Pomoce dydaktyczne do ćwiczeń z przedmiotu Budownictwo Wodne

Transkrypt

1 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki Pomoce dydaktycze do ćwiczeń z przedmiotu Budowictwo Wode Elektrowia woda z jazem klapowym w Juszkowie (rzeka Raduia) Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki Gdańsk, paździerik 2011

2 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 2 ZAKRES ĆWICZENIA ZAPORA ZIEMNA z PRZEDMIOTU BUDOWNICTWO WODNE (sem. VII st. iŝ.) W ramach ćwiczeia aleŝy opracować kocepcję zapory ziemej. Ćwiczeie powio obejmować astępujące zagadieia: Część obliczeiowa (obliczeia ilustrować odpowiedimi szkicami): dobór kształtu przekroju poprzeczego zapory, obliczeia hydraulicze urządzeń upustowych zapory (przelew i spust) obliczeia filtracyje: o zapora bez dreaŝu i uszczelień, o zapora z dreaŝem, bez uszczelień, o zapora z dreaŝem i z uszczelieiem, sprawdzeie stateczości skarp metodą Felleiusa. Część rysukowa: przekrój przez zaporę ziemą, przekrój przez spust dey, przekrój przez zaporę z krzywą depresji Część opisowa: Opis techiczy przyjętych rozwiązań. Termi oddaia: 5 grudzień 2011 r. Literatura: Prowadzący ćwiczeia: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki 1. Balcerski W. i i.: Budowictwo wode śródlądowe. Budowictwo betoowe t.xvii. Arkady, Warszawa Fati K.: Budowle piętrzące. Arkady, Rozporządzeie Miistra Środowiska z dia 20 kwietia 2007 r. w sprawie: Waruków techiczych, jakim powiy odpowiadać budowle hydrotechicze i ich usytuowaie. Dzieik Ustaw z 2007 r. Nr 86, Poz Sokołowski J., śbikowski A. Odwodieia budowlae i osiedlowe, Wydawictwo SGGW, Kollis Wł i ii Grutozawstwo techicze, Arkady, 1966 Materiały pomocicze do ćwiczeia dostępe a stroie w katalogu <budowictwo wode> Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

3 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 3 1. Ustalaie przekroju poprzeczego zapory b Hzap h1 1: korpus zapory 1:m h2 B T podłoŝe zapory NaleŜy przyjąć achyleie skarp oraz ustalić rzędą koroy zapory. Wstępego doboru achyleia skarp moŝa dokoać a podstawie tabeli 1.1, w zaleŝości od wysokości zapory i skarpy (czy jest to skarpa odwoda, czy odpowietrza). Ostateczie przyjęte achyleie musi być zweryfikowae obliczeiami stateczości skarpy. Tab. 1.1 Nachyleie skarp zapór ziemych w zaleŝości od wysokości zapory L.p. Wysokość zapory H zap [m] Nachyleie skarpy odwodej 1: Nachyleie skarpy odpowietrzej 1:m 1 do 5 m 1:2,0 1:1, :2,5 1:2, :2,75 1:2, :3,0 1:2,5 W zaporach o wysokości przekraczającej 10 m aleŝy stosować ławki a skarpach, zgodie z zasadą 1 ławka a kaŝde 10 m wysokości zapory. Miimala szerokość ławki 2 m. Na ławkach istaluje się korytka zbierające wodę opadową spływającą po skarpie. Ławki aleŝy rówieŝ przewidzieć a skarpie odwodej. Stosuje się je a poziomie podparcia umocień skarpy odwodej. Szerokość podobie jak poprzedio 2 m. Gdy skarpa umocioa jest elemetami betoowymi, ławki projektuje się poza pasem wyłoŝoym okładzią. Po wstępym przyjęciu kształtu i achyleia skarp zapory, moŝa przystąpić do określeia jej wysokości, a dokładiej wziesieia koroy poad ormaly poziom piętrzeia wody (NPP). W Ŝadym wypadku ie moŝa dopuścić przelaia się wody przez koroę zapory musi być oa połoŝoa odpowiedio wysoko. O połoŝeiu koroy zapory, oprócz połoŝeia statyczego zwierciadła wody w zbioriku, decydują waruki falowaia w zbioriku. Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

