Основные положения проектирования плотин из грунтовых

Предисловие

В настоящее время грунтовые плотины – самый распространенный тип водоподпорного сооружения, так как возведение их может быть почти полностью механизировано, требует меньших энерго- и трудозатрат по сравнению с бетонными плотинами. Плотины, возводимые из местных материалов, характеризуются простотой конструкции, могут строиться в разнообразных климатических, топографических, геологических, гидрологических и сейсмических условиях.

Многообразие природных условий определяет различные технологии возведения плотин, их конструкции, конструктивные элементы сопряжения с основанием и берегами, конструкции противофильтрационных элементов и дренажных устройств в теле и основании плотин и т. д.

Настоящее пособие состоит из 5 разделов и приложения. В разделе 1 описываются основные положения проектирования плотин из грунтовых материалов, состав и содержание проекта; основные свойства и требования к грунтам тела и основания плотины; выбор места расположения гидроузла, компоновка сооружений, обоснование конструкции поперечного профиля плотин.

В разделе 2 представлены расчеты фильтрации через тело и основание плотины, в разделе 3 представлены расчеты крепления откосов, а в разделе 4 представлены расчеты устойчивости откосов плотины, экрана, защитного слоя.

Раздел 5 посвящен вопросам классификации конструкции каменных и каменно-земляных плотин; даны описания способов укладки каменного материала; рассмотрены противофильтрационные устройства плотин.

 

 

Основные положения проектирования плотин из грунтовых

Материалов

 

 

1.1. Обоснование требований к грунтам основания и тела плотины

 

При оценке качества грунта оснований и выборе грунта для проектируемых гидросооружений следует руководствоваться требованиями и положениями [1;2;5;6 и т.д.].

Возведение грунтовых плотин возможно как на скальных, так и на нескальных основаниях. При оценке качества скального основания необходимо обратить внимание на степень трещиноватости и заполнение трещин мягкими, легковымываемыми и растворимыми грунтами, на наличие тектонических нарушений и ослабленных зон, которые могут разрушаться под влиянием фильтрации и насыщения их водой. При оценке качества грунтов нескального основания обращают особое внимание на наличие порового давления в связи с их консолидацией; водорастворимых включений в количестве, большем допустимого по 2.5[1].

Земляные насыпные плотины можно возводить из всех видов грунтов за исключением содержащих водорастворимые вещества.

Для создания грунтовых противофильтрационных устройств (экранов, ядер, понуров, зубьев) следует применять слабоводопропускаемые глинистые грунты с коэффициентом фильтрации К_ф ≤ 0,1, а также искусственную грунтовую смесь из глинистых, песчаных и крупнообломочных грунтов. Для экранов и понуров плотин III и IV классов допускается применять торф с покрытием из минеральных грунтов.

Для намыва земляных плотин могут быть использованы однородные, так и неоднородные грунты: пески, супеси, суглинки (в том числе лессовидные), гравийные, галечниковые с содержанием песчаных и глинистых фракций. При этом следует руководствоваться требованиями по п.п. 3.8 – ­­­­­­­­­3.11 [1].

Дли возведения каменно-набросных и каменно-земляных плотин используются крупнообломочные грунты: рваный камень из карьеров, глыбово-щебенистый, валунно-галечниковый и гравийный материалы, удовлетворяющие требованиям по прочности, морозоустойчивости, химическим свойствам.

 

 

Выбор местоположения гидроузла и компоновка сооружений

 

Выбор местоположения створа гидроузла при заданном составе сооружений осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом различных компоновок сооружений. На выбор створа и компоновку сооружений существенное влияние оказывают топографические и инженерно-геологические условия, водность реки, условия строительства и эксплуатации сооружений. По топографическим условиям следует створ гидроузла располагать в наиболее узком месте балки или речной долины без значительного затопления и подтопления территорий, прилегающих к водохранилищу, а по геологическим условиям – отдавать предпочтение скалистым, плотным глинистым и песчаным основаниям. Расположение водопропускных сооружений должно максимально исключать возможность опасных размывов берегов и подмыва плотины в период их эксплуатации, а также предусматривать возможность использования их для пропуска строительных расходов. На выбор створа гидроузла влияют и строительные факторы: наличие местных грунтовых строительных материалов, возможность возведения гидроузла с минимальными затратами времени, средств и без ущерба окружающей природной среде.

