книги из ГПНТБ / Чугаев Р.Р. Подземный контур гидротехнических сооружений (проектирование подземных частей плотин на нескальном основании)

4°. Предварительный выбор размеров подземного контура плотин на основе рассмотрения казуальной фильтрационной прочности грунта основания

В общем случае прочный подземный контур, удовлетворяющий условию (290), приходится устанавливать путем подбора: задавать форму и размеры контура и 'затем проверять его в соответствии с за­ висимостью (290). При этом предварительный выбор размеров контура иногда удобно выполнять, руководствуясь следующими рекоменда­ циями.

Случай сильно распластанной схемы контура. В данном случае вы­ держаны условия (296) и (164), причем величина JK определяется формулой (297).

Минимальную допускаемую (по соображениям казуальной проч­ ности грунта основания) длину подземного контура І мии определяем в соответствии с зависимостью

(173) по формуле

где 7 \, Т 2, Т ...........ТП1—- размеры, представленные на рис. 103,

При использовании формулы (309) необходимо учитывать следующее. Расчетная поверхность водоупора всегда будет совпадать с дейст­ вительной поверхностью водоупора в случае неглубокого залегания

действительного водоупора, когда

7 д < 0 ,5 /0, (311)

где /„ — размер, показанный на рис. 103; Тя — заглубление действи­ тельного водоупора под точкой подземного контура, расположенной наиболее высоко.

Как видно, в указанном простейшем случае величина Тср, входя­ щая в формулу (309), определяется весьма просто.

При относительно глубоком залегании водоупора, когда условие (311) не соблюдается, расчетная поверхность водоупора должна сов­ падать с нижней границей активной зоны фильтрации по напору.1

1 Глубина этой активной зоны определяется в рассматриваемом случае соотношением (54).

180

В этом случае вместо формулы (309) удобно пользоваться для установ­ ления величины LMa„ следующей расчетной зависимостью:

причем здесь LB и Lv представляют собой соответственно суммарную длину вертикальных и суммарную длину горизонтальных элементов контура.

Разумеется, в некоторых случаях формулы (309) и (312) в отноше­ нии LMnli приходится решать подбором в связи с отсутствием в начале расчета данных о величине /„, определяющей положение расчетного водоупора.

Общий случай схемы подземного контура, отличной от чистого шпунта и не удовлетворяющей условию (296). В этом случае перепи­ сываем (292) с учетом (290) в виде:

В случае относительно неглубокого залегания действительного

подобрать подземный контур, так чтобы суммарный коэффициент со­ противления его не был меньше найденной минимально допустимой величины 2g.

В случае относительно глубокого залегания действительного во­ доупора зависимость (314) приходится переписывать следующим об­

Определив по формуле (317) или (319) значение /02£ или значение s02g, подбираем подземный контур так, чтобы он характеризовался величиной /02£ или величиной s02g, равной найденной.

Случай симметричного чистого шпунта. В этом случае (рис. 100, б) расчет ведем следующим образом:

при условии

181

минимальную допускаемую глубину погружения шпунта (по усло­ виям общей прочности грунта) определяем по формуле

Найденное в результате расчета значение sMHHв случае однородного изотропного грунта основания можно считать окончательным (не под­ лежащим дальнейшей корректировке в связи с рассмотрением нор­ мальной прочности грунта основания).

36. Расчет нормальной фильтрационной прочности грунта основания плотин

Как отмечалось ранее, можно различать следующие заведомо наи­ более слабые места основания:

1) поверхность дна нижнего бьефа, где имеется выход фильтрацион­ ного потока в нижний бьеф;

2)контакты мелкозернистых и крупнозернистых грунтов, слагаю: щих основание, где можно ожидать внутреннюю суффозию (вымыв мелкозернистого грунта в поры крупнозернистого грунта);

3)область выходного фрагмента основания, где можно ожидать так называемый местный фильтрационный выпор.

1°. Внешняя суффозия на поверхности дна нижнего бьефа

Поверхность дна нижнего бьефа всегда должна покрываться об­ ратным фильтром. Поэтому проверка прочности поверхностных слоев грунта (на внешнюю суффозию) должна выполняться в связи с проек­ тированием обратных фильтров (в связи с подбором крупности фрак­ ций, образующих слои фильтра). Проектирования обратных фильтров, а следовательно, и связанного с ним расчета внешней суффозии здесь касаться не будем. Надо заметить, что вопрос о проектировании об­ ратных фильтров имеет самостоятельное значение, поскольку обрат­ ные фильтры устраиваются не только в случае бетонных плотин, рас­ полагаемых на нескальном основании.