4 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 4 Obliczeie parametrów fali. Wysokość fali h moŝa obliczyć ze wzoru: 5 4 2h 0,0208 W D gdzie: W prędkość wiatru [m/s], D rozpęd wiatru a daym kieruku [km] Długość fali L moŝa obliczyć ze wzoru: 2L 0,304 W D Zając parametry falowaia moŝa obliczyć wysokość wtaczaia się fali a skarpę odwodą h w : h k w w k k w 2 h 1 1,35 + 0,585 m + 0,25 2L 2h Kolejym elemetem uwzględiaym w obliczeiach jest spiętrzeie eolicze, wg wzoru: h e D W si α 9 H 10 g gdzie: W prędkość wiatru [m/s], D rozpęd wiatru a daym kieruku [m], α kąt atarcia wiatru względem osi zapory, H g średia głębokość zbiorika a kieruku działaia wiatru [m] Wysokość zapory będąca sumą wysokości piętrzeia, wysokości wtaczaia się fali a skarpę oraz spiętrzeia eoliczego musi uwzględiać pewie zapas. Zapas te uzaleŝioy jest od klasy budowli i przyjmoway wg Zał. 6 do Rozporządzeia [3], dla maksymalych poziomów wód z kolumy ad poziomem wywołaym falowaiem. Rzędą koroy zapory przyjmuje się z dokładością do 10 cm. NaleŜy rówieŝ sprawdzić, czy zachowae jest wymagae wziesieie koroy zapory poad statyczym poziomem zwierciadła wody (wg Zał. 6 Rozporządzeia [3]). Szerokość koroy zapory b zaleŝy od jej przezaczeia. Gdy ie jest przewidziay ruch pojazdów, miimala szerokość koroy zapory wyosi 3 m. 2. Wymiarowaie hydraulicze urządzeń upustowych Urządzeia upustowe zapory składają się ze spustów deych oraz przelewów. Wydatki przelewów i spustów muszą spełiać waruki określoe w Rozporządzeiu [3]. Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

5 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa Wymiarowaie spustu deego Wymiarując spusty dee aleŝy zdawać sobie sprawę z tego, Ŝe części zaprojektowaych spustów ie uwzględia się w obliczeiach przepuszczaia wody miarodajej przez obiekt. To, ile z przyjętych spustów aleŝy w obliczeiach pomiąć podao w Załącziku 8 Rozporządzeia [3]. Wydatek spustu obliczyć moŝa ze wzoru 2-19 [1]: 2 αv0 Q s µ F 2g h + 2g gdzie: µ współczyik wydatku spustu ciśieiowego (0,65 0,75) F powierzchia przekroju poprzeczego spustu h róŝica poziomów górej i dolej wody w przypadku spustów z wylotami zatopioymi oraz róŝica poziomu górej wody i środka przekroju wylotowego dla spustu o iezatopioym wylocie. W obliczeiach moŝa pomiąć wpływ prędkości wody dopływającej do budowli v 0. Otrzymaa wartość ie moŝe być większa iŝ 20%Q m ewetuala adwyŝka staowić rezerwę zdolości przepustowej spustu. 2.2 Wymiarowaie przelewu Warukiem poprawego zwymiarowaia hydrauliczego przelewu jest osiągięcie wydatku o wartości rówej co ajmiej 80%Q m. Wymiarowaie przelewów opisae jest p. w rozdz [1]. Dla celów ćwiczeia przyjęto przelew stały o ostrej krawędzi. Wydatek takiego przelewu, przy załoŝoym świetle, jest zmiey i uzaleŝioy od jego obciąŝeia, czyli od grubości warstwy wody a przelewie Wydatek przelewu 7) [1]: Wydatek przelewu jazowego spełiającego waruek c/h < 2,5 wyzacza się ze wzoru (2- Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