 

 

Дренажные устройства

 

Дренаж земляных плотин устраивается со стороны низового откоса с целью понижения положения кривой депрессии. Предупреждение размыва низового откоса, отвода фильтрационной воды, проходящей через тело и основание плотины в нижний бьеф, что позволяет уменьшить заложение низового откоса и повысить его устойчивость. Это происходит за счет того, что гидравлические сопротивления движению воды в дренаже резко уменьшаются, поэтому происходит падение депрессионной кривой. Пусть фильтрация уменьшается, градиент напора и расход несколько возрастают, однако выход в НБ становится безопасным (в отношении разлива), т.к. материал дренажа и его устройство не допускают вымывания частиц грунта (суффозии).

Дренаж рекомендуется устраивать во всех типах плотин и при различной их высоте. При надлежащем обосновании допускается не устраивать дренаж в следующих случаях:

1. В плотинах на водонепроницаемом основании и низком стоянии уровня грунтовых вод.

2. В невысоких однородных земляных плотинах с напором до 5 м из глинистых грунтов с числом пластичности W_n ≥ 10 при механическом уплотнении грунта.

3. В плотинах, низовой клин которых устроен из каменной наброски или крупнозернистых материалов.

Дренаж состоит из двух основных частей: приемной – в виде обратного фильтра из одного или нескольких слоев и отводящей – для отвода воды из тела плотины в нижний бьеф. Обратный фильтр не допускает вымыва частиц грунта из тела плотины. Отводящая часть включает в себя и выпуски из дренажа в НБ.

По конструкции и расположению в теле плотины различают следующие типы дренажа (рис. 5).Тип дренажа устанавливается в зависимости от величины фильтрационных расходов и режима уровней НБ.

 

 

 

Рис. 5. Схемы основных типов дренажей:

а – простейший дренаж; б – дренажный банкет; в – наслойный дренаж;

г – трубчатый; д – горизонтальный; е – комбинированный; 1 – кривая депрессии; 2 – обратный фильтр; 3 – банкет; 4 – труба; 5 – дренажная лента; 6 – отводящая труба; 7 – отводящая канава

 

 

Размеры дренажей определяют с помощью гидравлических и фильтрационных расчетов с учетом возможности их выполнения в производственных условиях современными техническими средствами. Исходя из этого минимальные размеры отдельных элементов дренажей принимают следующими: ширина дренажных лент 0,4÷0,5 м; толщина слоев обратного фильтра 0,15÷0,2 м; диаметр дренажных труб 0,15÷0,2 м; коэффициент заложения откосов дренажных призм, слоев, кюветов – не менее 1. Простейший дренаж низового клина плотины в виде трехгранной призмы. а) при устройстве на водонепроницаемом основании. а) при наличии фильтрации через грунты основания.

Дренажный банкет устраивают из каменной наброски. С внутренней стороны дренажного банкета, примыкающей к телу плотины, и в основании его укладывается обратный фильтр из слоев песка и гравия, щебня, или других фильтрующих материалов, например минерального волокна, пористого бетона.

В плотинах из суглинистых грунтов обратный фильтр можно устраивать из одного слоя гравия или щебня. Общая толщина обратного фильтра из одного или двух слоев принимается 0,2-0,4 м.

Верх дренажного банкета должен возвышаться над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе не менее чем на ₀= 0,5 м. Коэффициент внутреннего откоса дренажной призмы принимается ₄ = ₅ = 1-1,5. Ширина банкета поверху принимается по условиям производства работ, но не менее 1 м. Дренажный банкет можно устраивать без бермы. Тогда наружный откос дренажного банкета располагается заподлицо с низовым откосом плотины.

