Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Грунтовая плотина. Учебное пособие.pdf
5. Первый слой следует проверить на свободный отток
профильтровавшейся воды. Если
, то на этом
подбор первого слоя фильтра можно закончить.
При невыполнении одного из условий нужно взять для
фильтра грунт другого карьера. Подбор зернового состава второго и последующих слоев многослойного фильтра ведется аналогично.
Толщина каждого слоя обратного фильтра по фильтрацион-
ным условиям должна быть более
, но не менее 0,2 м [2] (на
практике обычно от 20 до 50 см и более). При отсыпке фильтра
в воду (в основании) толщина слоя фильтра должна быть больше.
Обратные фильтры на границе ядра (экрана) в курсовом
проекте допускается принимать конструктивно.
4.5. Расчет осадки тела и основания плотины
Расчет осадки тела и основания плотины следует выполнять
при выборе конструкции плотины и технологии производства
работ, а также для определения требуемого строительного подъема плотины и уточнения объема работ по ее сооружению.
Расчет осадок плотины необходимо производить в каждом
характерном ее поперечном сечении по нескольким вертикалям,
проходящим в элементах плотины из различных материалов
(ядре, экране, призме и т.д.).
Для плотин I и II классов расчет осадок и их изменения во
времени осуществляется на основании результатов экспериментальных исследований сжимаемости грунтов с учетом напряженно-деформированного состояния плотин. Поровое давление,
ползучесть грунта, его просадочность и набухание при повышении влажности в период эксплуатации следует учитывать в зависимости от их наличия.
Для плотин III и IV классов допускается производить расчет осадок по приближенным зависимостям с использованием
значений модулей деформаций по аналогам [2, пп. 9.16, 9.17].
В курсовом проекте осадка основания рассчитывается только для русловой части плотины (самая высокая часть плотины).
Используется метод Н.А. Цытовича [3, с. 46].
31
Если известна толщина сжимаемого слоя основания
а
б
и
, то нагрузка на основание от веса плотины пред-
ставляется в виде трех распределенных нагрузок (рис. 4.3а). При
нагрузку на основание правильнее рассматривать
в виде двух треугольно-распределенных нагрузок (рис. 4.3б).
. (4.23)
Результирующие напряжения в основании:
; (4.24)
; (4.25)
; (4.26)
. (4.27)
Рис. 4.3. Расчетная схема нагрузок
32
В формулах (4.26), (4.27)
Глубина
слоя
грунта
в основа-
нии
Для нагрузки
Напря-
жения
в осно-
вании
Для
нагрузки
Напряже-
ния
в основа-
нии
Напря-
жения
от суммарной
нагрузки
1 2 3 4 5 6 7
8
= 0
= 10
= 20
…
ны;
– приведенные напряжения в основании, определяемые
– объемный вес грунта плоти-
по [1, прил. 1, табл. 1; 5].
Расчет удобно вести в табличной форме (табл. 4.5).
Таблица 4.5
Примечание. Если грунт основания плотины однородный, то величину
можно задать с шагом 10 м; если грунт основания плотины неоднородный, то величина принимается равной толщине грунта № 1, № 2
и т.д.;
мые по [1, прил. 1, табл. 1; 3] в зависимости от
ной нагрузки, кН/м2.
,
– приведенные напряжения в основании, определяе-
,
– напряжения в основании от веса плотины, кН/м2;
и
;
– результирующие напряжения в грунте основания от суммар-
;
;
. (4.30)
; (4.28)
; (4.29)
По результатам полученных значений (см. табл. 4.5) стро-
ится эпюра распределения напряжений в грунте основания
(рис. 4.4).
33
№ грунта
1
2
3
Мощность
слоя, м
Эпюра
Эпюра
Эпюра 0,2
Рис. 4.4. Схема для определения сжимаемой толщи основания
34
Далее строится эпюра бытового давления в грунте
(см. рис. 4.4), т.е. распределение давления по оси
в естественных условиях (до возведения плотины):
, (4.31)
где – объемный вес грунта основания плотины.
Если сжимаемая толща грунта
неизвестна (отсутствует
скала в основании), то необходимо определить толщину актив-
ной зоны грунта основания
ке
(см. рис. 4.4) наносят линию, соответствующую
напряжениям, равным
с эпюрой и даст величину
следующим образом. На графи-
. Точка пересечения этой линии
.
Расчет осадки основания ведется послойно по формуле
где
– осадка отдельного слоя основания;
– начальная толщина сжимаемого слоя соответствую-
, (4.32)
щего грунта основания, м;
– коэффициент пористости в естественных условиях (бы-
товых, до приложения нагрузки), определяется по
с ком-
прессионной кривой (рис. 4.5) соответствующего грунта для се-
редины сжимаемого слоя
– коэффициент пористости при увеличении нагрузки
(после возведения плотины), определяется по
;
с компрессион-
ной кривой (рис. 4.5) соответствующего грунта для середины
сжимаемого слоя
Число слоев
.
