11-3

ЛЕКЦИЯ 11

Особенности нагрузок и воздействий на грунтовые плотины

На грунтовые плотины действуют те же нагрузки и воздействия, что и на бетонные плотины за исключением:

— связанных с оборудованием для сброса воды через плотину;

— гидродинамического давления воды при ее сбросе через плотину;

— нагрузок от перемещающихся механизмов.

Особенностью грунтовых плотин является то, что в их массиве движется фильтрационный поток воды, а, следовательно, на каждую частицу грунта действует гидродинамическое давление.

Рассмотрим элементарный объем грунтовой плотины (рис. 11.1).

Рис. 11.1. К расчету гидродинамического давления в теле грунтовой плотины

Гидродинамическая сила, действующая на элементарный объем Δω на участке ΔL, где происходят потери Δh, равна:

,

где .

Сила, приведенная к единице объема, равна:

Таким образом гидродинамическое давление, действующее на произвольный объем равно:

Эта сила направлена по касательной к линии тока, проходящей через центр рассматриваемого объема.

Проверка устойчивости низового откоса плотины в месте выхода кривой фильтрации на низовой откос

Пусть кривая фильтрация выходит на откос в некоторой точке М. На частицу грунта единичного объема в точке М действуют следующие силы:

1. Сила тяжести G для единичного объема, равная

.

2. Гидродинамическая сила Р, отнесенная к единице объема, равная

,

и направленная по касательной к кривой депрессии в точке М.

Разложим эти силы на направленные вдоль откоса (ось Х) и по нормали к нему (ось Y) — рис. 11.2.

В рассматриваемой точке сдвигающими являются силы и , а удерживающей — сила трения, равная , где — коэффициент трения (тангенс угла внутреннего трения грунта тела плотины).

Условие устойчивости для частицы грунта в точке М выглядит следующим образом:

или

где F — сдвигающая частицу грунта сила;

— удерживающая сила — сила трения.

F = ,

и — проекции силы тяжести и силы гидродинамического давления фильтрационного потока на ось X, направленную вдоль откоса; , .

= (G_y – P_y) tg φ,

и — проекции силы тяжести и силы гидродинамического давления фильтрационного потока на ось Y:

Рис. 11.2. К расчету устойчивости низового откоса в месте выхода кривой депрессии

Определим критическое значение градиента напора из :

,

Необходимо, чтобы выходные градиенты были бы меньше .

При появляется опасность оплывания откоса. В этом случае необходимо устройство или поверх откоса наклонного дренажа, или устройство дренажа в теле или основании плотины (устройство дренажной призмы) для понижения кривой депрессии.