Наслонный дренаж выполняется на участках плотины перекрывающих затопленную пойму, и при отсутствии на месте достаточного количества камня. Толщина наслонного дренажа принимается по условиям работ, но не менее

 

_g = (2,5÷3) _ш + δ_обр.ф., (14)

 

где _ш – диаметр приведенного к шару камня (определяется как для

крепления верхового откоса).

δ_обр.ф. – толщина обратного фильтра.

 

Превышение гребня наслонного дренажа над максимальным уровнем нижнего бьефа принимается как для дренажного банкета с учетом высоты выклинивания фильтрационного потока на низовой откос плотины.

При отсутствии камня или других грунтовых материалов устраивается трубчатый дренаж из гончарных, бетонных или асбестоцементных труб. Трубы делаются перфорированными с обсыпкой обратным фильтром или с не заделанными стыками. Диаметр труб устанавливается гидравлическим расчетом исходя из условия обеспечения безнапорного движения воды в трубах, но не меньше 0,2 м. Трубы укладываются в тело плотины вдоль низового откоса на расстоянии от его подошвы не больше 1/4 – 1/3 ширины плотины по основанию и не меньше глубины промерзания. Вокруг дренажной трубы укладывается сначала слой гравия или щебня, затем слой песка. Общая толщина слоев 0,4 – 0,6 м.

Для отвода воды из трубчатого дренажа в нижний бьеф по длине плотины устраиваются отводящие дрены (коллекторы), выходящие в кювет, который проходит параллельно подошве плотины. Расстояние между отводящими дренами устанавливается на основании гидравлического расчета с учетом расхода дренажных вод и пропускной способности отводящих дрен.

В однородных земляных плотинах на маловодопроницаемом основании при отсутствии воды в НБ можно устраивать горизонтальный дренаж из гравия или щебня с песком. Толщина плоского дренажа бывает в среднем 0,5 м, ширина принимается 1/4 – 1/3ширины плотины по низу. Комбинированный дренаж применяется в случае частого повышения уровня НБ во избежание выхода депрессионной кривой на откос. Он может быть в виде дренажной призмы и наслонного дренажа, в виде плоского горизонтального дренажа в сочетании с наслонным дренажем и др.

Дренаж в виде дренажной призмы и наслонного дренажа устраивают, если максимальный уровень воды в нижнем бьефе поднимается выше верха дренажной призмы. В этом случае верх наслонного дренажа располагается выше максимального уровня воды на 0,5 – 1 м. Комбинированный плоский горизонтальный дренаж в сочетании с наслонным дренажем устраивают при небольшой фильтрации через тело плотины и при наличии воды в НБ, недостаточном количестве камня на месте строительства.

Обратные фильтры устраиваются на контакте дренажа или пригрузки и дренируемого тела плотины или ее основания, если оно водопроницаемое. Основное назначение обратных фильтров – предотвращать опасную механическую суффозию из защищаемого мелкозернистого грунта. Гранулометрический состав обратного фильтра подбирается так, чтобы обеспечивались:

- предотвращение опасного для прочности и устойчивости защищаемого грунта развития механической суффозии в области, примыкающей к фильтру;

- непроницаемость частиц скелета защищаемого грунта в фильтр, а также непроницаемость частиц скелета самого фильтра в дренаж или каменную наброску;

- предотвращение опасной для прочности и устойчивости фильтра механической суффозии в самом слое фильтра;

- некольматируемость фильтра мелкими частицами, выносимыми фильтрационным потоком из защищаемого грунта.

Основными задачами проектирования обратных фильтров являются:

- выбор естественных карьерных или искусственных грунтов, пригодных для устройства обратных фильтров;

- определение гранулометрического состава первого и последующих слоев обратного фильтра;

- определение водопроницаемости обратного фильтра;

- установление толщины и числа слоев обратного фильтра.

Для устройства обратных фильтров применяется лишь несвязные естественные или искусственные материалы твердых и плотных каменных пород, не содержащие водорастворимых солей.

