книги из ГПНТБ / Минервина, Е. Е. Переформирование берегов горных водохранилищ методы и примеры прогноза

104

вания по формуле Ф. Й. Целикова [Л. 54]

V___ ”1 / σPacτ^Λ>τκ

χ- V ——’ м>

где Hotk — высота откоса, м; отсчитывается от уреза во­

ды до бровки; у — объемный вес грунта в естественном

состоянии, tc m3 Ораст — сопротивление грунта растяги­

вающим усилиям, TC Mz.

При построении надводного откоса на нижнем гори­

зонте абразии следует учитывать пониженную ,прочность

грунтов в полосе призмы сработки и невозможность со­

хранения откоса высотой более 1 м, а также вероятность

завала отмели продуктами разрушения берега с верхне­ го горизонта абразии. Порядок расчетов и графических построений профилей прогноза по изложенной выше ме­ тодике приведен в § 4-2.

Впоследние годы предпринимаются попытки (Л. 9]

создания на новых принципах метода прогноза абра­

зионной переработки берегов горных водохранилищ,

отражающего специфику волновых воздействий при ха­ рактерных для них режимах эксплуатационных колеба­ ний уровня. При надлежащей апробации этот метод

может оказаться перспективным.

Вслучаях, когда абразии подвергаются скальные участки берега, общая схема построения профиля про­

гноза остается идентичной изложенной выше. Вопрос упирается в правильный подбор коэффициентов размываемости пород и уклонов отмелей с учетом характера

напластования, трещиноватости и разрушения, а также происходящих в породах изменений при долговременном

воздействии водохранилища.

В. ПРОГНОЗ ОПОЛЗНЕВОЙ ПЕРЕРАБОТКИ (ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ) БЕРЕГОВ

3-7. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ К МЕТОДИКЕ ПРОГНОЗА

Для глубоких горных водохранилищ, характеризую­ щихся большими эксплуатационными колебаниями уров­ ня, воздействие воды как силового фактора приобретает

главенствующую роль, так как оно приводит к наруше­ нию устойчивости склонов. Оползневое переформирова­

ние является следствием в первую очередь изменений

статических условий разновесия склонов за счет созда-

105

ваемых водохранилищем гидростатических И гидродина­

мических сил.

При соответствующих геологических предпосылках и изменении прочности пород при водонасыщении могут

образоваться крупные оползни и обвалы, охватывающие

значительные площади подводных и надводных склонов, чреватые опасными последствиями. Наряду с глубокими

возникают поверхностные смещения затапливаемых склонов типа оплывнн и осовов, в образовании которых

превалирующая роль принадлежит изменению конси­

стенции грунтов при водонасыщении. Поверхностные

смещения происходят отдельными порциями до выра­

ботки нового профиля равновесия (уположения) соот­

ветственно изменившимся условиям склона.

Прогноз поверхностных явлений переработки можно

осуществлять с помощью простых графических и графо­

аналитических методов, к числу которых относится и метод «наиболее вероятного угла откоса», предложен­

ный для этой цели Е. Е. Минервиной в 1957 г. (Л. 29].

Для прогноза же глубинных явлений оползневого пере­

формирования необходимо прибегать к расчетным мето­

дам, приспосабливая их к решению поставленной за­ дачи.

3-8. ПРОГНОЗ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТОДОМ «НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНОГО УГЛА ОТКОСА»

Метод «наиболее вероятного угла откоса» является приближенным графическим методом. Он предложен для прогноза оползневой переработки берегов, выражающей­

ся в уположений откосов под водой, и вследствие про­

стоты и легкости операций может найти широкое приме­ нение в .массовых прогнозах переработки берегов на

ранних стадиях проектирования водохранилищ.

Метод исходит из известного положения о равенстве

угла откоса а углу внутреннего трения φ в несвязных

оползневой переработке, с поверхности сложены боль­ шей частью одресвленными (элювий) или суглинисто­ обломочными грунтами. Благодаря высокой водопрони­ цаемости грунтов фильтрационные силы при сработке,

106

как правило, отсутствуют. При попадании грунтов под воду и их разжижении удерживающая роль сцепления Сиас в общем сопротивлении СДВИГу ψpπac СВОДИТСЯ ПОЧТИ

к нулю. Поэтому практически можно считать величину

наиболее вероятного угла откоса α = φ∏ac∙

Для построения профиля прогноза по данному мето­

ду необходимы: 1) геологические разрезы склона с раз­

бивкой на слои (зоны) с одинаковыми литологией и во-

Рис. 3-4. Построение -профиля прогноза по методу «наиболее вероят­

выделенных слоев (зон) грунта в природном и водонасы­

щенном состояниях.

