2. Плотины из грунтовых материалов – типы и виды противофильтрационных элементов плотин, расчет устойчивости откосов грунтовых плотин.

Самый древний и самый распространенный тип плотин. Распространенность этих плотин обуславливается:

• Простота технологий возведения

• Полная механизация технологического процесса, от выработки грунта в карьере до его укладке в теле плотины

• Возведение на любых основаниях, даже на самых слабых.

Классификация:

В зависимости от грунтов, тела плотины делятся:

1. Земляные (основной объем тела, более 50%, выполняется из мелко зернистых глинестых и песчяных грунтов)

2. Каменно – земляные (основной объем тела сооружается из крупнозернистого грунта: гравий, галичник, горная масса, а противофильтрационный элемент из мелкозернистых грунтов).

3. Каменная (сооружается только из крупнозернистых грунтов, а противофильтрационный элемент из бетона, асфальта или металла).

Поперечное сечение грунтовых плотин представляет собой трапецию.

Минимальный размер гребня 4 метра.

Ширина гребня назначается в соответствии с нормами проектирования дорог и мостов, так как гребень плотины предназначен для сообщения.

В целях безопасности движения по гребню, а ВБ и для защиты от всплесков воды с напорной низовой грани, на гребне сооружается парапет.

Отметка гребня определяется в зависимости от уровня воды в водохранилище и от волнового воздействия.

tgα – уклон откоса.

m=ctgα – заложение откоса.

Наиболее распространенные откосы с заложением 2,5 до 3,5 для земляных плотин, для каменных 1,4 – 2,5.

На слабых основаниях грунтовые плотины имеют более распластанный контур, на откосах через каждые 10 – 15 метров устраивают бермы.

Бермы – горизонтальная площадка, которая служит упором для одежды выше лежащей части откоса, которой облегчает ее ремонт и служит для отвода дождевых вод ( ширина 2- 6 метров).

Откосы земляных плотин следует защищать спец креплением, расчитаным на воздействие осадков, волн, льда, ветра.

Типы крепления откосов.

• Каменное (насыпное)

• Бетонное

• Асфальтобетонное

• Биологическое

Грунтовые плотины возводимые из одного грунта называются однородными, а из 2 и более грунтов называются неоднородными. Обычно из другого грунта сооружается противофильтрационный элемент.

Противофильтрационный элемент грунтовых плотин.

1. Ядро из грунта

2. Экран из грунта

3. Экран из бетоны или асфальтобетона

4. Диафрагма из не грунтовых материалов (бетон, металл, пластик).

Устройство дренажа.

дренаж с призмой. По краям дренажа устраивается обратный фильтр ( 1.2.3 слоя)

Расчет устойчивости откосов грунтовых плотин:

Метод расчета устойчивости по круглоцилиндрической поверхности обрушения. Расчет выполняется в предположении плоской деформации на участке плотины толщиной 1 м. Разделим массив обрушения на столбики шириной b и выразим коэффициент запаса устойчивости массива обрушения как отношения момента реактивных сил к моменту активных сил.

где предельно возможная величина реактивного касательного напряжения; активные касательные напряжения; дуга обрушения. Возьмем n-ый отсек и приложим действующие силы к отсеку: собственный вес отсека G_n, T_n и T_n+1 – силы трения по боковым граням отсека; E_n и E_n+1 – давление грунта от рядом расположенных отсеков на боковые грани рассматриваемого отсека; W_n и W_n+1 – фильтрационное давление по боковым граням отсека; соответственно нормальные и касательные напряжения по поверхности обрушения. С учетом всех сил получим:

где и c_n – угол внутреннего трения и сцепления грунта в n - ом столбике массива обрушения.

Для определения коэффициента запаса устойчивости откоса необходимо выполнить цикл расчетов, задаваясь различными положением кривой обрушения и отыскивая такую кривую, которая даст минимальное значение Поиск наиболее опасной кривой выполняют последовательно, задаваясь центрами дуги обрушения. Из каждого центра проводят несколько поверхностей и за основу сравнения выбирают такую поверхность, которая дает минимальный коэффициент запаса.

Все расчеты устойчивости низового откоса обычно выполняют при уровне воды в ВБ на отметке НПУ, ФПУ и мин и макс уровнях воды в НБ.

Расчет устойчивости верхового откоса выполняют при различных положениях воды в ВБ на отметке НПУ, УМО, на 1/3Н от основания.