По условиям производства работ толщину слоев фильтра следует принимать:

- при ручной укладке (при планировке и уплотнении) – 10 см;

- при механизированной укладке – 20 см;

- при отсыпке фильтра в текущую воду или однослойного фильтра – не менее 0,75 м; для двухслойного и более каждый последующий слой должен быть не менее 0,5 м (по нормали).

Тип дренажа, число слоев обратного фильтра и их состав окончательно определяют на основе технико-экономического сравнения вариантов конструкции.

 

Пример конструирования поперечного профиля плотины

 

Рис. 8. Элементы поперечного профиля с ядром

 

Вопросы для самопроверки

 

1. От чего зависит выбор створа плотины?

2. Основные элементы грунтовых плотин?

3. Определение высоты превышения гребня плотины над расчетным уровнем?

4. Виды крепления верхового откоса?

5. Назначение противофильтрационных устройств?

6. Основные составные части дренажных устройств?

Расчет устойчивости плотины

4.1 Общие требования к устойчивости плотин

 

Земляные плотины имеют настолько значительный вес, что нет необходимости делать проверку устойчивости самой плотины на сдвиг. Неустойчивыми могут оказаться откосы плотин, крутизна которых существенно влияет на объем и стоимость плотины, поэтому оправдано стремление устраивать откосы с возможно меньшими заложениями.

Предельная крутизна откосов для несвязных (сыпучих) грунтов соответствует углу их внутреннего трения J. Если угол наклона откоса больше этой величины, то обрушение будет происходить в виде перемещения грунта по плоскости, наклонной к горизонту под углом внутреннего трения.

Сползание откоса, сложенного из связных грунтов, т.е. грунтов, обладающих силами трения и сцепления, может произойти как на всем его протяжении, так и на отдельном участке. Кривая обрушения близка к дуге окружности.

Для расчета устойчивости откоса земляных плотин предложено несколько методов, основанных на двух разных теориях: теория «предельного равновесия», согласно которой считается, что во всех точках сдвигающейся массы грунта существует предельное равновесие, и теории, которая основывается на использовании модели отвердевшего отсека обрушения грунта.

В инженерной практике чаще применяют вторую теорию. В основу расчета по этой теории положены следующие соображения и допущения:

- поверхность обрушения АВ (рис.4.1), по которой под действием соответственного веса грунта Q может произойти его сползание, принимается криволинейной, круглоцилиндрической, описанной радиусом R из центра вращения;

- сползающая масса отсека обладает как силой трения, так и силой сцепления;

В проектной практике применяются и другие методы расчета:

- горизонтальных сил взаимодействия при круглоцилиндрической поверхности скольжения;

- горизонтальных сил взаимодействия при ломаной поверхности скольжения;

- наклонных сил взаимодействия при ломаной поверхности скольжения;

- весового давления круглоцилиндрической поверхности скольжения для откосов плотин при ;

- равновесия моментов при круглоцилиндрической поверхности скольжения для откосов плотин при ;

 

Рис.4.1 Влияние снижения уровня воды на устойчивость откоса

 

Основные расчетные случаи для низового и верхового откосов даны в п.5.12.[1].Следует учитывать снижения уровня воды так как это ведет к явлению “обратной” фильтрации.

 

Расчет устойчивости откосов

Сначала оценим устойчивость верхнего и низового откосов в сравнении:

- ВО обычно положе низового,а потому уже и устойчивее к обрушению

- На ВО давит вода верх бедра,”прижимая” грунт внутрь.

Низовой же откос более крутой:(к-г заложение ) и часто считают, что если устойчив, то верховой - тем более.(Считая случаи опорожнения)

(ФПУ), в нижнем бьефе глубина воды максимальная, соответствующая ФПУ.

