9943

41

Можно записать [25]:

k V

i

i 1

где: Н=НПУ-СНУВНБ – действующий напор, м.

Потери напора по элементам распределяются (в соответствии с формулой 5.10):

1)входной – hI ;

2)горизонтальный – hII ;

3)шпунт – hIII ;

4)горизонтальный – hIV ;

5)выходной – hV .

Сумма hi должна быть равна напору Н.

По результатам расчетов строится эпюра фильтрационного давле-

ния (рис. 5.1).

Величина удельного фильтрационного давления на один погонный метр фундаментной плиты вдоль напорного фронта определяется площа-

дью части эпюры фильтрационного давления, действующего на тело пло-

5.2.2. Схема со шпунтом, добитым до скального водоупора

Фильтрационные расчеты подземного контура со шпунтом, дове-

денным до скального водоупора, производится путем приведения дей-

ствительной области фильтрации к фиктивной.

42

Для металлических шпунтов следует учитывать лишь заглубление

где: Sш – длина шпунта, добитого до водоупора, м;

А –коэффициент, характеризующий обтекание фильтрационным по-

током заглубленной в водоупор части шпунта lз :

А=100, lз =1,0 – при полускальном водоупоре;

А=50, lз =0,5 – при скальном водоупоре.

По известной величине SПР можно вести расчет подземного конту-

ра, принимая шпунт водопроницаемым, не доведенным до водоупора.

Определяется заглубление наиболее низкой точки подземного кон-

где: a1 – заглубление подошвы фундаментной плиты плотины относи-

тельно дна верхнего бьефа, м.

Определяется положение расчетного водоупора по соотношению

l0 по таблице В1 приложения В определяется Tрасч .

S0

С учетом полученных величин расчетная схема приводится к од-

ношпунтовому подземному контуру с висячим шпунтом и водоупором на глубине Tрасч (рис. 5.2).

Далее расчет производится по обычной схеме висячего (не добитого до водоупора) шпунта. Подземный контур при такой схеме будет иметь три элемента:

1)входной – вх ш 0,44 ( ш - определяется по формуле (5.7));

2)горизонтальный – гор (формула (5.8));

3)выходной – вых (формула (5.9)).

43

45

46

3) выходной – вых определяется по формуле (5.9).

Потери напора по элементам распределяются в соответствии с фор-

мулой (5.10).

По результатам расчетов потерь напора строится эпюра фильтраци-

онного давления (рис. 5.3), эпюра строится для приведенной длины под-

земного контура, затем с низовой стороны откладывается действительная длинна тела плотины и другая часть эпюры обрезается.

Величина удельного фильтрационного давления определяется как площадь эпюры фильтрационного давления.

5.3. Расчет фильтрационной прочности основания

Расчеты фильтрационной прочности основания выполняются в предположении, что на сооружение действует максимальный напор, отве-

чающий нормальным условиям эксплуатации.

1) Общая фильтрационная прочность

Проверка общей фильтрационной прочности основания водослив-

ной плотины производится по условию [5, п. 8.4]:

где: Iest,m – осредненный градиент фильтрационного потока в основании плотины;

Icr,m – расчетное значение осредненного критического градиента напора, принимаемое по таблице В2 приложения В;

γn – коэффициент надежности;

H – расчетный напор на плотину;

∑ζ – сумма коэффициентов сопротивления;

47

Tрасч – глубина расчетной зоны фильтрации.

2) Местная фильтрационная прочность

В зоне выхода фильтрационного потока в нижний бьеф производит-

ся проверка местной фильтрационной прочности грунта основания. Кри-

терием обеспечения местной фильтрационной прочности является усло-

вие [5, п. 8.5]:

где: Iest – местный градиент напора в области входа фильтрационного по-

тока в дренаж по водобоем (под телом плотины);

Icr – местный критический градиент напора [5, п. 5.30].

Согласно п. 5.30 СП 23.13330.2011 [5] для несуффозионных песча-

ных грунтов Icr допускается принимать при выходе потока в дренаж 1,0, а

за дренажем - 0,3. Для пылевато-глинистых грунтов при наличии дренажа или жесткой пригрузки при выходе на поверхность грунта Icr допускается принимать 1,5, а при деформируемой пригрузке - 2,0.

Местный градиент напора в области входа фильтрационного потока вычисляется по формуле [17]:

остальные обозначения прежние.

В случае, если местная фильтрационная прочность не удовлетворя-

ется, необходимо изменить размеры подземного контура.

48

5.4. Фильтрационный расход в основании

Удельный фильтрационный расход в основании водосливной пло-

тины определяется по формуле [22, 25]:

где: H – расчетный напор на плотину;

∑ζ – сумма коэффициентов сопротивления;

kф – коэффициент фильтрации грунта основания.

При известной длине плотины вдоль напорного фронта полный

фильтрационный расход в основании плотины может быть определен как:

где: L – длина плотины с учетом быков, м.

49

6. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЛОТИНЫ

Статический расчет плотины производится с целью проверки устойчивости плотины против сдвига и оценки несущей способности ос-

нования.

6.1. Предпосылки к статическому расчету

Метод расчетов. Гидротехнические сооружения, их конструкции и основания следует рассчитывать по предельным состояниям [1, 5]. Разли-

чают две группы предельных состояний. Первая группа включает расчеты по непригодности к эксплуатации, вторая – по непригодности к нормаль-

ной эксплуатации.

В расчете плотин и их оснований учитываются следующие предель-

ные состояния:

–первое предельное состояние – по несущей способности;

–второе предельное состояние – по деформациям и перемещениям.

В курсовом проекте статические расчеты бетонной плотины ведутся по первому предельному состоянию.

Критерием недопущения предельных состояний является соблюде-

ние условия [1, п. 8.16]:

где: lc — коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый равным 1,0 для основного сочетания нагрузок;

F— расчетное значение обобщенного силового воздействия (сила,

момент, напряжение), деформации или другого параметра, по которому производится оценка предельного состояния, определенное с учетом ко-

эффициента надежности по нагрузке f ;

50

R — расчетное значение обобщенной несущей способности, дефор-

мации или другого параметра (при расчетах по первой группе предельных состояний - расчетное значение; при расчетах по второй группе предель-

ных состояний - нормативное значение), устанавливаемого нормами про-

ектирования отдельных видов гидротехнических сооружений, определен-

ное с учетом коэффициентов надежности по материалу т или грунту g и

условий работы с ;

n — коэффициент надежности по ответственности сооружения, при-

нимаемый в зависимости от класса сооружения.

Расчетный случай. В курсовом проекте в качестве расчетного слу-

чая принимается основной эксплуатационный, отвечающий наиболее бла-

гоприятным условиям работы плотины, когда на плотину действует мак-

симальный напор (при НПУ – в верхнем и СНУВНБ – в нижнем бьефе).

Статические расчеты выполняются для расчетной секции плотины,

состоящей из двух или трех пролетов (определяется при конструировании плотины). Расчетная схема к статическим расчетам представлена на рис

6.1.

6.2.Сбор нагрузок, действующих на расчетную секцию плотины

1.Гидростатическое давление воды со стороны верхнего и нижнего бьефа определяется по формуле:

где: H1 - напор со стороны верхнего бьефа от НПУ до подошвы плотины,

м;

H2 - напор со стороны нижнего бьефа от расчетного уровня до по-

дошвы плотины, м;

Lc –расчетная длина секции плотины вдоль напорного фронта, м;