- •(60) Принципы компоновки напорных речных гидроузлов. Порядок возведения сооружения без отвода реки из ее бытового русла. Классификация перемычек, их конструкции.
- •(61) Плотины из грунтовых материалов, их типы. Требования к материалам для возведения земляных плотин. Расчет устойчивости откосов грунтовых плотин.
- •4. (62) Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения. Определение их нормативных и расчетных значений. Расчетные сочетания нагрузок и воздействий.
- •3. (63) Бетонные плотины
- •4. (64) Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения. Определение их нормативных и расчетных значений. Расчетные сочетания нагрузок и воздействий.
- •5. (65) Требования, предъявляемые к гидротехническому бетону. Марки и классы бетона. Зонирование бетона в гидросооружениях. Контроль качества бетона.
- •6. (56) Основные положения расчета гидротехнических сооружений по методу предельных состояний. Расчет на устойчивость от плоского сдвига.
- •7. (67) Фильтрация под бетонными плотинами на нескальных основаниях. Эпюра противодавления на подошву плотины
- •8. (68) Система контроля безопасности гтс. Контрольно-измерительный комплекс. Декларация безопасности гтс. Критерии безопасности гтс.
-
(61) Плотины из грунтовых материалов, их типы. Требования к материалам для возведения земляных плотин. Расчет устойчивости откосов грунтовых плотин.
Грунтовые плотины — наиболее распространенный тип плотин, что объясняется возможностью полной механизации технологического процесса по возведению плотины — от разработки грунта в карьере до укладки его в тело плотины, широким разнообразием конструкций плотин, которые позволяют использовать для тела плотины практически любые грунты, находящиеся вблизи створа. При возведении грунтовых плотин предъявляются меньшие требования к деформированию основания, чем плотин других типов.
Грунтовые плотины по используемым материалам классифицируют на
1) земляные, в которых основной объем тела плотины (более 50 %) выполняется из мелкозернистых глинистых, песчаных или песчано-гравелистых грунтов; 2) каменно-земляные, в которых основной объем тела плотины выполняется из крупнозернистых гравийно-галечниковых грунтов или горной массы скального (иногда полускального) грунта, а противофильтрационное устройство — из мелкозернистого грунта; 3) каменные, в которых основное тело плотины, выполняется из крупнозернистого материала, а противофильтрационное устройство — из негрунтовых материалов.
Все эти плотины имеют трапециевидное поперечное сечение с прямолинейным или ломаным очертанием верхового и низового откосов. Тангенс угла наклона откоса к горизонту называется уклоном откоса tgα=l:m, a m=ctgα — коэффициент заложения откоса.
Самая верхняя кромка откоса называется его бровкой, а нижняя — подошвой откоса. Горизонтальные или слабонаклонные участки поверхности откосов называют бермами.
По конструкции плотины делят на однородные, возводимые без специальных противофильтрационных элементов, и неоднородные, тело которых состоит из грунтов двух или нескольких видов.
Неоднородные плотины по расположению противофильтрационного грунтового устройства в свою очередь делятся на плотины: с центральным ядром, когда противофильтрационное устройство из мелкозернистого грунта располагается строго по оси плотины; с наклонным ядром, когда низовая грань противофильтрационного устройства наклонена к горизонту под острым углом β, но угол наклона β больше угла естественного откоса крупнозернистого грунта; с экраном, когда угол β меньше или равен углу естественного откоса крупнозернистого грунта.
Если противофильтрационное устройство выполняется из негрунтового материала (бетон, асфальтобетон, сталь, дерево и т. д.), то по его положению в теле плотины различают экран, расположенный со стороны верхового откоса, и диафрагму, расположенную по оси плотины.
По методам производства работ плотины бывают насыпные, намывные, набросные, взрывонабросные, из сухой кладки камня.
Насыпные плотины бывают: с механическим уплотнением грунта, возводимые послойной отсыпкой с укаткой или тромбованием слоев; возводимые отсыпкой грунта в воду без механического уплотнения; возводимые отсыпкой большими слоями (10 — 50 м) насухо или с уплотнением струей воды из гидромонитора.
По высоте плотины иногда подразделяют на низкие — высотой менее 30 м; средние (30≤Н≤75 м); высокие (75<H≤125 м) и сверхвысокие (H>125м).
По условиям пропуска строительных и эксплуатационных расходов воды грунтовые плотины подразделяют на глухие, фильтрующие и переливные. Глухие — это плотины, фильтрационный расход через которые мал по сравнению со строительными и эксплуатационными водосбросными расходами. Водосбросные сооружения при этом могут быть береговыми или пересекать тело плотины в виде галерей. Фильтрующие — это плотины, фильтрационный расход через которые соизмерим с расходами воды, подлежащими сбросу через водосбросные сооружения. Эти плотины могут выполняться из камня (горной массы) без специальных противофильтрационных устройств. Переливные — это плотины, на гребне и откосах которых располагают безнапорные водосбросные сооружения для пропуска строительных и эксплуатационных расходов.
Требования к грунтам для земляных плотин. К грунту как к строительному материалу для земляных плотин предъявляют требования прочности (характеризуемой сдвиговыми характеристиками – углом внутреннего трения и сцеплением), водоустойчивости (характеризуемой степенью растворимости грунта в воде) и водопроницаемости (характеризуемой коэффициентом фильтрации).
По условиям размещения грунтов можно выделить три характерные части поперечного профиля плотины: 1) основная часть, которая выполняет роль массива, обеспечивающего устойчивость всего водоподпорного сооружения и поддерживающего заданные уровни верхнего бьефа; 2) часть, занятая противофильтрационными устройствами – ядрами, экранами, понурами, замками, зубьями и пр.; 3) часть, занятая дренажем. Грунты каждой из этих частей поперечного профиля плотины должны отвечать различным требованиям исходя из выполняемых ими задач. В основной части практически можно использовать все виды нескальных грунтов, а также отходы металлургической промышленности и тепловых электростанций. Для противофильтрационных устройств применимы маловодопроницаемые грунты (суглинки, глины, торф) и искусственные грунтовые смеси (глинобетон), для дренажей – несвязанные грунты с повышенным коэффициентом фильтрации (пески различной крупности, гравий, галька, щебень, песчано-гравелистые смеси и крупные камни).
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 отношение 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 Gn, Tn и Tn+1 – силы трения по боковым граням отсека; En и En+1 – давление грунта от рядом расположенных отсеков на боковые грани рассматриваемого отсека; Wn и Wn+1 – фильтрационное давление по боковым граням отсека; соответственно нормальные и касательные напряжения по поверхности обрушения. С учетом всех сил получим:
где и cn – 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.