4. Фильтрационные расчеты

Фильтрационные расчеты бетонных плотин состоят из расчета напорной фильтрации в основании плотин и расчета безнапорной обходной фильтрации на участках сопряжения бетонной плотины с земляной.

Различают два вида давления подземных вод на подошву плотины:

1) взвешивающее, равное в любой точке подошвы весу столбу во­ды высотой, равной заглублению этой точки под уровень воды в НБ;

2) фильтрационное, создаваемое напором на плотину и равное в начале подземного контура величине напора, а в месте выхода фильтрационного потока в НБ - нулю.

Основными задачи фильтрационного расчета являются:

- определение фильтрационного давления на подошву плотины;

- проверка фильтрационной прочности грунта основания;

- определение фильтрационного расхода

4.1. Расчет фильтрации в основании бетонной плотины

Фильтрационный расчет подземного контура плотин на нескальном основании выполняется по методу коэффициентов сопротивления, разработанному Р.Р. Чугаевым. Предварительно запроектированный подземный контур приводится к расчетной схеме путем исключения различного рода деталей, которые существенно не влияют на результаты расчета, и замены наклонных участков на горизонтальные и вертикальные (рис.2). Расчёты ведутся на 1 п.м. длины. Грунт принимается однородным.Область фильтрации ограничивается в верхнем бьефе началом понура, а в нижнем бъефе местом выхода потока в дренаж под телом плотины(потерна). Верхней границой области фильтрации является подземный контур, а нижней – поверхность расчётного водоупора.

Для определения положения расчетного водоупора предварительно вычисляется глубина активной зоны фильтрации .Величина определяется по зависимостям, приведенным в табл. 5.13 [1]. Для этого вычисляется отношение:

где l_о – длина подземного контура, т.е. его проекция на горизонтальную ось(рис 2);

S_о – длина проекции подземного контура на вертикальную ось(рис 2).

По таблице 5.13 [1] находится расчетная зависимость

Т.к. , то = =17м.

Коэффициенты сопротивления участков подземного контура:

1. 

где - сопротивление на плоский вход;

1.

где - сопротивление на плоский вход;

( - высота уступа).

2.

3.

4.

5.

6.

7. = + =0,616

.

Далее определяется сумма коэффициентов всех участков подземного контура

Полный напор фильтрационного потока (разность отметок НПУ и НБ, то есть величина Н) распределится между отдельными участками подземного контура прямо пропорционально численным значениям их коэффициентов сопротивления. Следовательно, потери напора на i-ом участке контура будут определяться как

где - сумма коэффициентов сопротивления всех участков;

- коэффициент сопротивления i-ого участка.

Определяются потери напора на каждом из участков.

Зная потери напора на каждом участке, определяются ординаты эпюры фильтрационного давления. Первая ордината эпюры (в начале подземного контура) равна Н=16 м. Каждая следующая ордината определяется путем вычитания из предыдущей ординаты потерь напора на рассматриваемом участке.

Фильтрационная прочность грунта основания будет обеспечена при выполнении условия:

Величина контролирующего градиента определяется по зависимости

Значение допустимого градиента, контролирующего фильтрационную прочность грунта основания согласно табл. 5.14 [1] для мелкого песка, III класс плотины . Таким образом фильтрационная прочность грунта обеспечена.