Организация водохозяйственного строительства

    

Сопряжение тела плотины с берегами осуществляется по наклонным плоскостям, при планировке которых необходимо избегать резких переломов и нависающих участков.

    

Для обеспечения  хорошего контакта грунта тела плотины  с бетонными сооружениями (плотины, водосбросы, здания ГЭС и т.д.) их примыкающим поверхностях придается  уклон в сторону земляной плотины  не более чем 10:1. Для борьбы с контактной фильтрацией сопряжение бетонных сооружений с земляной плотиной осуществляется при помощи противофильтрационных  диафрагм из бетона, железобетона или  металлического шпунта, врезающихся  в тело плотины. Диафрагмы располагают  в зоне противофильтрационных  элементов, а в однородных плотинах - в пределах верхового клина или центральной  части плотины. 

3. Фильтрационные расчеты. 

    

Фильтрационные  расчеты земляных плотин выполняются  с целью определения положения  депрессионной кривой, установления градиентов и скоростей фильтрационного  потока и определения фильтрационного  расхода.

    

Для выполнения этих расчетов плотина со всеми элементами вычерчивается на миллиметровой  бумаге, устанавливаются коэффициенты фильтрации грунта основания (k_ос), тела плотины (k_т) и противофильтрационного устройства, а также местоположение водоупора. За водоупор принимается грунт, соответствующий условию k_т / k_ос 25.   Расчеты   выполняются для   двух  поперечных сечений плотины с различными конструкциями дренажных устройств: в русле (максимальная высота плотины и наличие воды в НБ) и на пойме (при отсутствии воды в НБ). В качестве расчетных уровней воды принимаются: в верхнем бьефе - НПУ; в нижнем бьефе (для руслового сечения) - максимально возможный уровень, но не более 0,2 Н_пл (Н_пл - высота плотины), т.к. результаты фильтрационных расчетов в дальнейшем будут использоваться для проверки устойчивости откосов плотины.

    

В соответствии с принятым типом плотины, конструкцией противофильтрационных и дренажных устройств выбирается расчетная схема плотины и соответствующий ей метод фильтрационного расчета. Расчетные схемы и методы приведены в литературе [1,2,4]. Фильтрационные расчеты выполняются на ЭВМ.  

3. 1. Расчеты устойчивости откосов.

    

Целью расчета  является определение минимальных  коэффициентов запаса устойчивости откосов плотины для принятого  поперечного профиля. Найденный  минимальный коэффициент должен быть равным или большим (но не более  чем на 10%) допустимого коэффициента запаса устойчивости откоса, принимаемого по табл. 3.9.

    

Расчеты устойчивости откосов земляных плотин всех классов  выполняются для плоской задачи  (на 1 п.м. длины плотины)  по   методам плоских или круглоцилиндрических поверхностей скольжения. 

    

Таблица 3.9

 

    

Расчет устойчивости экрана и защитного слоя.  Этот расчет выполняется по методу плоских  поверхностей скольжения, проходящих по контакту защитного слоя и экрана (проверка устойчивости защитного слоя) и по контакту экрана и тела плотины (проверка устойчивости экрана вместе с защитным слоем).

    

Коэффициент запаса устойчивости защитного слоя или  экрана вместе с защитным слоем определяется как отношение пассивного Е_П и активного Еа давлений, действующих соответственно слева и справа от вертикали АВ (рис.3.4) 

    

                            К _{= ,}                                               (3.13)

    

                           Еа = G₁ cos

q

₁ sin

q

₁ ,                                   (3.14)

    

Е_П  = G₁ cos²

q

₁tg

j

+ G₂tg(

j

+

q

₂) + C(L₁cos

q

₁ + L₂cos

q

₂).    (3.15)                                     

    

Здесь G₁         - вес защитного слоя (или экрана с защитным слоем)

    

       справа от вертикали АВ;

    

q

₁                - угол наклона защитного слоя или экрана к горизонту;

    

j

         - угол внутреннего трения (не  контакте двух грунтов принимается  меньшее значение);

    

G₂       - вес части защитного слоя (или экрана с защитным                                             слоем) слева от вертикали АВ, дающий минимальное значение слагаемого G₂tg(

j

+ ₂).  Минимальное значение этого слагаемого определяется подбором, задаваясь различными значениями угла

q

₂ c  интервалом 5⁰, начиная c

q

₂ =0°;

    

С            - сцепление (при расчете защитного  слоя С =0);

    

L₁ = BD - длина плоскости скольжения защитного слоя по экрану (или экрана вместе с защитным слоем по телу плотины);

    

L₂          - длина основания защитного слоя (или экрана вместе с защитным слоем) слева от вертикали АB, соответствующая, минимальному значению слагаемого

    

                G₂tg(

j

+ ₂) .