6 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 6 2 αv o Q M b H + 2g 3/ 2 ε σ gdzie: c szerokość koroy przelewu [m], M współczyik wydatku, b światło przelewu [m], H głębokość wody poad koroą przelewu [m], α - współczyik ierówomierości strug, v o prędkość wody dopływającej do budowli piętrzącej [m/s], g - przyspieszeie ziemskie [m/s 2 ], ε - współczyik dławieia boczego, σ - współczyik podtopieia przelewu M 1,85 współczyik wydatku przelewu o ostrej krawędzi Współczyik dławieia boczego ε Współczyik dławieia boczego ε we wzorze a wydatek moŝa przyjmować jak dla przelewów bezciśieiowych wg wzorów H ε 1 0,2 ξ b gdzie: liczba przęseł jazu [-], b światło przelewu [m], H głębokość wody ad koroą przelewu [m], ξ współczyik kształtu filarów i przyczółków [-]. Do wstępych obliczeń moŝa przyjmować ε 0, Współczyik podtopieia przelewu σ Współczyik podtopieia moŝa wyzaczyć z zaleŝości: 2 a a 16 a a σ 4 1 dla 0 0,9 lub σ 0,81 1 0,9 1, 0 H 0 H 0 dla 0 0 H H gdzie: a róŝica między rzędą dolej wody i rzędą koroy przelewu JeŜeli poziom wody dolej układa się poiŝej poziomu koroy przelewu, wówczas ie ma o wpływu a jego wydatek (przelew jest iepodtopioy) i σ 1 Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

7 3 8,1 9 3, , , 53 6,95 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 7 Wymiarowaie przelewu sprowadza się do iteracyjego przyjmowaia światła przelewu b oraz jego obciąŝeia H, aby uzyskać poŝąday wydatek przelewu. Dla załoŝoej geometrii przelewu metodą kolejych przybliŝeń wyzaczyć aleŝy potrzebe (miimale) światło przelewu, spełiające waruek Q>0,8Q m. 3. Obliczeia filtracji przez korpus i podłoŝe zapory Obliczeia filtracyje składają się z określeia: - jedostkowego wydatku filtracyjego q, - wyzaczeia połoŝeia krzywej depresji (kształtu ułoŝeia się zwierciadła przesączającej się wody) w korpusie zapory. Obszar filtracji obejmuje zarówo korpus zapory, jak i podłoŝe (jeŝeli jest przepuszczale). Obszar te moŝa rozpatrywać w całości (korpus z podłoŝem) lub dla uproszczeia oddzielie dla korpusu zapory i dla podłoŝa. Przy rozpatrywaiu filtracji w korpusie zapory zakłada się, Ŝe podłoŝe jest ieprzepuszczale, a przy obliczaiu filtracji w podłoŝu przyjmuje się, Ŝe ieprzepuszczaly jest korpus. Obliczoe wydatki dla korpusu (q zap ) i podłoŝa (q pod ) dają sumaryczy wydatek (q) a 1 mb zapory. Obliczeia filtracji przez korpus zapory Filtracja przez zaporę jedorodą bez dreaŝu - obszar filtracji przedstawioy a rys. 3.1 obrazuje siatka wzajemie prostopadłych liii jedakowych ciśień i liii prądu, przy pomocy, których w kaŝdym pukcie tego obszaru b c WG B 3 1 : m h 1 A 1 : p C I siα C I D oo D E h 2 WD Rys. 3.1 Obszar filtracji w korpusie wału jedorodego; 1-liie ciśień, 2-liie prądu, 3-krzywa depresji, I C, I D -gradiety ciśieia w puktach C i D moŝa określić wielkość ciśieia i kieruek prędkości filtracji. Istotym jest tu krzywa depresji (góra liia prądu) oraz tzw. wysokość wysączaia ( ). Ses fizyczy dowolej liii ciśieia obrazują myślowo do iej podłączoe piezometry, w których zwierciadło wody powio się ustalić a jedym poziomie (p-p). Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

