Собственный вес и вес воды

№ площади	Площадь, Fi, м2	Длина, li, м	Объем, Vi=[2]·[3], м3	Плотность, , т/м3	Вес, Gi=g[4]·[5]·γf, кн	Плечо, м	Момент Mi=[6]·[7], кн м
1	2	3	4	5	6	7	8
А. Плотины на нескальном основании Песчаное основание
1. Тело плотины
*	*	*	*	*		*
2. Быки
*	*	*	*	*		*
3. Вода над телом плотины
*	*	*	*	*		*
Глинистое основание
1. Тело плотины
*	*	*	*	*		*

Продолжение таблицы 8

2. Быки
*	*	*	*	*		*
3. Вода над телом плотины
*	*	*	*	*		*
1	2	3	4	5	6	7	8
4. Понур
*	*	*	*	*		–	–
5. Вода над понуром
*	*	*	*	*		–	–
Б. Плотины на скальном основании
1. Тело плотины
*	*	*	*	*		–	–
2. Вода над телом плотины
*	*	*	*	*		–	–

Примечание 1. В таблице 8 знаком (*) показаны графы, заполняемые результатами вычислений; знаком – грифы, в которых вычисления не производятся.

Примечание 2. При вычислении моментов сил относительно (·) 0 присваивается знак + для момента, направленного по часовой стрелке, и – против часовой стрелки.

Вес затворов определяется приближенно по эмпирическим формулам, полученным на основе опыта проектирования и эксплуатации оборудования ГТС. Для плоского затвора рекомендуется формула А. Р. Березинского

, кн, (18)

где F- площадь перекрываемого затвором отверстия, равная , м².

Точка приложения веса затвора G₃приближенно находится на гребне плотины в середине ширины паза. Определяется момент от веса затвора относительно (·) 0.

Взвешивающее давление воды на плотину снизу вверх определяется для флютбета по формуле:

, кн, (19)

где - глубина погружения подошвы флютбета относительно НПУНБ, м.

Для плотин на глинистом основании дополнительно определяется взвешивающее давление воды для понура по формуле:

, кн, (20)

где - глубина погружения подошвы понура относительно НПУНБ, м.

Точка приложения силы находится в центре тяжести площади подошвы флютбета в точке О, поэтому момент от относительно точки О равен нулю.

Фильтрационное давление воды на плотину снизу вверх определяется различно для плотин на нескальном и скальном основаниях. Для плотин на нескальных основаниях фильтрационное давление воды может определятся различными аналитическими или экспериментальными способами . С достаточной для инженерных целей точностью рекомендуется использовать метод контурной фильтрации (способ Бляя). Этот способ предполагает, что потери фильтрационного напора H, по приведенной длине пути фильтрации , постоянны: .На чертеже поперечного сечения плотины намечаются точки подземного контура фильтрации (рис. 10). Точка 1 намечается в начале понура; фильтрационный напор в точке 1 равен H. Точки 2,3,4,…намечаются в местах изломов подземного контура. Последняя точка намечается в месте примыкания к флютбету низа водобоя; фильтрационный напор в этой точке равен нулю: H=0. В произвольном масштабе выполняется чертеж приведенной длины , пути фильтрации под плотиной от точки 1 до точки 12, используя формулу (14). Строится эпюра изменения фильтрационного напора от точки 1 до точки 12 в соответствии со способом Бляя – по закону прямой линии (рис. 13). По этой эпюре определяются значения фильтрационного напора в местах изломов подземного контура. Фильтрационное давление в этих местах равно произведению на : , кПа. По значениям строится эпюра фильтрационного давления на плотину (рис. 14). Для плотин на глинистом основании вся эпюра фильтрационного давления разделяется на элементарные площади (прямоугольники и треугольники) и вычисляются величины этих площадей . Для плотин на песчаном основании вычисление выполняется для части эпюры фильтрационного давления, действующего на флютбет. Величины фильтрационного давления определяются по формуле:

, кн (21)

Общая величина фильтрационного давления воды на плотину равна сумме величин :

(22)

Для части эпюры фильтрационного давления, действующего на флютбет, находятся положения центров тяжести площадей и расстояния (плечи) от них до центра тяжести площади подошвы флютбета (·) 0. Вычисляются моменты величин фильтрационного давления на флютбет относительно точки 0 и суммарной момент . Вычисления рекомендуется осуществлять в форме таблицы 9.

Таблица 9

Фильтрационное давление воды

№ площади	Площадь ,		Длина,	Сила, , кн			Плечо, м			Момент, , кнм
1	2		3	4			5			6
Плотины на песчаном основании Флютбет
*	*	*							*
Плотины на глинистом основании Флютбет
*	*	*						*
Понур
*	*	*						-		-

Для плотин на скальном основании эпюра фильтрационного напора стоится по рекомендациям СНИП 2.06.06 – 85 [12], составленным на основании натурных исследований. Фильтрационный напор в начале флютбета принимается равным напору Н. По оси противофильтрационной завесы фильтрационный напор принимается равным , где - коэффициент, равный 0,40 для сооружений I, II классов и 0,30 – для сооружений III, IV классов. Фильтрационный напор в конце флютбета принимается равным нулю. Изменение фильтрационного напора от H до , и от до нуля принимается по закону прямой линии (рис. 12). Для построения эпюры фильтрационного давления значения фильтрационного напора умножить на . По аналогии с плотинами на нескальном основании эпюра фильтрационного давления разделяется на элементарные площади (прямоугольники, треугольники), вычисляются величины этих площадей , значения фильтрационного давления по формуле (21), общая величина фильтрационного давления по формуле (22).

Горизонтальные силы, действующие на плотину:

• гидростатическое давление воды со стороны верхнего бьефа;

• гидростатическое давление воды со стороны нижнего бьефа.

Для определения гидростатического давления со стороны верхнего бьефа вычисляется его величина на уровне подошвы флютбета:

, кПа, (23)

где - глубина погружения подошвы флютбета от НПУВБ. Строится эпюра гидростатического давления со стороны верхнего бьефа, имеющая вид треугольника (рис. 10, 12). Определяется площадь эпюры , , и общая величина гидростатического давления со стороны верхнего бьефа по формуле :

, кн. (24)

Находится плечо силы относительно точки О, равное , и ее момент относительно этой точки , кнм.

Для определения гидростатического давления со стороны нижнего бьефа вычисляется его величина на уровне подошвы флютбета

, кПа, (25)

где - глубина погружения подошвы флютбета от НПУНБ. Строится эпюра гидростатического давления со стороны нижнего бьефа, имеющая вид треугольника (рис. 10, 12). Определяется площадь эпюры , , и общая величина гидростатического давления со стороны нижнего бьефа по формуле:

, кн. (26)

Находится плечо силы относительно точки О, равное , и ее момент относительно этой точки , кнм.

Для плотин на глинистом основании определяется сила сцепления флютбета и понура с основанием по формуле:

, кн, (27)

где - площадь подошвы флютбета, равная: , м²;

- площадь подошвы понура, равная; , м²;

c – удельное сцепление бетона с глинистым грунтом, для средней глины C=45-50 .

Для плотин на скальном основании определяется сила сцепления флютбета с основанием по формуле:

, кн, (28)

где - площадь подошвы флютбета, определяемая также, как для плотины на нескальном основании, м²;

С- удельное сцепление бетона со скалой, для средней скалы С=400 .

Проверка устойчивости бетонной плотины выполняется для первой группы предельных состояний по формуле [10]

, (29)

где - коэффициент сочетания нагрузок и воздействий в период нормальной эксплуатации равным 1,00;

F – сдвигающая сила – гидростатическое давление воды со стороны верхнего бьефа

- коэффициент условий работы, принимаемый при нескальных и полускальных грунтах равным 1,00; при скальных грунтах - 0,95;

- коэффициент надежности по ответственности сооружений, принимаемый в зависимости от класса сооружения равным: для I класса – 1,25;для II класса – 1,20; для III класса – 1,15; для IV класса – 1,10;

R – удерживающая сила, равная для плотин на песчаном основании.

,кн,(30)

где - коэффициент трения бетона по песку, принимаемый равным 0,40 – 0,50

П

(31)

роверка устойчивости бетонной плотины на глинистом основании выполняется по формуле (29), в которой удерживающая сила R определяется по формуле:

,кн

где - коэффициент трения бетона по глине, принимаемый равным 0,20 – 0,30.

Проверка устойчивости бетонной плотины на скальном основании выполняется по формуле (29), в которой удерживающая сила R определяется по формуле:

(32)

,кн

где - коэффициент трения бетона по скале, принимаемый равным 0,75 – 0,80;

- коэффициент, учитывающий наличие необнаруженных трещин в основании, принимаемый равным 0,50.

Для плотин на нескальном основании определяются напряжения в грунте основания под флютбетом по формуле

(33)

где N – сумма всех вертикальных сил, действующих на плотину в пределах флютбета, равная:

,кн, (34)

- площадь подошвы флютбета, равная , м²;

- сумма моментов от всех вертикальных и горизонтальных сил, действующих на плотину в пределах флютбета относительно центра тяжести площади подошвы флютбета точки О, равная:

,кнм, (35)

- момент сопротивления площади подошвы флютбета относительно оси 0 – 0, проходящей через ее центр тяжести, равный:

, м².

По значениям строится эпюра напряжений в грунте основания (рис.14). Проверяется несущая способность грунта основания на появление в нем пластических деформаций по формуле:

, (36)

где - плотность грунта, взвешенного в воде, принимаемая равной 1,0 ;

Б – критерий, определенный опытным путем и равный для песчаных грунтов 1,0, для глинистых грунтов – 3,0.