2.5. Фильтрационные расчеты земляной плотины
Общие положения. Фильтрационные расчеты земляных плотин выполняются с целью установления следующих параметров фильтрационного потока:
а) положение кривой депрессии в теле плотины и берегах;
б) фильтрационный расход через тело плотины, основание и берега;
в) напоры фильтрационного потока и их градиенты в теле плотины, в основании и в местах контакта грунтов с различными характеристиками.
Указанные параметры фильтрационного потока необходимы:
а) для расчета фильтрационной прочности грунтов тела плотины, основания и берегов;
б) для расчета устойчивости откосов плотины и берегов;
в) для обоснования рациональных и экономических форм, размеров и конструкций элементов плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.
В курсовом проекте следует ограничиться определением положения кривой депрессии в теле плотины, которое будет использовано для расчета устойчивости низового откоса.
Фильтрационные расчеты необходимо выполнить для двух сечений плотины (рис. 2. 19):
– русловое сечение I-I; в этом сечении отметка подошвы плотины ниже отметки дна реки Zдна на глубину врезки плотины в основание;
– сечение II-II по незатопляемой пойме; в этом сечении отметка подошвы плотины выше максимального уровня воды в реке (целесообразно рассмотреть сечение плотины с отметкой подошвы равной или на 1-2 м выше отметки бермы на низовом откосе).
В курсовом проекте построение кривой депрессии для руслового сечения плотины производится для случая, когда в верхнем бьефе имеется нормальный подпорный уровень (НПУ), а в нижнем бьефе глубина воды принимается равной 2/3 максимальной глубины, соответствующей расчетному максимальному расходу воды Qmax, т.е. 2/3 · hн.б. Результаты этого расчета являются исходными данными для выполнения расчетов устойчивости низового откоса плотины. При расчете сечения по незатопляемой пойме глубина воды в верхнем бьефе принимается соответствующей НПУ, а в нижнем бьефе равна нулю. Результаты этого расчета должны быть использованы для определения отметки верха наслонного дренажа.
Рис. 2.19. Сечения земляной плотины, в которых определяется положение кривой депрессии
Расчетные схемы и аналитические зависимости для выполнения фильтрационных расчетов земляной плотины. При проектировании ответственных сооружений для выполнения фильтрационных расчетов в настоящее время используются различные компьютерные программы, которые реализуют метод конечных элементов. На предварительных этапах проектирования ответственных сооружений, а также на окончательных этапах проектирования небольших плотин при выполнении фильтрационных расчетов используются апробированные приближенные расчетные схемы и аналитические зависимости. Такие приближенные расчетные схемы и аналитические зависимости следует использовать при выполнении фильтрационных расчетов в курсовом проекте.
Положение кривой депрессии в земляной плотине зависит от уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, геометрических размеров плотины, ее дренажных и противофильтрационных элементов, а также от фильтрационных характеристик грунтов тела плотины и основания. При этом следует иметь ввиду, что в случае водонепроницаемого основания положение кривой депрессии наиболее высокое. В курсовом проекте следует принять основание водонепроницаемым. Это дает некоторый (сравнительно небольшой) запас устойчивости низового откоса плотины. Ниже приведены приближенные расчетные схемы и аналитические зависимости для случая водонепроницаемого основания.
Однородная земляная плотина с дренажной призмой (дренажным банкетом).
Рис. 2.20. Схема к расчету фильтрации через однородную земляную плотину с дренажным банкетом
Расчетные зависимости
,
(2.13)
где
,
,
.
.
(2.14)
Кривую
депрессии исправляют визуально в зоне,
где
.
Однородная земляная плотина с наслонным дренажем
Рис. 2.21. Схема к расчету фильтрации через однородную земляную плотину с наслонным дренажем
Расчетные зависимости
,
(2.16)
где
,
.
.
(2.17)
.
(2.18)
Плотина с ядром.
Рис. 2.22. Схема к расчету фильтрации через земляную плотину с ядром
По способу виртуальных длин плотину приводят к однородной. При этом
.
Плотина с экраном.
Рис. 2.23. Схема к расчету фильтрации через земляную плотину с экраном
По способу виртуальных длин плотину приводят к однородной. При этом
.
Пример 2.5. Расчет фильтрации через однородную земляную плотину с дренажным банкетом (русловое сечение). Расчетная схема показана на рис. 2.24