POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Budowle i Zbiorniki Wodne

Ćwiczenie projektowe nr 3

Wykonał: Weronika Hejko, IW

Prowadzący: dr inż. Paweł Popielski

Celem ćwiczenia jest wykonanie analizy filtracji przez zaporę ziemną zlokalizowaną na podłożu jednorodnym. Do obliczeń numerycznych przyjęto rów o głębokości 1,5m i szerokości dna 0,4m oraz drenaż rurowy. Określić położenie krzywej depresji w zaporze metodą Dupuit'a oraz za pomocą MES. Określić objętość wody filtrującej przez zaporę i podłoże oraz dopływ do rowu. Wykonać obliczenia, aby określić osiadania korpusu zapory i podłoża. Przeprowadzono analizę wpływu warunków brzegowych na wyniki obliczeń przemieszczeń. Obliczono stateczność obwałowania za pomocą metody pasków oraz metoda c-fi redukcji w przypadku zapory "suchej" oraz zapory piętrzącej

Założenia projektowe:

- Wysokość zapory: 22 m

- Szerokość korony zapory: 10 m

- Nachylenie skarpy odwodnej: 1/3

- Nachylenie skarpy odpowietrznej: ½,5

- Poziom wody w zbiorniku jak dla obiektu 2 klasy, przyjęto 20 m (1,5m )

- Poziom wody na stronie odpowietrznej: 2,5 m poniżej poziomu terenu.

- Materiał zapory : piasek średni

Geometria modelu

Parametry materiałowe

Element	Materiał	Ciężar		Moduł ściśliwości [MPa]		Współczynnik Poissona [-]	Współczynnik filtracji [m/d]	Efektywne wartości
		właściwy [kN/m3]	objętościowy [kN/m3]	pierwotnej	sprężystej			Kąt tarcia [ ͦ ]	Spójnośc [Mpa]
Zapora	piasek średni	26,50	19	80	120	0,25	10	36	0
Podłoże	piasek średni	26,50	19	80	120	0,25	10	36	0
rdzeń	glina	26,50	21,5			0,25	0,001	23	45

Tabela 1. Parametry materiałowe.

Zmieniłem parametry materiałowe podłoża ze żwiru na piasek średni.

Krzywa depresji wg Dupuit'a

Do obliczenia krzywej wg Dupuit'a wykorzystano zależności:

gdzie:

- głębokość wody górnej [13,5m]

- głębokość wody dolnej [-0,5]

Następnie przystąpiono do obliczenia wody filtrującej pod zaporą za pomocą wzoru:

gdzie:

- wydatek filtracji przez podłoże,

- wydatek filtracji przez zaporę

gdzie:

- współczynnik filtracji podłoża,

- różnica poziomów wody górnej i dolnej

- szerokość podstawy zapory

- miąższość warstwy przepuszczalnej, przyjęto

- wsp. wydłużający drogę filtracji, przyjęto

MES - Zsoil

Filtracja

Wyznaczenie krzywej depresji za pomocą MES.

• Poziom wody w zbiorniku: 20 m (przyjęty 2 m poniżej korony zapory)

• poziom wody w rowie podskarpowym: 2,5m poniżej poziomu terenu

• wysokość zapory: 22 m

-ZSoil:

Krzywe depresji w metodzie Dupuit’a i mes nie odbiegają od siebie za bardzo. W metodzie mes przepływ przez zaporę wyszedł nie wielki. Wyniki przedstawiono w tabeli

	Mes	Dupuit
jednostki	m/d	m/d
Woda przepływająca przez zaporę	1,89 *10^-8	0,00307
Woda przepływająca przez podłoże	0.005	78,803

• Dopływ do rowu

Rys.6. Rozkład wektorów prędkości przed rowem.

Wartosć przepływu:

Uzyskana wartość dopłwu wody do rowu jest niewielka pomimo drenującego charakteru rowu.

Przemieszczenia

Przemieszczenia w pierwszym etpie budowania zapory

Przemieszczenia w drugim etapie budowania zapory ziemnej

Przemieszczenia w trzecim etapie powstawania zapory ziemnej

Przemieszczenia w 4 etapie budowania zapory

Przemieszczenia w ostatnim etabie budowania (zapora sucha)

przemieszczenia z WG = 6

Przemieszczenia w 20dnia (zbiornik napełniony całkowicie.

W raz z powstawaniem budowli rosły przemieszczenia w posadowieniu. Na styku kolejnych warstw powstawały największe przemieszczenia w warstwie co jest spowodowane pojawieniem się kolejnych obciążeń. Z pojawieniem się wody przemieszczenia kierowały się co raz bardziej w kierunku strony odpowietrznej co jest spowodowane parciem wody.

Naprężenia

Naprężenia pierwotne

Naprężenia gdy zapora jest sucha

naprężenia gdy zapora piętrzy wodę

Naprężenia rosną wraz z ewolucją modelu. Według programu Zsoil największe naprężenia występują w zbiorniku suchym co może być spowodowane niskim poziomem wody

• Osiadania korpusu zapory oraz podłoża

Rys.7. Osiadania korpusu zapory i podłoża

Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że największe osiadania wyniosły 0,066 m = 6,6 cm .Osiadania nie przekraczają wartości wynoszącej x=0.01H co stanowi, H=22m , x=22 cm

• Osiadania korony zapory w wybranych punktach

.

Rys.8. Osiadania korony zapory w wybranych punktach

Osiadania w poszczególnych punktach wyniosły odpowiednio:

Punkt	[-]	23	3390	77
Wartość osiadania	[m]	0.015	0.012	0.011
	[cm]	1.5	1.2	1.1

• Osiadania rdzenia zapory w wybranych punktach

Rys.8. Osiadania rdzenia zapory w wybranych punktach

Osiadania w poszczególnych punktach wyniosły odpowiednio:

Punkt	[-]	363	577	651	712	3394
Wartość osiadania	[m]	0.027	0.040	0.045	0.043	0.013
	[cm]	2.7	4.0	4.5	4.3	1.3

• Osiadania zapory w wybranych punktach

Rys.9. Osiadania rdzenia zapory w wybranych punktach

Punkt	[-]	351	355	700	2845	2849	3452	3500
Wartość osiadania	[m]	0.037	0.018	0.044	0.027	0.047	0.000	0.000
	[cm]	3.65882	1.82268	4.38187	2.69959	4.7101	0	0

1. Stateczność skarpy

Rys.10. Deformacja siatki

Rys.11. Powierzchnia poślizgu

Rys.12. Powierzchnia poślizgu przedstawiona za pomocą siatki.

Współczynnik stateczności wyniósł 2,3. Według Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie, wartość współczynnika pewności niezależnie od klasy budowli hydrotechnicznej wynosi 1,3 dla wyjątkowego układu obciążeń. Wartość ta została spełniona ze znacznym zapasem, co oznacza to, że rozpatrywany obiekt jest stateczny.