Расчет устойчивости верхового откоса выполняется для случаев:

1) принимается максимально возможное снижение уровня воды в водохранилище от НПУ или от подпорного уровня, соответствующего пропуску максимального расхода, относимого к основным сочетаниям воздействий, с наибольшей возможной; скоростью; при этом учитываются силы неустановившейся фильтрации;

2) уровень воды в верхнем бьефе находится на самой низкой отметке, но не ниже 0,2H, где Н — высота откоса; уровень грунтовой воды в теле плотины принимается на той же отметке, что и уровень воды в водохранилище;

3) принимается максимально возможное снижение уровня воды в верхнем бьефе с наибольшей возможной скоростью, начавшееся от ФПУ; при этом учитываются силы неустановившейся фильтрации.

Расчет устойчивости низового откоса плотин выполняется для случаев:

1) в верхнем бьефе нормальный подпорный уровень (НПУ), дренажи работают нормально, в теле плотины установившаяся фильтрация; при наличии воды в нижнем бьефе глубина ее принимается максимально возможной, но не более 0,2 H, где H – высота откоса, при большей глубине в расчетах она принимается равной 0,2 H;

2) подпорный уровень и уровень нижнего бьефа определяются максимальным расходом, относимым к основным сочетаниям нагрузок и воздействий (случай водосбросов без затворов);

3) в верхнем бьефе форсированный подпорный уровень воды

 

 

Рис. 4.2 График для расчета устойчивости откосов земляных плотин

 

Среди многих существующих методов расчета устойчивости откосов наибольшее распространение получил метод расчета по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения, в свою очередь имеющий много разновидностей. При выполнении расчетов этими методами следует иметь в виду их приближенность. Поэтому при окончательном выборе устойчивого профиля земляных плотин необходимо учитывать опыт эксплуатации построенных сооружений, конструктивные и строительные соображения.

Устойчивость откосов однородных земляных плотин приближенно можно рассчитывать по графику (рис. 4.2), принимая при этом, что оползание откоса под действием собственного веса будет происходить по круглоци-линдрической поверхности. Установив на основании полевых или лабораторных исследований удельный вес грунта γ_г, кН/м3, угол внутреннего трения грунта откоса φ°, кН/м3 удельное сцепление с, кПа, и зная высоту откоса Н, м, по графику (рис. 4.2) находят угол безопасного откоса α°, предварительно определив величину с(γ_г Н). Для предварительных расчетов значения ф и с можно принимать по табл. 1 (Приложения)

По графику (рис. 4.2) можно решать следующие задачи: предварительно задавшись уклоном откоса, проверять, будет ли откос устойчив; определять предельную высоту откоса при данном его уклоне; находить уклон откоса при данной его высоте.

Обычно откосы земляных плотин сложены неоднородными по составу грунтами, даже в плотинах из однородного грунта. Это объясняется тем, что в однородных плотинах грунт, лежащий ниже поверхности депрессии, имеет иной удельный вес и сцепление, чем вышележащий.

Откосы неоднородных земляных плотин (рис. 4.3) можно также рассчитывать по методу круговых поверхностей скольжения. В этом случае предполагается, что в грунте тела и основания плотины может образоваться круглоцилиндрическая опасная поверхность скольжения под действием сил веса грунта откоса, в связи с чем произойдет сползание грунта откоса и выпучивание основания. Сползанию грунта будет сопротивляться сила трения и сцепления по поверхности обрушения.

Проверка устойчивости откоса сводится к определению коэффициента устойчивости k_у, который равен (если не считать сил бокового давления) отношению момента удерживающих сил (трения и сцепления) к моменту сдвигающихся сил:

 

(4.1)

 

Расчет выполняется в условиях плоской задачи, когда рассматривается отрезок плотины длиной, равной единице. Грунт плотины выше кривой депрессии имеет естественную влажность, а ниже ее находится в взвешенном состоянии.

Выбрав по определенному правилу точку, из нес как из центра проводят дугу окружности радиусом R, захватывающую только тело плотины (например, в случае скального основания) или и часть основания. Выделенный массив грунта, который может сползти по дуге этой окружности, делится вертикальными плоскостями на отсеки шириной b = R/m₀ (обычно m₀ = 10 или 20).Дренаж отдельно не учитывают.