8 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 8 Typowe przypadki filtracji ustaloej przez zaporę ziemą zostały rozwiązae metodami przybliŝoymi, pozwalającymi jedak, z wystarczającą dokładością, a określeie podstawowych elemetów filtracji połoŝeia liii depresji oraz strat filtracyjych. Jako podstawowe rówaie przyjmuje się wzór Dupuita, a jako krzywą depresji, zgodie z tym wzorem parabolę 2 stopia. d N M M 1 h1 1: 1:m P h2 ieprzepuszczale podłoŝe zapory Rys Schemat do wyzaczeia krzywej depresji w zaporze Rozpatruje się filtrację w fikcyjej, bo posiadającej pioową ściaę odwodą, zaporze wg schematu pokazaego a powyŝszym rysuku. Pukt N, w którym teoretycza krzywa depresji przecia się ze zwierciadłem wody w zbioriku, oddaloy jest od puktu M przecięcia rzeczywistej skarpy odwodej ze zwierciadłem wody o odległość: ( ) d λ h 1 h 2 gdzie: λ 1+ 2 pozostałe ozaczeia wg rysuku. Liię depresji a odciku MM 1 wykreśla się odręczie, tak aby była oa prostopadła do skarpy w pukcie M oraz stycza do teoretyczej paraboli w pukcie M 1. Na poiŝszych rysukach przedstawioo typowe schematy do obliczeń filtracji przez zapory w róŝych wariatach (jedoroda, z dreaŝem, z rdzeiem, z ekraem itd.) wg [2]. NaleŜy zwrócić uwagę a przyjęte układy współrzędych dla kaŝdego schematu, gdyŝ rówaia krzywej depresji odoszą się ściśle do współrzędych wg rysuku. Ostateczie dla zadaych a wstępie wariatów tj. - zapora bez dreaŝu i uszczelień, - zapora z dreaŝem, bez uszczelień, - zapora z dreaŝem i z uszczelieiem, Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

9 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 9 aleŝy przeprowadzić obliczeia, wyikiem których będzie określeie strat filtracyjych przez korpus zapory (wydatek) oraz połoŝeie krzywej depresji. Dodatkowo w schemacie zapory jedorodej (bez dreaŝu i uszczelień) aleŝy określić wysokość wysączaia. Rodzaj uszczelieia zapory, tj. czy będzie to rdzeń czy ekra aleŝy przyjąć samodzielie. Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

10 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 10 Rys Schematy do obliczeń parametrów filtracji w zaporze [2] Orietacyje wartości współczyików filtracji (k) przedstawioo w tabl Tab. 3.1 Współczyiki filtracji (k) [4] Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

11 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 11 Projektując zaporę z dreaŝem (w wariacie z uszczelieiem oraz bez uszczelieia) aleŝy spełić waruek odsuięcia krzywej depresji od skarpy odpowietrzej. Miimala odległość wyosi tu 1,2 m i związaa jest z ochroą dreaŝu przed przemarzaiem. Dobierając geometrię: - rdzeia aleŝy przyjąć szerokość w koroie δ 1 2 [m], oraz 1/6 H w kaŝdym iym przekroju; - ekrau (uszczelieia skarpowego) δ 1 1 [m] oraz 1/10 H w kaŝdym iym przekroju. Wszystkie grubości aleŝy mierzyć w kieruku prostopadłym od osi elemetu uszczelieia. Za H aleŝy przyjmować róŝicę NPP i rzędej badaego przekroju. Odstępstwa od przyjętych wymagań moŝliwe są w zaporach o piętrzeiu do 5 m. Wraz z uszczelieiem skarpowym aleŝy wykoać fartuch a die zbiorika. Grubość fartucha wyosi mi. 0,5 m przy piętrzeiach do 5 m oraz mi. 0,8 m przy piętrzeiach wyŝszych. Długość fartucha aleŝy przyjmować w zakresie (1-6) H. NaleŜy rówieŝ dokoać sprawdzeia waruku a smukłość rdzeia (ekrau): H 3 10 δ 2 gdzie: H wysokość rdzeia (ekrau) [m], δ 2 szerokość rdzeia (ekrau) w podstawie [m] Wziesieie górej krawędzi przyjętego uszczelieia poad maksymalym poziomem wód aleŝy przyjmować wg klasy budowli, zgodie z Załączikiem r 7 do Rozporządzeia [3]. Obliczeia filtracji przez podłoŝe pod zaporą Przy uproszczoym obliczaiu filtracji pod zaporą, przyjmuje się, Ŝe korpus zapory jest ieprzepuszczaly. W tej sytuacji filtracja zachodzi tylko w podłoŝu (o współczyiku filtracji (k p )) i wywołaa jest wysokością piętrzeia (H). Omówioa iŝej metoda obliczeia wydatku opiera się a załoŝeiu, Ŝe liie prądu siatki hydrodyamiczej mają kształt elipsy z ogiskami w p. A i B (rys. 3.4). a) Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

12 b) Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 12 Rys. 3.4 Obliczeie wydatku filtracyjego pod zaporą (q) a) z liiami prądu w kształcie elipsy, b) z uśredioą liią prądu i ograiczoą głębokością podłoŝa (T); 1-korpus zapory (ieprzepuszczaly), 2-liie prądu w kształcie połówek elipsy, 3-uśredioa liia prądu, A, B - ogiska elipsy Tok obliczeń jest Ŝmudy. Liie prądu uzaje się za strugi, które mają róŝe długości. Im głębsza jest liia prądu, tym większa jest jej długość (L ), a przez to i spadki wzdłuŝ liii z I są miejsze. Maleją teŝ prędkości filtracji ( v k pi ). Dla kaŝdych dwóch sąsiedich L q v t (patrz rys. liii prądu wyzacza się średie prędkości ( ) sr 3.4a), a ich suma daje peły wydatek jedostkowy v i liczy się wydatek ( ) q sr N q. Ilość przyjętych liii prądu o jest dowola (zaleŝa od wymagaej dokładości). JeŜeli warstwa ieprzepuszczala t h t N występuje a głębokości ( h ), to ( ), a odstęp ( ) zaleŝie od ilości liii ( ) h przyjmuje się t. Przy duŝej głębokości warstwy ieprzepuszczalej moŝa przyjąć N t 1,0 1,25L L - szerokość podstawy zapory. ( ), gdzie ( ) o o Istieje teŝ bardziej uproszczoy, przydaty dla wstępej ocey, sposób obliczaia przecieków pod zaporą. Wiadomo, Ŝe prędkości filtracji maleją wraz z głębokością. MoŜa H istieje jakaś przyjąć, Ŝe przy miąŝszości podłoŝa ( T ) i wysokości piętrzeia ( ) uśredioa liia prądu ( L k )(rys. 3.4b). Zakłada się, Ŝe długość tej liii jest wprost proporcjoala do długości podstawy zapory ( L o ) i współczyika zwiększającego ( ) Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

13 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 13 ( L L ). Wielkości współczyika ( ) k 3.2. o L o T Lo, w zaleŝości od stosuku podae są w tabl. T Tab. 3.2 Współczyiki zwiększające () ,15 1,16 1,17 1,18 1,23 1,30 1,44 1,87 Przy zaej wartości współczyika filtracji w podłoŝu ( k p ) i średim spadku I sr H H Lk Lo, jedostkowy wydatek filtracyjy ( qp ) moŝa obliczyć ze wzoru: q p k p H L 0 T Całkowity wydatek filtracyjy (straty filtracyje) zapory posadowioej a podłoŝu przepuszczalym będą sumą przecieków przez korpus zapory q k oraz przez podłoŝe q p pod zaporą. q q + q calk Na obliczoe w te sposób atęŝeie przepływu aleŝy zwymiarować urządzeia dreaŝowe zapory ziemej. k p 4. Sprawdzeie stateczości skarpy zapory Obliczeie stateczości skarp ma szerokie zastosowaie w budowictwie wodym. Obliczeia te wykouje się sprawdzając stateczość skarp wałów przeciwpowodziowych, zapór ziemych, kaałów, itp. Zapory zieme zwykle buduje się z róŝego rodzaju grutów, lecz awet w zaporze jedorodej, część masy grutowej zapory leŝąca poiŝej krzywej depresji, posiada odmiee właściwości fizyko-mechaicze, w stosuku do tego samego grutu leŝącego powyŝej krzywej depresji. W większości przypadków podłoŝe odkształcać się będzie wraz z zaporą. W tych przypadkach aleŝy przeprowadzić obliczeie stateczości asypów, stosując ogólą metodę powierzchi walcowych poślizgu, zapropoowaą przez Felleiusa. Według tej metody obsuięcie się skarpy astąpi wówczas, gdy momet sił obracających względem środka obrotu O, będzie większy od mometu przeciwstawiających się sił, tj.: siły tarcia i siły spójości a powierzchi poślizgu. Rozpatrujemy odciek zapory o szerokości 1 m ze skarpą AB. Na zaporę działa strumień filtrującej przez ią wody. Grut zapory powyŝej liii depresji EF, odpowiadającej graicy wypełieia porów wodą, posiada cięŝar objętościowy γ 1. CięŜar objętościowy masy grutowej poiŝej liii depresji, o porach wypełioych wodą wolą, wyosi γ 2. CięŜar objętościowy masy grutowej podłoŝa asycoego wodą wyosi γ 3. Odpowiedie wartości Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