    

Если G₂tg(

j

+ ₂)_min  при

q

₂ = 0, то L₂ = ВС. 

    

Расчет устойчивости низового откоса. Расчет устойчивости низового откоса плотины выполняется  по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения для основного расчетного случая, соответствующего установившейся фильтрации в теле плотины, когда  уровень воды в BБ равен НПУ, а  в нижнем бьефе -  максимально  возможному уровню, но не более 0,2 Н_пл.

    

На миллиметровой  бумаге в масштабе вычерчивается  поперечное сечение плотины в  русловой ее части (рис. 3.5),  наносится  кривая депрессии, а низовой откос  с переменным заложением или при  наличии на нем берм усредняется. Из середины этого откоса (точка "с") проводится вертикаль СД и линия  СЕ под углом 85⁰ к откосу. Из точек "А" и "В" как из центров очерчиваются две дуги окружности с радиусом R₀, которые пересекаются в точке "0". Значение радиуса определяется как

    

                                         R⁰ =                                        (3.16)

    

Величины R_H  и R_B определяются по табл. 3.10 в долях высота плотины.

    

Проведя из точки "с" дугу радиусом   r =  ОС/2  до  пересечения с линиями СД и СЕ, находится многоугольник Oedba, в котором располагаются центры наиболее опасных поверхностей скольжения.                                                         

    

Расчетная кривая скольжения радиусом R должна пересекать гребень плотины и захватывать  часть основания плотины, если в  основании расположен нескальный грунт. В случае скального грунта основания  кривая скольжения должна касаться его  поверхности.

    

  Таблица  3.10

    

Выделенная призма обрушения разбивается на "n" отсеков шириной b = 0,1 R. Разбивку на отсеки начинают с нулевого, середина которого располагается на вертикали, проходящей через центр кривой скольжения,

    

Коэффициент запаса устойчивости низового откоса определяется по формуле А.А.Ничипоровича  

    

                  K_s = ,               (3.17) 

    

где  G_i      -  вес грунта и воды в пределах i -го отсека;

    

Р_i    - равнодействующая давления воды по подошве i -го отсека;

    

j

_i     - угол внутреннего трения грунта i -го отсека;

    

a

_i     - угол между вертикалью и линией, соединяющей центр    кривой скольжения с серединой i -го отсека;

    

c_i    - удельное сцепление грунта i-го отсека по линия кривой   скольжения

    

В общем случае, если в пределах рассматриваемого отсека проходит кривая депрессии, а над  отсеком имеется столб воды, вес  его определяется по формуле

    

                  G_i = (

g

_{i +}

g

 ^н_{iт.п. +}  + h_i ) b_i ,                    (3.18)             

    

где                 - высота  части отсека, от линии откоса до кривой депрессии, измеренная по его середине;

    

            - высота части отсека, насыщенного  водой (от подошвы  плотины  до кривой депрессии);

    

               - высота части отсека от кривой скольжения до подошвы плотины;

    

h_i                 - высота столба воды над отсеком;

    

,

g

 ^н_iт.п., - удельный вес грунта естественной влажности и     грунта   тела плотины и основания насыщенного водой ;

    

             -  удельный вес воды.

    

Равнодействующая  давления воды по подошве отсека определяется  как сумма взвешивающего, фильтрационного  и порового давления

    

                                     Р_i=P_ВЗ+Р_Ф+Р_К                                         (3.19)

    

Поровое давление Р_К необходимо учитывать при расчетах устойчивости откосов плотин высотой более 40м, а также при расчетах плотин высотой менее 40 м в следующих случаях: при намыве грунта или отсыпке его в воду, при возведении плотин из маловодопроницаемого грунта, при наличии в основании плотины глинистых грунтов мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции.

    

При расчете  устойчивости низового откоса в условиях установившейся фильтрации  равнодействующая  давления  воды будет состоять из фильтрационного и взвешивающего  давления и определяется по формуле: