7. Проектування підземного контуру гідротехнічних споруд. Сили, що діють на флютбет. Визначення товщини понура та водобою

До основних сил, які діють на флютбет, відносяться власна вага флютбету, гідростатичний тиск води, фільтраційний і зважуючий тиски. Сила фільтраційного тиску на флютбет направлена по нормалі до лінії підземного контуру і тому може бути розкладена на вертикальну і горизонтальну складові. Складову вертикального напрямку називають силою фільтраційного тиску (вона діє в напрямку, протилежному напрямку сили власної ваги споруди). На флютбет, який занурений у воду, діє також сила зважуючого тиску згідно до закону Архімеда. Вона направлена вверх і визначається в залежності від глибини занурення флютбету під рівень води нижнього б'єфа.

Загальна сила приписку W, яка діє на горизонтальні ділянки підошви флютбету, складається з фільтраційної Wф і зважуючої Wзв

W=Wф+Wзв, (3.49)

Графічно фільтраційні і зважуючі тиски зображуються у вигляді епюр, побудованих на горизонтальній проекції підземного контуру (рис. 3.19б,в). Ординати епюр фільтраційного тиску визначаються розрахунком, а ординати епюри зважуючого тиску - глибиною занурення точки або площини під рівень води нижнього б'єфа. Сила фільтраційного і зважуючого тисків на 1 м ширини споруди дорівнює площі епюри ділянки підземного контуру, що розглядається, помноженої на питому вагу води. Якщо відомий розподіл фільтраційного тиску на підошву споруди (рис. 3.19), то можна перевірити товщину понура в довільно вибраному перерізі за залежністю

tn=дельтH/Iдоп(3.50)

де дельтH — різниця ординат між повним напором і фільтраційним в перерізі, що розглядається; Iдоп - допустимий градієнт фільтрації для грунту понура (глина 4-6, суглинок 3-4) [2].

Для розрахунку товщини водобою в довільно вибраному перерізі з конструкції водобою вирізано елемент довжиною dх, товщиною tв і шириною в напрямку, перпендикулярному до площини рисунка — 1,0 м (рис. 3.20). На виділений елемент буде діяти фільтраційний тиск, рівномірно розподілений по ширині його з інтенсивністю

F =hx*dх*ро*g ,(3.51)

де hx — ордината напору, що діє на елемент; ро*g — питома вага води. Цьому тиску буде протистояти власна вага елемента з врахуванням зважуючої сили за законом Архімеда

R = tв*dx*1*(ро*g - ро*g),(3.52)

де ро*g — питома вата бетону.

Для граничної рівноваги можна записати

hx*dx*po*g=t*dx*1*(po*g-po*g), (3.53)

звідси розрахункова формула для визначення товщини водобою

t=(hx*po*g/po*g-po*g)*гама=(hx*po/po/po)*гама, (3,54)

де гама — коефіцієнт запасу, який приймається в межах 1,05-1,1.

8. Фільтраційна міцність ґрунтових гребель і їх основ

Профіль тіла греблі необхідно перевірити розрахунком на фільтраційну міцність, в результаті якого уточнюється конструкція греблі, а також місце розташування дренажних пристроїв. Фільтраційна міцність тіла греблі і її основи забезпечена, якщо виконується умова

Іest,m<(1/гама)*Icr,m (5.43)

де Іest, — діючий середній градієнт напору; Icr,m — критичний градієнт напору; гама — коефіцієнт надійності.

Значення діючого середнього градієнта Іest,m може бути визначено за методом Р. Р. Чугаєва [20]. Згідно цього методу вся область фільтрації умовно розділяється на дві частини: основа (гребля вважається водонепроникною) і тіло греблі (основа вважається водонепроникною). На рис. 5.36 умовна межа розділу відповідає площині 0-0.

Для основ глибина розташування водоупору визначається розміром Tp, який вважається таким, що дорівнює T, якщо T<Tфкт, де T - дійсне заглиблення водоупору, і Tp=Tакт, якщо T>Tакт. Глибина активної зони може бути прийнята Tакт = 0,5*L1 де L1 - ширина греблі в основі, якщо гребля однорідна без дренажу або з приставним дренажем, або — відстань між підошвою верхового укосу і лівою крайньою точкою дренажу (рис. 5.36), якщо гребля однорідна з дренажем у вигляді банкету або трубчастого. Тоді діючий середній градієнт напору для однорідної основи

Iest,m=H/(L1+0.88*Tp,(5 44)

Для однорідного тіла греблі Iest,m визначається методом побудови розра­хункової прямої АБ (рис. 5.36). При цьому точка Б у випадку трубчастого дренажу і відсутності води в нижньому б'єфі відповідає лівій крайній точці дренажу, а при відсутності дренажу або при приставному дренажу вона розта­шовується на рівні води нижнього б'єфа. Після побудови прямої АБ визначається її горизонтальна проекція L і обчислюється діючий середній градієнт напору

Iest,m= Н/L. (5.45)

Отримані в результаті розрахунків значення Iest,m співставляються з критичними Icr (табл. 5.5) і робляться відповідні висновки.