 

Рис. 4.3 К определению устойчивости низового откоса земляной плотины

 

Отсек, располагающийся симметрично относительно вертикали, проходящей через центр кривой скольжения, обозначается как нулевой. Нумерация отсеков, расположенных от нулевого отсека в сторону откоса, принимается со знаком плюс, а в направлении от откоса - со знаком минус.

В общем случае выделенный отсек грунта находится под действием собственного веса, бокового давления соседних масс грунта и давления фильтрационного потока.

Собственный вес отсека

(4.2)

где γ₁ - удельный вес грунта плотины естественной влажности выше кривой депрессии, кН/м³; γ₂ - удельный вес взвешенного грунта плотины ниже кривой депрессии, кН/м³;

γ₃ - удельный вес грунта основания, насыщенного водой, кН/м³;

- среднее высоты полос грунта соответственно выше кривой депрессии, ниже кривой депрессии, в основании плотины, м; b - ширина отсека, м.

При наличии слоя воды над отсеком выше линии откоса

(4.3)

где h_n - средняя глубина воды над отсеком, м..

Если в откосе есть слои различного грунта, то его вес определяется с учетом удельного веса каждого грунта.

Силы бокового давления грунта, действующие на вертикальных границах отсека, после суммирования их по всему сползающему массиву дают результирующую, равную нулю, и поэтому в расчете устойчивости ими пренебрегают.

Давление фильтрационной воды, действующей на n-й отсек, учитывается как внешняя сила и приближенно определяется по формуле

(4.4)

где γ - удельный вес воды, кН/м³; _n - угол между вертикалью, проходящей через центр нулевого отсека, и линией, соединяющей центр кривой скольжения с точкой пересечения оси рассматриваемого отсека с кривой скольжения.

Сила веса G_n раскладывается на составляющие: нормальную направленную по радиусу кривой скольжения, и касательную Сила T_n вызывает сдвиг n-го отсека по кривой скольжения. Этому будет противодействовать сила трения и сила сцепления где l_n - длина участка кривой скольжения в пределах отсека, а c_i - удельная сила сцепления.

Кроме указанных сил на рассматриваемый массив грунта действует давление воды со стороны нижнего бьефа

(4.5)

где h - глубина воды в нижнем бьефе, м. Тогда для всего рассматриваемого массива в соответствии с формулой (4.1) силы и моменты, действующие на отдельные отсеки, суммируются и коэффициент устойчивости откоса может быть найден по формуле

, (4.6)

где

Для неполных отсеков синус угла a_n принимается равным его доле от полной ширины отсека, пропорциональной фактической ширине отсека. Тогда

(4.7)

где n₀ - порядковый номер отсека грунта; m₀ - число, равное 10 при b=0,1R и 20 при b=0,05R; r - радиус действия силы W₀ относительно центра кривой скольжения.

Удельный вес грунта плотины ниже кривой депрессии

(4.8)

где п_Г — пористость грунта;

γ _с — удельный вес сжатия грунта в сухом со­стоянии, кН/м³.

Для сокращения расчетов силу сцепления , определяют не по отсекам, а по участкам с одинаковым удельным сцеплением, где .— длина участка кривой скольжения с постоянным значением удельного сцепления:

 

(4.9)

 

где,β_i—угол, образованный радиусами, проведенными из центра кривой скольжения до пересечения с границами ее участков, имеющих постоянное значение удельного сцепления. Обычно измеряется по хордам на расчетной схеме

Аналогичный расчет выполняется по целому ряду кривых скольжения, чтобы найти положение кривой скольжения, для которой k_y будет минимальным.

Существует много способов определения поверхности скольжения, которой соответствует минимальный коэффициент запаса устойчивости. По рекомендации В.В. Аристовского центр такой поверхности находится следующим образом.

От середины откоса (точка а на рис. 4.3 ) или осредненного откоса, если откос ломаный, проводим вертикаль ас. Затем из той же точки а под углом 85° к откосу (или осредненному откосу) проводим линию ad. Из точек А и В, как из центров, проводим кривые радиусом R₁. Площадь, ограниченная этими кривыми, будет площадью центров кривых скольжения.