Укажем здесь только следующее:

1) упомянутый обратный фильтр (при вертикальной фильтрации снизу вверх) должен, разумеется, проектироваться на максимальный выходной уклон / вых, который может быть определен по зависимо­ стям § 22;

182

Рис. 105

183

2) длина данного фильтра (из условий фильтрации воды в основа­ нии плотины *) должна намечаться таким образом, чтобы в конце его выходные градиенты J удовлетворяли условию

чтобы иметь возможность в соответствии с формулой (324) принять длину обратного фильтра, на рис. 104 и 105 приводятся соответствую­ щие кривые, построенные на основании решений С. Н. Нумерова для случаев выходных элементов контура, изображенных на схемах (рис. 104, 105). Обозначения, указанные на графиках, ясны из пред­ ставленных на рисунках схем.

Как видно, зная УВЬІХи пользуясь указанными графиками, можно найти J для точки поверхности дна нижнего бьефа, расположенной на любом расстоянии от конца сооружения.

2°. Внутренняя суффозия на контантах мелкозернистых и крупнозернистых грунтов, слагающих основание

Надо считать, что опасная внутренняя суффозия в данном месте не сможет возникнуть, если

где / вн— действующий пьезометрический уклон на рассматриваемом контакте мелкозернистого и крупнозернистого грунта; (/„„) — до­

пускаемое значение этого уклона.

Величину Увн, во всяком случае, можно установить, пользуясь экспериментальным методом ЭГДА. Часто эту величину (ее порядок) грубо приближенно можно установить, сообразуясь с расчетными дан­ ными, приведенными в третьей главе.

Величину ( /ВІ1)д можно определить, сообразуясь с материалами,

относящимися к проектированию обратных фильтров. В случае от­ ветственных сооружений величину ( /вн)д следует устанавливать на

основании специальных опытов с естественными грунтами, проводимых в лаборатории.

3°. Местный фильтрационный выпор грунта в области нижнего бьефа

Как отмечалось, проверку запроектированного подземного контура на местный фильтрационный выпор имеет смысл производить при боль­ ших значениях максимального выходного пьезометрического уклона (когда УВЬІХ> 0 ,5 -ч- 0,7).1

1 Надо иметь в виду, что в некоторых случаях длину рассматриваемого фильтра приходится принимать из условий движения воды по поверхности во­ добоя и рисбермы.

184

Существует ряд расчетных приемов, относящихся к рассматривае­ мому вопросу: К. Терцаги [26, с. 370—375], В. С. Баумгарта и

Р.Н. Давиденкова [3], ВНИИ Водгео [57], 3. Бажант [58]. Согласно предложению В. С. Баумгарта и Р. Н. Давиденкова рас­

равную одной квадратной единице, причем высота этого столбика при­ нимается равной глубине низового шпунта (или зуба);1 грунт счи­ тается лишенным сил сцепления.

Во ВНИИ Водгео учитывают дополнительно сцепление по ниж­ нему основанию указанного столбика.

3. Бажант рассматривает равновесие некоторого объема грунта, выделенного дугой окружности ае (рис. 106).

Нам представляется, что в данном случае достаточно осуществить проверку согласно предложению В. С. Баумгарта и Р. Н. Давиденкова

где 1,25 — коэффициент запаса.

Если неравенство (326) выдержано, то местный фильтрационный выпор невозможен; при несоблюдении неравенства (326) выпор можно ожидать, причем во избежание его следует или увеличить толщину пригрузки t, или увеличить размер sDblx, добиваясь того, чтобы нера­ венство (326) было выдержано.

Надо учитывать, что в результате местного размыва грунта за пло­ тиной (поверхностным потоком) устойчивость грунта на фильтрацион­ ный выпор в области нижнего бьефа может оказаться сниженной. Также следует учитывать, что промерзание поверхностного слоя грунта в нижнем бьефе может иногда привести к выпору грунта за плотиной.

_1 Можно показать, что именно такой высоте столбика отвечает минималь­ ный коэффициент запаса устойчивости.

