1.7 Расчет фильтрации воды через земляные плотины

Под влиянием напора (Н), создаваемого плотиной, происходит фильтрация (просачивание) воды из верхнего блефа в нижний.

Часть тела плотины, таким образом, насыщена водой, движущейся в порах между частицами грунта. Верхней границей фильтрации является линия АВ, которая называется кривой депрессии, или депрессионной кривой.

Если кривая АВ выходит на низовом откосе в точке В, то фильтрующая вода вымывает сначала мельчайшие частицы грунта, а затем все более крупные. Такое нарушение, называется суффрозией, ведет к усилению фильтрации, затем к оползанию и разрушению низового откоса и, в конечном итоге, к разрушению всей плотины.

Для безопасного отвода фильтрующейся воды в основании низового откоса устраивается дренаж. Высоту дренажной призмы принимают на 0,5 - 1,0 метр выхода кривой дисперсии на низовой откос.

При расчетах фильтрации через земляные плотины используется основной закон движения грунтовых вод (закон Дарси). Скорость фильтрационного грунтового потока пропорциональна уклону и равна:

V = К * i

где V - скорость фильтрации;

К – коэффициент фильтрации, зависящий от свойств грунта;

i – градиент фильтрационного грунта.

Расчет фильтрации через однородную плотину на непроницаемом основании ведется по следующим трем формулам:

h₁ - h₀ =

где h₁ - ордината кривой дисперсии в месте выхода ее на низовой откос;

h₀ - глубина воды в нижнем бьефе;

L - расстояние от подошвы низового откоса до “раздельного сечения” ОУ, проводимого на расстоянии Е * m * Н от уровня воды в верхнем бьефе;

m_н - коэффициент заложения низового откоса;

Н - глубина воды в верхнем бьефе;

q - фильтрационный расход на 1 погонный. м. длины плотины;

K - коэффициент фильтрации грунта тела плотин;

х и у - переменные абсцисса и ордината, откладываемые от начала координат по оси абсцисс ОХ, принимаемой совпадающей с основанием плотины, и по оси ординат ОУ, совпадающей с “раздельным сечением”

Задаваясь различными значениями Х и определяя по уравнению соответствующее ему значение У, можно по полученным точкам построить кривую дисперсии от h₂ до h₁.

Если воды в нижнем бьефе нет (h₀ = 0), то уравнение упрощается, принимая вид:

h₁ = -

Расчет и построение кривой дисперсии:

Дано: - напор Н_нпу = 6,0 м (глубина воды перед плотиной в верхнем бьефе);

- ширина гребня плотины b = 6 м;

- d₀ = 2 м - превышение гребня плотины над уровнем воды НПУ,

- коэффициент заложения верхового откоса m_в = 3,0;

- коэффициент заложения низового откоса m_н = 2,5;

- коэффициент Е = 0,3.

1. Определяем положение оси ординат ОУ, которая совпадает с положением “раздельного сечения”

АС = Е m_в Н = м

Величину 5,4 м откладываем от точки А (места пересечения НПУ с верховым откосом) и получаем точку С. Через т.С. проводим линию, которая и будет служить осью ординат.

Точка пересечения этой линий с основанием плотины О - начало координат.

2. Определяем величину L

L = Е * m_в * Н + m_в * d₀ + b + (H + d₀)* m_Н = 0, 3 * 3 * 6 + 3 * 2 + 6+ (6 +2) * 2,5= = 37,4 м

3. Определяем ординату кривой депрессии в месте выхода ее на низовой откос: h₁ = = 1, 3 м.

4. Далее определяем ординаты кривой депрессии по уравнению:

у =

Зададимся различными значениями Х и для каждого вычислим соответствующее значение У:

Х	8	12	16	20	24	28
У	5,3	4,9	4,5	4,0	3,5	2,8

Например: при Х = 8

у =

Расчетная схема фильтрации через однородную земляную плотину для данного случая представлена в приложении В - Схема фильтрации через однородную земляную плотину.