Радиус

(4.10)

где R_H, R_B — нижнее и верхнее значения радиуса поверхности скольжения, м.

Ориентировочные значения R_H и R_B в долях от высоты плотины (высоты откоса) Н в зависимости от коэффициента заложения откоса т_от:

тот
RH	1,1	1,4	1,9	2,5	3,3	4,3
RB	2,2	2,5	3,2	4,7	5,8	6,7

Кривые, проведенные радиусом R₁ пересекаются в точке О (рис. 4.3). Из точки а, как из центра, проводим дугу be радиусом R ₂ = а О /2. Многоугольник bb'Oe'eb является зоной пробных центров кривых скольжения. В пределах этой зоны будет расположен критический центр заданного радиуса кривой скольжения. При малых значениях сил сцепления С критический центр располагается вблизи или в самой вершине О зоны пробных центров. С увеличением значения С критический центр удаляется от вершины.

В. В. Аристовский установил, что обычно пробные центры наиболее опасных кривых скольжения располагаются вблизи линии b O. Эту линию следует принимать как линию пробных центров.

Задаваясь на линии пробных центров несколькими точками (2— 3), например О, О₁ O₂, O₃ и т. д., проводим из этих точек, как из центров, кривые скольжения радиусами R, R', R", R'" и т. д. и соот­ветственно определяем коэффициент устойчивости по формуле (4.7)Для уточнения расчета через точку с минимальным значением k_y можно провести линию, перпендикулярную b O, на которой также наметить ряд центров и определить для них свои значения k_y. Из всех найденных значений k_y определяется k_{y min}

При подобных расчетах кроме рекомендуется принимать еще два-три промежуточных радиуса кривых скольжения R₁ в пределах

(4.11)

Для каждого значения R₁ проводим линию пробных центров и, как указано выше, определяем значения коэффициента устойчивости. Из всех полученных значений его принимаем значение k_{y min min}, которое должно быть в допустимых пределах.

В этих расчетах следует иметь в виду, что для откосов из несвязных грунтов центр наиболее опасной кривой скольжения расположен вблизи точки О, а для откосов из связных грунтов он удаляется от нее. Наиболее опасная кривая скольжения в отсеках из песчаного грунта на песчаном основании проходит обычно через подошву откоса, а если в основании залегает глинистый грунт, она захватывает и часть основания на глубину, обычно не превышающую высоты плотин, и при этом не выходит за пределы двух высот плотины во внешнюю сторону от подошвы откоса плотины по поверхности основания.

В соответствии со [1]устойчивость откосов обеспечивается если удовлетворяется условие

(4.12)

где k_n — коэффициент надежности; n —коэффициент сочетания нагрузок; т — коэффициент условий работы.

Значения коэффициента k_H зависят от класса сооружения:

 

Класс сооружения	I	II	III	IV
kH	1,25	1,2	1,15	1,1

Значения коэффициента п зависят от сочетания нагрузок: при основном сочетании п= 1, при особом — 0,9, для строительного периода — 0,95.

Значения коэффициента т зависят от метода расчета: при методе, удовлетворяющем условиям равновесия, т = 1, при упрощенном методе т = 0,95. (Расчет сводится в табл. 4.1)

Наименьшее значение коэффициента устойчивости откоса k_y при соответствующем сочетании нагрузок не должно превышать величины k_Hn/m более чем на 10 %, если это не обусловлено особенностями сооружения. В том случае, если указанные условия не удовлетворяются, необходимо внести соответствующие изменения в конструкцию или размеры сооружения

Для низконапорных земляных плотин IV класса высотой менее 5 м расчет устойчивости откосов не производят. Принятые.коэффициенты откосов обеспечивают устойчивость плотины.

В земляных плотинах из несвязного грунта без дренажа опасным в смысле нарушения участок низового откоса, в пределах которого происходит выход (высачивание) фильтрационной воды. Сползания, грунта не будет (с некоторым запасом) в том случае, если (рис. 4.4) , где α — угол наклона откоса к основанию плотины; φ — угол внутреннего трения грунта.

