяя приведенной вертикальной плоскостью.

В расчетной  схеме приведенные размеры отсчитываются  от уровня нагонной волны, а не от гребня плотины.

В курсовом проекте принимаем расстояние Т от основания дамбы до водоупорного горизонта Т = 25 метров, тогда:

Со стороны  низового откоса:

Псевдоприведенная ширина:

, м

Где - сплошная толщина экрана (

- коэффициент  фильтрации дамбы обвалования  и экрана;

В курсовом проекте принимаем, что тело дамбы  выполнено из местных стройматериалов поэтому принимаем коэффициент фильтрации в теле дамбы равен коэффициенту основания.

 м

Передняя  наклонная часть сооружения (верховой откос) заменяется вертикальной гранью, отстоящей от начала приведенной  ширины на расстоянии ∙h₁:

 

Где m – величина заложения откоса.

 

 м

5. Определение положения депрессионной кривой

_{Определяем  положение депрессионной  кривой на низовой  части дамбы обвалования, то есть на какой высоте должна выходить депрессионная кривая:}

∆ =

, м

Где L – приведенная ширина дамбы обвалования по основанию (L =  40 м)

T -  расстояние от основания дамбы обвалования до водоупора.

h₁ и h₂ – соответственно расстояния от водоупора до уровня воды соответственно со стороны верхового и низового откосов.

h₁ = 32 м

h₂ = 25 м

∆ = м

Затем, принимая промежуточные расстояния х=10 метрам от приведенной вертикальной грани расчетной схемы, определяем промежуточное положение депрессионной кривой в теле дамбы обвалования по формуле:

 

 h_x =

 

Таблица 2

x
hx
x
hx

 

           

 

 

 

 

5. Определение фильтрационного давления на подошву дамбы обвалования

Для повышения  суффозионной устойчивости основания  и снижения риска ЧС в основании  сооружения устраивается:

1. Понур

Длиной l_п = (1-1,5) ∙ h_в = 1 ∙ 7 = 7 м;

Толщина в месте сопряжения с верховым откосом принимается равной толщине экрана, толщина понура в его начале 0,5 метров.

2) Передний и задний экраны

Высота переднего экрана S₁ = h_в = 7 метров; заднего S₂ = 4 метра.

Для повышения суффозионной устойчивости заднего экрана он врезается в  заднюю упорную призму или в каменный банкет, размеры которого: минимальная  высота 0,5 метров до величины ∆, ширина поверху 0,5 метров, с заложением откосов 1:1.

 

 

5. Построение эпюры фильтрационного давления

_{Построение  ведется методом  определений коэффициентов  сопротивлений в  характерных точках к которым относятся:}

• _{сопротивление на входе;}
• _{сопротивление по длине понура;}
• _{сопротивление на переднем экране;}
• _{сопротивление по длине дамбы обвалования.}
• _{сопротивление на заднем экране.}

_{Критерий  вертикального контура (назначается Т или Такт) определяется из условий следующих условий:}

     

l_о = L_до + l_n = 34 + 7 = 41 м

S_o = S₁ + S₂ = 7 + 4 = 11 м

 

Т_акт = 2,5 ∙ S_o = 2,5 ∙ 11 = 27,5 (м)

Так как  Т_акт     Т, то принимаем далее в расчетах Т_акт = 25

1. Определения сопротивления на входе:

Где, а – толщина понура в его верховой части.

 

2.Определение сопротивления по длине контура:

 

3.Определение сопротивления на переднем экране:

 

4.Определение сопротивления по длине дамбы:

 

 

5.Определение сопротивления на заднем экране:

+

Сумма коэффициентов сопротивлений:

∑ = 3,43

Уменьшение  фильтрационного напора на каждом характерном  участке:                            

     

        

 

  

∑

Площадь эпюры фильтрационного давления S = 149м².

5. Проверка суффозионной устойчивости основания дамбы

Определяемое  значение напорного градиента должно быть меньше допускаемого [Y]=0,29.

 

 

0,08 ≤ 0,29

Условие выполняется, дамба суффозионно устойчива.

6. Проверка устойчивости сооружения по схеме плоского сдвига

В общем  виде устойчивость сооружения будет  обеспечиваться, если будет выполнятся условие:

n =

 

Где, [n] – допускаемый коэффициент запаса на плоский сдвиг (для 3 класса капитальности n = 1,15).

F_уд = G_сух + G_взв - W_ф,

Где, G -вес грунта дамбы обвалования на один погонный метр ширины сооружения, т.е. вес грунта дамбы выше депрессионной кривой;

G -вес грунта дамбы обвалования на один погонный метр ширины сооружения, т.е. вес грунта ниже депрессионной кривой;

W_ф – фильтрационное давление.

 

W_ф = γ ∙ S, кН

 

Где, S – площадь эпюры фильтрационного давления (S = 149 м²).

W_ф = 10 ∙ 149 = 1490 (кН)

 

 

 

Где, f – коэффициент трения (f = 0,4);

Е – сдвигающая сила.

, кН

 

Е = · 10 ·  

G

= g · S, кН

 

Где, S_с - площадь фигуры находящейся выше депрессионной кривой в теле дамбы обвалования (S_с = 55,8);

γ – удельный вес грунта (γ = 19 кН/м³).

 

G = 19 ∙ (35,5 + 20,3) = 1060,2 (кН)

 

G

= · S , кН

 

Где, S - площадь фигуры находящейся ниже депрессионной кривой в теле дамбы обвалования (S_взв = 42,9 м²);

γ_взв – удельный вес взвешенного грунта (g =10 кН/м³).

 

G =10 ∙ 42,9 = 429 (кН)

 

 

 

Условие выполняется             ≥ 1,15, следовательно данное сооружение является устойчивым, и принятие дополнительных мер не требуется.

7. Определение волнового воздействия на откосную часть сооружения

Расчёт  выполняется в соответствии со СНиПом 2. 06. 04-82 «Нагрузки и воздействия  на ГТС, волновые, ледовые и от судов».

1. Определение длины  разгона волны.

 

 

Где, ;

- коэффициент кинематической  вязкости ( м/с);

максимальная скорость ветра ( м/с).

При наличии  плана участка с обоями береговыми бровками фактическая длина разгона определяется снятием с плана местности с учетом масштаба L_w = 100 метров.

 

2. Определение высоты волны от ветрового нагона

∆

α,

Где, - коэффициент, принимаемый по таблице СНиПа 2. 06. 04-82  стр. 29 (k_w = 2,9∙10^-6);   

d – максимальная глубина;

α – угол между направлением скорости ветра  и фронтальной частью дамбы.

 

 

3. Построение эпюры волнового  воздействия на верховой откос  дамбы обвалования.

Максимальное  расчетное волновое давление вычисляется  по формуле:

P_max = 1,34∙γ_в·∆h_set, кПа

P_max = 1,34 ∙ 10 ∙ 0,0005 = 0,0067  (кПа)

  

                                               Р_в = 0,5· γ_в ∆h_set , кПа

 

P_в = 0,5 ∙ 10 ∙ 0,0005 = 0,0025 (кПа)

     

Ордината  z точки приложения максимальной расчетного волнового давления P_max определяется по формуле:

z₁ = -∆h_set, м

z₁ = - 0,0005 м

 

Ордината  z_в, точки приложения Р_в :

z_в = 1,5 · ∆h_{set, м}

z_в = 1,5 ∙ 0,0005 ∙ = 0,0009 (м)

 

4. Определение крупности  фракции из условия устойчивости  откоса.

G =

Где, γ_к – удельный вес камня (γ_к=22 кНм³).

λ_в – длина волны:

λ_в=

Где, Т – средняя глубина (Т = );

λ_в =

G = = 0,0002

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

 

В данном курсовом пректе дамба обвалования разрабатывается с целью защиты населенного пункта от затопления, с учетом высоты подъема паводковых вод высота дамбы равна 8 метров. Данная дамба принадлежит третьему классу капитальности. Общий объем грунта требуемый на возведение дамбы составляет 2828095,45 м³.

Дамба обвалования  суффозионна устойчива, но депрессионная кривая расположена близко к основанию дамбы, поэтому в целях экономии ресурсов необходимо уменьшит толщину экрана. Основание дамбы также суффозионно устойчиво, так как выполняется условие У_к ≤ [У] (0,08 0,29).

Данное  гидротехническое сооружение является устойчивым, так как выполняется  условие устойчивости сооружения по схеме плоского сдвига n ≥ [n] (     > 1,15), следовательно принятие дополнительных мер не требуется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной литературы

 

1. Пивон Ю.И. Методические указания по выполнению курсовой работы, НГАВТ, 2007;
2. Пивон Ю.И. Конспект лекций по дисциплине АСР, НГАВТ, 2007;
3. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения,1979;
4. Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения, 1978;
5. Справочник по гидротехнике, 1955;
6. Киселев Н.С. Справочник по гидротехническим расчетам, 1961;
7. Железняков Г.В., Ибад-Заде Ю.А., Иванов П.Л. «Гидротехнические сооружения (справочник проектировщика)», М.:Стройиздат, 1983;
8. СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)», М.:Стройиздат, 1983.