назначается в зависимости от количества
видов грунтов в основании (осадка каждого грунта вычисляется
по соответствующей компрессионной кривой) и величины всей
сжимаемой толщи
основание не менее чем на три-четыре слоя
. Рекомендуется разбивать сжимаемое
(не обязательно
равных).
35
Рис. 4.5. Компрессионные кривые:
№
грунта
Наименование
грунта
Напряжения
в основании
Коэффициенты
пористости
Осадка
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1
Песок
2 Суглинок
... …
1 – суглинок; 2 – гравий; 3 – супесь; 4 – глина; 5 – песок
Полная осадка
Результаты расчета удобнее представлять в виде табл. 4.6.
. (4.33)
Таблица 4.6
Примечание.
нования плотины, м (см. рис. 4.4);
новании, определяемые для середины сжимаемого слоя соответству-
ющего грунта основания.
по формуле (4.32).
– ордината, определяемая до середины i-го слоя от ос-
– напряжения в ос-
Расчет осадок ядра в высоких плотинах также выполняется
36
4.6. Расчет устойчивости откосов
Статические расчеты плотины включают в себя проверку
устойчивости верхового и низового откосов. При наличии экрана проверяется возможность сползания как его самого, так и его
защитного слоя.
В случае неоднородных намывных плотин проверяется
устойчивость боковых призм в процессе возведения плотины [13].
Расчеты устойчивости грунтовых плотин всех классов сле-
дует выполнять для поверхностей сдвига, отвечающих минимальным значениям коэффициента запаса.
Устойчивость откоса плотины должна быть проверена по
возможным поверхностям сдвига с нахождением наиболее
опасной призмы обрушения, характеризуемой минимальным
отношением обобщенных предельных реактивных сил сопротивления к активным сдвигающим силам [2, п. 9.10, прил. И].
В курсовом проекте необходимо выполнить расчет устойчивости низового откоса плотины. Для этого основное сочетание нагрузок в эксплуатационный период принимается следую-
щим: в ВБ – отметка , в НБ – максимальный уровень
(соответствует максимальному расходу для основного
случая
). Расчет выполняется методом круглоцилиндриче-
ских поверхностей скольжения, подробно изложенным
в [4, с. 142; 13, с. 468]. По данному методу считается, что низовой откос оползает по некоторой круговой поверхности ра-
диуса вместе с частью основания.
Предварительно назначается множество поверхностей
скольжения (в курсовом проекте можно ограничиться тремя),
для каждой из которых вычисляется коэффициент устойчивости
. Минимальное значение коэффициента устойчивости
необходимо сравнить с коэффициентом надежности по ответ-
ственности сооружения
, определяемым в зависимости от
класса сооружений [1, табл. 1.7; 2, табл. 9; 5].
Устойчивость низового откоса обеспечивается, если
.
37
Полученное значение коэффициента устойчивости
должно превышать коэффициент надежности
для данного
не
класса сооружения более чем на 10 %. В противном случае плотина будет иметь излишний запас устойчивости (и для экономичности ее поперечный профиль потребуется переконструировать: сделать круче откос, упростить конструкцию дренажа
и т.п.). Для построения области нахождения центров опасных
поверхностей скольжения можно воспользоваться одним из
простых методов, например В.В. Фандеева (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Схема к выбору центров опасных поверхностей скольжения
Из середины низового откоса проводятся два луча: верти-
каль и под углом 85. Затем радиусами и
ограничивается
криволинейный четырехугольник, в котором назначаются цен-
тры поверхностей скольжения. Радиусы и
зависят от за-
ложения низового откоса и его высоты:
; , (4.34)
где и
– коэффициенты, принимаемые по табл. 4.7 в зави-
симости от заложения низового откоса m2;
– высота плотины, м.
38
Таблица 4.7
1 2 3 4 5
0,75
0,75
1,00
1,50
2,20
1,50
1,75
2,30
3,75
4,80
Радиус поверхности скольжения рекомендуется прини-
мать таким, чтобы кривая скольжения пересекала гребень и захватывала часть основания (если это не скала). При нескальных
грунтах основания кривую скольжения, как правило, проводят
вблизи подошвы откоса. В случае наличия противофильтрационного устройства в виде ядра поверхность скольжения не
должна пересекать ядро.
Область обрушения разбивается вертикальными плоско-
стями на отсеки шириной , где – радиус поверхности
скольжения,
; m принимается равным 10 или
20. Для удобства расчета ширину отсека можно принять
. Отсеки нумеруются, как показано на рис. 4.7. Основ-
ные силы, действующие на отдельный отсек, представлены на
рис. 4.8.
Коэффициент устойчивости вычисляется по формуле
где
– вес отсека плотины, кН;
– давление воды, приложенное к поверхности скольже-
, (4.35)
ния, кПа;
– длина подошвы отсека, м;
– угол внутреннего трения грунта;
– удельное сцепление грунта, кПа.
В формуле (4.35) действие объемных фильтрационных сил
учтено в виде давления воды
, приложенного к поверхно-
сти скольжения, и вычисляется как
; (4.36)
. (4.37)
39
Рис. 4.7. Схема к расчету устойчивости низового откоса
40