5.3. Расчет фильтрационной прочности основания
Расчеты фильтрационной прочности основания выполняются в предположении, что на сооружение действует максимальный напор, отвечающий нормальным условиям эксплуатации.
1) Общая фильтрационная прочность
Проверка общей фильтрационной прочности основания водосливной плотины производится по условию [5]:
(5.16)
где: Iest,m – осредненный градиент фильтрационного потока в основании плотины;
(5.17)
Icr,m – расчетное значение осредненного критического градиента напора, принимаемоепо таблице В2 приложения В;
γn–коэффициент надежности;
H – расчетный напор на плотину;
∑ζ – сумма коэффициентов сопротивления;
–глубина
расчетной зоны фильтрации.
2) Местная фильтрационная прочность
В зоне выхода фильтрационного потока в нижний бьеф производится проверка местной фильтрационной прочности грунта основания. Критерием обеспечения местной фильтрационной прочности является условие [5]:
(5.18)
где: Iest – местный градиент напора в области входа фильтрационного потока в дренаж по водобоем (под телом плотины);
Icr – местный критический градиент напора [5, с.6].
Согласно п. 2.12 СНиП 2.02.02-85 [5] для несуффозионных песчаных 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]:
(5.19)
где:
, (5.20)
остальные обозначения прежние.
В случае, если местная фильтрационная прочность не удовлетворяется, необходимо изменить размеры подземного контура.
5.4. Фильтрационный расход в основании
Удельный фильтрационный расход в основании водосливной плотины определяется по формуле [22, 25]:
, (5.21)
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:
(5.22)
где: L – длина плотины с учетом быков, м.
6. Статический расчет плотины
Статический расчет плотины производится с целью проверки устойчивости плотины против сдвига и оценки несущей способности основания.
6.1. Предпосылки к статическому расчету
Метод расчетов. Гидротехнические сооружения, их конструкции и основания следует рассчитывать по предельным состояниям [1, 5]. Различают две группы предельных состояний. Первая группа включает расчеты по непригодности к эксплуатации, вторая – по непригодности к нормальной эксплуатации.
В расчете плотин и их оснований учитываются следующие предельные 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 соблюдение условия [1]:
, (6.1)
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 коэффициента надежности по нагрузке f ;
R — расчетное значение обобщенной несущей способности, деформации или другого параметра (при расчетах по первой группе предельных состояний - расчетное значение; при расчетах по второй группе предельных состояний - нормативное значение), устанавливаемого нормами проектирования отдельных видов гидротехнических сооружений, определенное с учетом коэффициентов надежности по материалу т или грунту g и условий работы с ;
n — коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый в зависимости от класса сооружения.
Расчетный случай. В курсовом проекте в качестве расчетного случая принимается основной эксплуатационный, отвечающий наиболее благоприятным условиям работы плотины, когда на плотину действует максимальный 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.