Построение профиля прогноза начинается с низшей точки (уреза реки). Проводится линия будущего ,подвод­ ного откоса под углом к горизонту ctι=φι (углу внутрен­

него трения водонасыщенного грунта первого слоя) до пересечения ее с границей следующего слоя (рис. 3-4).

От точки пересечения откладывается новое направление

линии откоса под углом a2=<p2 второго слоя, затем сле­

дующее и т. д. до пересечения полученной ломаной ли­

нии с НПУ. Выше НПУ строится надводный откос по

аналогии с природными устойчивыми откосами в таких

же грунтах. Грунт между профилем склона до затопле­

ния и профилем прогноза будет постепенно удален пу­

тем мелких сползаний и сплывов; грунт же ниже профи­

ля прогноза устойчиво сохранится на склоне, так как

107

крутизна откоса соответствует устойчивому состоянию

грунта в водонасыщенном состоянии. Для выветриваю­

щихся пород выбор значений φпас ДОЛЖЄН ПРОИЗВОДИТЬСЯ

с учетом влияния выветривания [Л. 34].

Данный метод хотя и является приближенным, не

должен давать существенных погрешностей в результа­

тах прогноза, особенно если учесть обычно слабую гео­ логическую изученность бортов водохранилища.

3-9. ПРОГНОЗ ОПОЛЗНЕВОГО ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТОДАМИ СТАТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ

Количественные прогнозы оползневой переработки

берегов, выражающейся в образовании глубоких ополз­

ней или нарушении устойчивости склонов, обычно осу­

взвешивание пород при наполнениях водохранилища;

возникновение фильтрационных сил при сработке; утя­

желение пород в зоне над снижающейся кривой депрес­

сии вследствие остаточного увлажнения. Должны учи­ тываться также изменения прочности пород при увлаж­

нении и многократной смене циклов водонасыщения и просыхания в процессе эксплуатационных колебаний

уровня; возможность развития явлений ползучести, суф­

фозии, размыв низовой части склона в периоды сработ­

ки, пригрузка наносами и прочие обстоятельства.

Для того чтобы отразить изменения, вносимые рабо­ той водохранилища в естественное поле напряжения по­

род, прогнозные расчеты выполняются для нескольких

состояний берегового склона:

1)естественного (до наполнения водохранилища);

2)состояния, соответствующего наполненному водо­

хранилищу; 3) состояния при сработке уровня.

Так, равновесие склона, изображенного на рис. 3-5,а,

в ■ природных условиях выражается коэффициентом

устойчивости, большим или равным единице, т. е.

і—п

∑ {Pi COS αt tg φecl + ^eeɪʃi)

∑ Pi Sin ai

i=l

108

Я

Рис. 3-5. Схемы статических условий равновесия склонов (по Е. Е. Минервиной, 1958 г.).

a — в естественных условиях; б — при наполнении водохранилища;

в — при сработанном уровне.

109

наиболее вероятно снижение коэффициента устойчи­

вости:

і=п

∑(P" і cos>t tg ?нас + cHacJi)

=‘=1 i=n----------- :------------------< ɪ ∙

2 (P"i Sin αi + Φi)

i = l

Недоучет гидродинамического фактора в оценке

устойчивости бортов глубоких водохранилищ при боль­

ших призмах сработки может привести к весьма отрица­ тельным последствиям; поэтому проверка устойчивости

откосов при сработке является самой ответственной.

При выборе метода оползневых расчетов следует исходить из соображений соответствия расчетной схемы

типу оползня, ожидаемому по геологическим условиям

склона. Наиболее распространенными типами оползней

на бортах горных водохранилищ являются:

1-й тип — смещения элювиальных и делювиально­ пролювиальных грунтов по подстилающим породам; по­

верхность скольжения, приуроченная к контакту покров­

ных и коренных пород, имеет лоткообразную, плоскую или ломаную форму.

2- й тип — смещения земляных масс по криволинейной

поверхности скольжения, образующейся в толще речных,

озерных, овражных и других отложений при значитель­

ной их мощности.