185

37.Сопоставление метода контролирующего градиента с методами

В.Бляя и Е. Лена. Замечания о предложениях ВНИИ Водгео

Ограничимся рассмотрением распластанной схемы подземного контура, удовлетворяющей условиям (296) и (164), причем водоупор будем считать расположенным на большой глубине (в связи с чем бу­

Рис. 107

При таких условиях полная длина L подземного контура по ме­ тоду контролирующего градиента должна определяться зависимостью (312). Решая эту зависимость в отношении L, получаем:

L = [Z : (Ук)д], (327)

где, как отмечалось выше, LBи Lr представляют собой соответственно суммарную длину вертикальных и суммарную длину горизонтальных элементов контура.

Что касается.полных длин подземного контура по В. Бляю (ЬБ) и по Е. Лену (L ), то они определяются из условий (285) и (286) — (297):

186

Деля зависимость (328) на (327) и зависимость (329) на (327), по­ лучаем следующие выражения:1

На основании (330) и (331) на рис. 107 и 108 построены кривые, выражающие зависимости

для различных грунтов основания и для сооружений различного класса по капитальности (I и IV классов).

При вычислении этих кривых величины (Ук)д брались из нашей

старой табл. 3 (п. 3° § 35). Что касается коэффициентов с и с0, то при­ нятые величины их отмечены на рис. 107 и 108 [см. 59, 68, 6].1

1 Сопоставляя зависимости (327) и (329), легко видеть, что для распластан­ ных схем подземного контура метод контролирующего градиента дает расчетную формулу той же структуры, что и метод Е. Лена.

187

Рассматривая кривые на приводимых чертежах, видим, что пред­ ложенный нами метод контролирующего градиента дает полную длину подземного контура при величинах (JK) , взятых из табл. 3,

значительно меньшую (в 2—5 раз), чем полная длина по методам В. Бляя и Е. Лена. Используя же данные табл. 4, утвержденной Гос­ строем СССР, мы будем получать еще больший экономический эффект.

Надо подчеркнуть, что подобного сравнения нашего метода с ме­

выше (см. § 34), в громадном большинстве случаев может дать длину подземного контура любой величины (от нуля до бесконечности). Выше мы говорили, что ВНИИ Водгео при расчете по существу исклю­ чает из рассмотрения вопрос о необходимой длине подземного контура (полагая, что эта длина должна приниматься по конртруктивным со­ ображениям или в некоторых случаях по В. Бляю при коэффициенте

с= 6,5).

Взаключение данного параграфа отметим, что предложенный нами метод расчета фильтрационной прочности нескального основания пло­ тин (метод контролирующего градиента) обсуждался многими авто­ рами, в частности на страницах журнала «Гидротехническое строи­ тельство» (см. 1957, № 10; 1966, § 9; 1970, № 9), причем некоторые авторы в своих выступлениях, как нам представляется, несколько недоучитывали некоторые обстоятельства, подробно описанные нами выше.

ГЛАВА ПЯТАЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНОГО КОНТУРА БЕТОННЫХ СОПРЯГАЮЩИХ УСТОЕВ

ПРИ БЕЗНАПОРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ В ОБХОД ПЛОТИНЫ

38. Предварительные уназания

Сопрягающим устоем плотины (или другого напорного сооружения) принято называть береговой устой, а также устой, сопрягающий дан­ ное бетонное сооружение с земляной плотиной.

При рассмотрении горизонтального сечения сопрягающего устоя (см. рис. 109) можно различать линию, ограничивающую сопрягаю­ щий устой с внутренней его стороны (со стороны грунта засыпки) и отделяющую все конструктивные его части (верховую обратную стенку или верховое откосное крыло, продольную стенку, шпору устоя, низовую обратную стенку или низовое откосное крыло, дренаж низовой части устоя и т. п.) от грунта берега или грунта земляной пло­ тины, с которой сопрягается устой. Указанная линия может быть на­ звана действительным подземным контуром устоя. Просто п о д з е м ­

188

приемлемым запасом прочности, рациональный устой устанавливаем методом технико-экономического сопоставления намеченных его ва­ риантов.

39. Некоторые проектные данные 1°. Главнейшие типы устоев

Различают следующие основные типы устоев:

1) у с т о й с о б р а т н ы м и с т е н к а м и , причем по распо­ ложению обратных стенок различают устои, у которых обратные стенки располагаются нормально к продольной стенке (рис. 110, а),

а) О б р а т н ы е с т е н к и

y^fipodojfc*' mm

н о я с т е н к а

МQ S Sі

^ 3 §

О брат ные ст е н к и

189