Фильтрационный расчет грунтовой плотины

Задачамифильтрационного расчёта являются: установить положение депрессионной кривой, оценить общую фильтрационную прочность тела плотины и найти величину фильтрационного расхода. В специальной литературе приведено множество методов фильтрационных расчетовдля грунтовых плотин различного типа и конструкции.

В качестве примера рассмотрим порядок расчёт фильтрации в теле грунтовой плотины с ядром и дренажём в виде банкета. При этом плотина расположена на нескальном основании с водоупором,находящимся на глубине (рис.8.1). В курсовом проекте находят по геологическому разрезу створа гидроузла, приведенному в задании.

 

Рис. 8.1

 

1) Устанавливают расчётное положение водоупора , т.е. расчётную зону фильтрации. Для этого выбирают наименьшее значение из двух глубин - активной глубины фильтрации и глубины заложения реального водоупора . Для грунтовых плотин активную глубину фильтрации в основании можно вычислить по формуле:

, (8.1)

где – ширина подошвы грунтовой плотины.

На рис. 8.1. приведен случай, когда , следовательно _..

Для плотин на водонепроницаемых основаниях .

В случае, когда основание водопроницаемо и коэффициент фильтрации грунта основания _. отличен от коэффициента фильтрации грунта тела плотины , для упрощения расчёта приводят систему «грунтовая плотина – основание» к виртуальной однородности - к единому коэффициенту фильтрации. Для этого вводят приведенную расчётную глубину фильтрации :

_. (8.2)

в дальнейших расчётах принимают за расчётную глубину фильтрации .

 

Рис.8.2. Схема к расчету положения депрессионной кривой

, - глубина воды в ВБ и НБ относительно подошвы плотины; , - глубина воды в ВБ и НБ относительно расчётного положения водоупора; , – заложение верхового и низового откоса плотины; – горизонтальное расстояние между урезом воды в ВБ и входом депрессионной кривой в дренажный банкет(точка В); А - точка уреза воды в ВБ на верховом откосе; - виртуальная ширина ядра

2) Аналогичным методом рассчитывают толщину виртуальной вставки , которой заменяют противофильтрационное ядро плотины

, (8.3)

где b _я– средняя толщина ядра, равная , – коэффициент фильтрации грунта ядра.

В результате получаем плотину уширенного профиля, из однородного грунта. Расчетная схема плотины с виртуальными ядром и приведенной расчетной глубиной приведена на рис. 8.2

Ось координат х располагают на линии расчётноговодоупора. Ось координат y направлена вертикально вверх и отступает влево от уреза воды в ВБ на верховом откосе (точка a) на величину .

3) Фильтрационный расчёт для нового профиля плотины выполняют, как для однородной плотины с дренажным банкетом.

Находят координаты кривой депрессии (а-В) по формуле Дюпюи, задавая различные значения x, приэтомсчитают, что точка В находится на уровне воды в НБ. Формулу Дюпюи представляют в следующем виде:

, (8.4)

где – горизонтальная проекция депрессионной кривой, равная:

(8.5)

4) На входном фрагменте корректируют начальный участок депрессионной кривой следующим образом. Заменяют участок прямой (a-b) на кривую (A-b), так, чтобы в точке - А она была перпендикулярна линии верхового откоса плотины, а в точке - b плавно соединилась с уже построенной кривой.

Рис. 8.3

5) По вычисленным координатам вычерчивают депрессионную кривую на проектном профиле плотины. Координаты и в точках 1 и 2 (рис. 9.2) соответствуют точкам наверховой и низовой гранях ядра.

6) Оценку общей фильтрационной прочности грунтовой плотины выполняют при наибольшем напоре, действующем на плотину. При этом необходимо выполнить условие:

, (8.6)

где - средний градиент напора в расчетной области фильтрации; - критический средний градиент напора для грунта тела плотины. В курсовом проекте значения можно принять по таблице 8.1.

 

 

Таблица 8.1

Наименование грунта	Значения критических средних градиентов напора
понур	экран, ядро	тело плотины
Глина Суглинок Супесь Песок: Средний мелкий	6 ÷ 10 4 ÷ 5   - -	- -	8 ÷ 2 4 ÷ 1,5 2 ÷ 1   0,75

Примечание: большие значения принимают для более плотного грунта

При оценке общей фильтрационной прочности величину среднего градиента напора определяют по следующим зависимостям:

Для тела плотины

, (8.7)

Для основания плотины

, (8.8)

где - длина подошвы плотины, – расчетная глубина.

Расчетные значения осредненного критического градиента напора в основании плотины приведены в таблице 8.2.

 

 

Таблица 8.2

Наименование грунта	Расчетные значения осредненного критического градиента напора в основании плотины
Песок: мелкий средней крупности крупный   Супесь Суглинок Глина	0,32 0,42 0,48   0,60 0,80 1,35

 

7) Удельный фильтрационный расход через тело грунтовой плотины находят по основной формуле Дюпюи:

(8.9)