3-й тип — смещения горных пород по слоистости при падении слоев в сторону склона; плоскость скольжениц

развивается в прослое пластичной глины или контакт­

ной зоне ослабления пластов.

4-й тип — смещения горизонтально-слоистых пород

(или пород с падением в глубь склона) по поверхности

скольжения, связанной с системой трещин и других зон

ослабления, приобретающей ступенчатую, ломаную или

близкую к криволинейной форму.

5-й тип — пластические смещения водонасыщенных

глинистых масс.

Для склонов с предпосылками к развитию, оползней

1-го и 3-го типов, и частично 4-го, в которых вероятной

поверхностью скольжения можно задаться, исходя из геологических соображений, удобным для прогнозов

является метод «горизонтальных сил» Маслова — Берера

Ill

[Л. 23]; возможно использование и других методов Ополз­ невых расчетов, в частности метода «плоских поверхно­

стей сдвига» P. Р. Чугаева [Л. 56]. Для склонов с ве­

роятным образованием оползней 2-го и частично 4-го типов расчеты должны выполняться по принципам клас­

сического метода «круглоцилиндрических поверхностей»,

модификации которого широко используются в ,проекти­

ровании откосов земляных и каменнонабросных плотин

[Л. 38, 43, 48]. В случаях оползневой переработки берего­ вых откосов, сложенных речными, овражными и озерны­ ми отложениями, могут оказаться полезными расчеты по «методу Fp» H. Н. Маслова 1[Л. 23]. Для прогноза

пластических оползней 5-го типа следует пользоваться методами, основанными на законах движения вязкопла­ стических масс [Л. 24] или, упрощенно, при предвари­

тельной оценке сравнением коэффициента заложения по­

верхности оползня с уклоном і с начальным коэффи­ циентом сдвига fo водонасыщенных оползневых масс. Учитывая неизбежную схематизацию геологической

освещенности профиля природного склона в расчетном

створе, предпочтение следует отдавать простым опера­

тивным инженерным методам расчета.

В качестве главных расчетных уровней воды следует

принимать: а) наивысший уровень водохранилища — НПУ, форсированный или катастрофический уровень;

б) наинизший уровень, соответствующий максимальной сработке или опорожнению водохранилища. В отдель­

ных случаях дополнительными расчетными уровнями мо­ гут быть уровни разных очередей наполнения, а также

расположенные на высоте 1∕2—1∕3 фигуры потенциально

оползневого отсека, поскольку такое положение уровня

благоприятствует оползневой переработке.

Расчетами по первому состоянию (до наполнения), определяются наиболее неблагоприятные створы с мини­ мальным коэффициентом устойчивости ⅛ecτ<l,2÷ 1,3. Неблагоприятными их следует считать, исходя из того,

что наполнение и сработка уровня водохранилища мо­ гут снизить ⅛ecτ на 20—25% и более.

Расчеты по второму состоянию (наполненное водо­ хранилище) выполняются для створов с минимальным feecτ. При этом отметка уровня водохранилища и воды в породах склона условно принимается одинаковой. Тог­ да можно считать, что вся водонасыщенная зона явля­

ется взвешенной, и фактор взвешивания учитывать при

112

определении величины объемного веса, а имепгіо!

Ѵвзв =,γecτ—(1—я) Yb,

где п — пористость грунта.

В расчет вводятся показатели φ и с, полученные из

данных специальных опытов, предназначенных для вы­

явления влияния водохранилища на свойства грунтов:

расслоение, длительную прочность, ползучесть и т. п.

В расчетах по третьему состоянию (сработанное во­

дохранилище) определяются степень изменения верти­

кальных нагрузок в связи с перемещением уровня водо­

хранилища и фильтрационные силы Ф.

3-10. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СИЛ В ПРОГНОЗАХ

Определяя влияние фильтрационных сил на устойчи­

вость бортовых склоновг следует различать три типа грунтов: слабо-, средне- и сильнофильтрующие, с кото­

рыми связаны различия в положении кривой депрессии и, следовательно, в объемах фильтрующего грунта переформируемого склона (рис. 3-7).

Так, в слабоводопроницаемых грунтах (глинах, суглин­ ках, плотных глинистых породах) вследствие значитель-

Рис. 3-7. Схемы положения кривой депрессии.

а — слабая водопроницаемость грунтов; б —средняя; в — вы­ сокая.