 

Рис. 4.5. Схема к учету сил при расчете устойчивости верхового откоса плотины: 1,2 — депрессионные кривые соответственно до и после сработки водохранилища

Если это условие не выдержано, необходимо предусмотреть дренаж или принять более пологий откос.

 

Таблица 4.1

Определение действующих сил

№ отсека

 

Устойчивость верхового откоса рассчитывается при быстрой сработке водохранилища (со скоростью более 0,3—'0,5 м/сут). Расчет выполняется по той же методике, что и для низового откоса, если известно положение кривой депрессии после понижения горизонта воды в верхнем бьефе (рис.4.5). Если же положение кривой депрессии в этом случае неизвестно, то с запасом ориентировочно считают, что она занимает то же положение, что и до понижения уровня верхнего бьефа, и вес грунта в отсеках принимается с учетом его взвешенного состояния. Вес столба; воды h над отсеками при этом не учитывается.

 

Список литературы

1. Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика/ Г.В. Железняков, Ю.А. Ибад-Заде, П.А. Иванов и др.; По общ.ред. Недриги В.П. М.: Стройиздат. 1983. 543с.

2. Замарин Е.А., Фандеев В.В. Гидротехническое сооружение. М.: Сельхозгиз, 1954. 560 с.

3. Криенко И.И., Химерик Ю.А. Гидротехническое сооружение. Проектирование и расчет. Киев: Вища школа. 1987. 254 с.

4. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. Изд.4-е. М.: Энергия. 1972. 312 с.

5. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям/Под ред. В.С. Лапшенкова. М.: Агропромиздат, 1989. 448 с.

6. Навоян Х.А. Примеры гидравлических расчетов водопропускных сооружений. Киев: Будiвельник, 1975. 212 с.

7. Назаров А.П., Шабанов А.Д., Родионов Г.А., Кичигина Н.Я. Проектирование земляных плотин и водосборных сооружений: Учеб. пособие // Куйбышевск. гос. ун-т. Куйбышев, 1980. 82 с.

8. Ничипорович А.А. Плотины из местных материалов. М.: Стройиздат. 1973. 320 с.

9. Проектирование гидротехнических сооружений/И.М. Волков, П.Ф. Кононенко, И.К. Федички. М.: Колос. 1987. 384 с.

10. Розанов Н.Н. Плотины из грунтовых материалов. М.: Стройиздат. 1983. 296 с.

11. Руководство по расчетам консолидации оснований и плотин из грунтовых материалов. П 36-75 ВНИИГ. Л.: Энергия. 1975. 51 с.

12. Руководство по проектированию гидротехнических туннелей/ Всесоюз. проект.-изыскат. ин-т и ин-т Гидропроект. М.:Стройиздат. 1982. 287 с.

13. СНиП П-7-81. Строительство в сейсмических районах/Госстрой СССР. М.:Стройиздат. 1982. 48 с.

14. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)/Госстрой СССР. М.:Стройиздат. 1983. 39 с.

15. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов/ Госстрой СССР. М.:ЦИТП Госстроя СССР.1985, 32 с.

16. СНиП 1.06.09-84. Туннели гидротехнические / Госстрой СССР. М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1985. 19 с.

17. СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений/ Госстрой СССР. М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 48 с.

18. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги/ Госстрой СССР. М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 56 с.

19. СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования/ Госстрой СССР. М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1987. 32 с.

20. Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Глухие плотиныю М.: Высшая школа. 1975. 328 с.

21. Шабанов А.Д., Кичигина Н.Я. Приближенный метод расчета железобетонных плит откосного крепления на волновую нагрузку // Гидротехническое строительство. №1. 1983.

22. Шабанов А.Д., Шабанов В.А., Шабанов Л.А., Кичигина Н.Я. Расчет железобетонных плит крепления напорных откосов земляных сооружений: Учеб.