9 Основные размеры, форма плотин и их устойчивость

9.1 Классификация и конструктивные особенности каменнонабросных и каменно-земляных плотин

Для каменнонабросных и каменно-земляных плотин вопросы устойчиво­сти откосов, грунтовых экранов и защитного слоя фильтрационные расчеты являются общими с аналогичными вопросами при расчетах земляных плотин. Ниже рассматриваются только основные специфические вопросы проектиро­вания.

Основное тело плотин возводят из крупнообломочных грунтов (содержа­нием частиц крупнее 2 мм более 50 % по массе).

Характеристикой профиля каменных плотин служит отношение ширины плотины понизу к ее высоте В/Н_т.

Крутизна откосов каменнонабросных плотин больше, чем земляных, так как угол внутреннего трения каменной наброски принимается в пределах от 36 до 42° (tg ф = 0,75 - 0,9).

Заложение верхового mi и низового т₂ откосов следует назначать со­гласно таблице 13.

Таблица 13 - Некоторые характеристики каменных и каменно-земляных плотин

Плотины	т,	т2	ВДи
Каменнонабросные	1,2-1,3	1,3-1,4	2,5-2,8
Каменно-земляные с ядром	1,5-2,0	1,3-2	3-4
Каменно-земляные с экраном	2-3	1,3-2	4-6
Гравийно-(щебенисто) земляные:
с ядром	2-2,5	2-2,5	4-5
с экраном	2,5-3,5	2-3	5-7

9.2 Противофильтрационные устройства

Экран каменнонабросной плотины должен быть водонепроницаемым, прочным и гибкими. По виду используемого материала экраны разделяются на грунтовые (до 300 и более м), бетонные и железобетонные (до 100 м), асфаль­тобетонные и металлические (до 60м), деревянные и полимерные (до 40 м). В каждом конкретном случае тип экрана выбирают, исходя из назначения соору­жения, условий его строительства, эксплуатации и технико-экономического сопоставления вариантов.

Ядро в каменнонабросных плотинах выполняют из глинистого грунта. Указания, относящиеся к ядру земляной плотины, в равной степени относятся к ядру каменнонабросных плотин. Такое соответствие справедливо и для плотин с диафрагмами.

Минимальная толщина экрана и ядра принимается не менее 0,2 Н_т пони­зу, поверху - не менее 3 м. Величину градиента следует принимать J=2-6 для ядер и экранов из глинистого грунта.

9.3 Фильтрационные расчеты

Фильтрационные расчеты выполняются аналогично таким расчетам зем­ляных плотин.

Для плотин с относительно узким ядром (b_ян1/Н_пл<0,5) и К_фл = К_фт /100 фильт­рационные расчеты выполняются по следующей расчетной схеме (рисунок 43).

Градиенты фильтрационного потока при его выходе на низовую поверх­ность ядра определяются

J = sin α/cos β?, (95)

где β - угол принимается по гидродинамической сетке, построенной графиче­ским методом.

Расход через ядро

q=К_фя∙Ω, (96)

Рисунок 43 - Расчетная схема фильтрации через глинистое ядро

где Ω- площадь эпюры градиента J.

Расчет фильтрации через каменнонабросную плотину с пластическим эк­раном выполняют по уравнению Н.Н. Павловского а для турбулентной фильтрации через каменную наброску - по формуле Н.П. Пузыревского

где q - удельный фильтрационный расход плотины; к_т - коэффициент фильтрации каменной наброски; к_э -коэффициент фильтрации экрана;

h, - глубина воды в каменной наброске за экраном; n=k_m/k_э

H₁ - глубина воды в верхнем бьефе; Н₂ - глубина воды в нижнем бьефе;

L - расстояние между сечениями с глубинами h, и Н₂, м (рисунок 44); L/ - ширина плотины понизу, м.

5 _Cp-sin а- проекция средней толщины экрана на вертикаль. Расчет ведется методом приближения. Задаются величиной ///, подстав­ляют значение в формулы (97) и (98). При равенстве отношения , вычисленным по формулам (97) и (98), величина h₁ принимается за искомую, в про­тивном случае расчет повторяется.