14 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 14 spójości wyoszą c u1, c u2, c u3, a kąty tarcia wewętrzego Φ u1, Φ u2, Φ u3. JeŜeli zapora składa się z kilku rodzajów grutu, aleŝy uwzględić cechy charakterystycze kaŝdego z ich. CięŜar paska wyiesie: Obieramy dowolie środek obrotu O i prowadzimy z iego jako ze środka koła łuk o promieiu R OC OD OM, obejmujący skarpę i część podłoŝa. Wydzieloy odłam grutu moŝe przesuwać się wg krzywej poślizgu CMD. Dzielimy odłam płaszczyzami pioowymi a części o szerokości b R/m (zwykle m10). Część środkową przyjmujemy jako zerową. PołoŜoa jest oa symetryczie względem prostej OM. Środek cięŝkości pierwszej części moŝa przyjąć w środku jej szerokości b. Zatem odległość części I (+1 i -1) od prostej OM wyiesie b, części II (+2 i -2) 2b, itd. Odległości części połoŝoych od stroy skarpy posiadać będą zak +, a części połoŝoych z przeciwej stroy zak -. W ogólym przypadku a wydzieloy pasek grutu o szerokości b działają siły: cięŝaru własego, ciśieia filtrującej wody, parcia boczego sąsiedich mas grutu. W ' '' ''' ( γ h + γ h + h ) b 1 2 γ 3 Siły parcia boczego działają a pioowe ściay wycika. Co do wielkości są oe w przybliŝeiu rówe, lecz mają przeciwe zaki. Zsumowae, jako siły wewętrze, w graicach zsuwającej się masy grutu rówają się zeru. W obliczeiach moŝa je zatem pomiąć. Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

15 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 15 Ciśieie filtrującej wody moŝe być uwzględioe w róŝy sposób. Jedym z ich, jest zapropoowae przez Griszya, dodaie, do istiejącego układu sił, ciśieia hydrodyamiczego γ w h p przyłoŝoego w puktach krzywej poślizgu. Ciśieie to jest prostopadłe do krzywej (dla -tej części h p h + h ). Krzywa ciśieia hydrodyamiczego przedstawia krzywą FJD. W te sposób, dla -tego odcika, ciśieie hydrodyamicze przyłoŝoe w pukcie M będzie rówe: W f γ w '' ''' ( h + h ) b cosα Przesuwamy siłę cięŝkości W do puktu M a krzywej poślizgu i rozkładamy ją a dwa kieruki: - ormaly, otrzymując siłę N W cosα - styczy, otrzymując siłę T W siα Siła T wywołuje poślizg paska po krzywej poślizgu. Poślizgowi przeciwstawia się siła tarcia: S N W ta Φ oraz siła spójości: ( f ) u 3 C cu3l Współczyik stateczości wydzieloej części bryły odłamu a poślizg moŝa określić jako stosuek sumy mometów sił S i C do mometu siły T względem środka obrotu O. Dla całego odłamu DABCMD siły i momety poszczególych części sumuje się i współczyik stateczości określoy jest rówaiem: F c SR + CR T R ( W cosα W f ) W ta siα S + T Φui + c C l ui Wielkości si α i cos α moŝa określić z trójkąta KOM : si α KM OM b R m cos α 1 m 2 Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

16 Wyika stąd: Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 16 F c W 1 m 2 W f ta Φ W m ui + c l ui W powyŝszym rówaiu ozacza porządkowy umer wydzieloej części (paska). Dla części zajdujących się od pioowej OK w stroę spodziewaego poślizgu przyjmujemy wartości ze zakiem mius (-). Wielkości c ui i ta Φ ui przyjmujemy w zaleŝości od tego w strefie jakiego grutu zajduje się powierzchia poślizgu. Obliczeia ajlepiej jest zestawić w postaci tabelaryczej. W tablicy kaŝdej części odpowiada poziomy wiersz pod umerem odcika. Otrzymay w te sposób współczyik stateczość F c jest przypadkowy, gdyŝ środek krzywej poślizgu obray został dowolie. Dlatego koiecze jest przeprowadzeie obliczeń F c dla kilku prawdopodobych krzywych poślizgu, aby wśród ich zaleźć ajbardziej iebezpieczą (o ajmiejszej wartości F c ). Krzywe poślizgu ie przekraczają graicy 2H poiŝej podstawy zapory. Środki obrotu iebezpieczych powierzchi poślizgu, moŝa przyjmować za Sokolskim, przy ich zagłębieiu w podłoŝu wyoszącym do 1,5H, w wyciku pierścieia utworzoego przez promieie R 1 i R 2 odłoŝoe a liiach prostopadłej i pioowej, przeprowadzoych przez środek skarpy. PrzybliŜoe wartości graiczych promiei przedstawioo w tablicy. Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

17 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 17 Kat tarcia wewętrzego grutu a podstawie Tablica 3 (PN-83/B Ściay oporowe. Obliczeia statycze i projektowaie) Kąt tarcia Rodzaj grutu Sta grutu wewętrzego Φ (w stopiach) świry i pospółki Piaski grube i średie Piaski drobe i pyły Piaski gliiaste, pyły piaszczyste, pyły gliy piaszczyste, gliy, gliy pylaste gliy piaszczyste zwięzłe, gliy zwięzłe, gliy pylaste zwięzłe iły piaszczyste, iły, iły pylaste zagęszczoy i średio zagęszczoy półzwarty, twardoplastyczy Przykładowe rysuki Zapora Dobczyce 1. Parapet Ŝelbetowy wys.70 cm 5. Przesłoa cemetacyja 2. Warstwa filtracyja (Ŝwiry i otoczaki) 6. DreaŜ 3. Ekra asfaltobetoowy grub. 35 cm 7. Droga 4. Galeria kotrolo-zastrzykowa 8. Uszczelieie glią Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

18 Zapora Mietków Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa Przesłoa iłobetoowa 2. Ekra z płyt Ŝelbetowych 3. Droga o szerokości 5,0 m 4. DreaŜ rurowy Zapora Czoszty 1. Korpus zapory (grut gruboziaristy) 2. Rdzeń uszczeliający podłoŝe zapory (glia z warstwą piasku i tłuczia) 3. Galeria kotrolo-zastrzykowa 4. Ubezpieczeie skarpy odwodej (płyty betoowe) 5. Zieleń a skarpie 6. DreaŜ 7. Grut rodzimy 8. PodłoŜe skale 9. Przesłoa cemetacyja uszczeliająca podłoŝe 10. Aparatura kotrolo-pomiarowa Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

19 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki Zapora śur

20 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 20 Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

21 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 21 dwodej zapory za pomocą e komórki) a geowłókiie i obsiewem mieszaką traw max PP ściaka szczela stalowa dreaŝ zapory prowadica zamkięcia spustu (ceowik 100) umocieie skarp i da kaału dopływowego do spustu a odciku 6 m za pomocą materacy gabioowych a geowłókiie krata rzadka (rozstaw prętów co 20 cm) max PP spust dey rura Wipro 2Ř800 ściaka szczela stalowa wylot dreaŝu zapory umocieie skarp i da kaału odpływowego ze spustu a odciku do przepustu pod drogą za pomocą materacy gabioowych a geowłókiie Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki

22 Politechika Gdańska Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska Katedra Hydrotechiki stroa 22 Zapora zbiorika Kolbudy II (zapora posadowioa a podłoŝu ieprzepuszczalym gliy zwałowe) zabezpieczeie skarpy odwodej i ekrau płytami Ehlersa 80 86,30 1 : 3 ekra gliowy ,00 1 : : Opracował: dr iŝ. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politechika Gdańska, Wydział IŜyierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotechiki