2.5. Наблюдения за напряженным состоянием грунтовых сооружений

Дл я оценки прочности и устойчивости грунтовых сооружений проводят наблюдения за их напряженным состоянием. В основном используют два способа определения напряжений в теле плотин и их элементах: путем замер а деформаций грунта с последующим пересчетом их на напряжения методом теории упругости и пластичности или путем непосредственного измерения напряжений. Деформации можно замерять с помощью экстензометров (см. рис. 2.7, д). Однако пересчитывать деформации на напряжения сложно и недостаточно точно, поэтому такой метод не получил большого распространения.

Рис. 2.18. Струнный грунтовой динамометр конструкции Гидропроекта:

1 — коробка; 2 — крышка; 3 — струна длиной 110 мм; 4 — катушка; 5 — винт креплении

Шире используется метод непосредственного измерения сжимающих

напряжений. Для оценки напряженного состояния плотин необходимо знать напряжения в грунте и поровое давление [6]. Поэтому в местах измерения, как правило, устанавливают вместе грунтовые динамометры и пьезодинамометры (см. рис. 2.17, а). Грунтовые динамометры различают струнные, гидравлические, пневматические и др. Струнный грунтовой динамометр Гидропроекта (рис. 2.18) по конструкции мало чем отличается от пьезодинамометра. Он предстанляет собой цилиндрическую коробку, днище которой является мембраной, воспринимающей давление грунта. На мембране укреплена на колках струна. Частота колебания струны определяется по команде с пульта управления путем вывода ее из равновесия с помощью электромагнитной катушки. Под давлением грунта на мембрану колки расходятся, и дополнительно натягивают нить, частота колебаний которой изменяется. По тарировочной кривой находят напряжения в грунте в зависимости от показания частоты колебаний. Грунтовые динамометры устанавливают в глинистых и мелкозернистых грунтах в следующих случаях [6]: в теле плотины; в глинистом экране или ядре; на поверхности сопряжения противофильтрационных элементов (экран, ядро, диафрагма ) с упорными призмами плотины; на поверхности элементов бетонных сооружений, примыкающих к телу грунтовой плотины. В однородных и каменно-земляных плотинах с верховой призмой, возведенной из глинистого материала, грунтовые динамометры и пьезодинамометры устанавливают ярусами в горизонтальных сечениях. При этом местоположение их предопределяют зоны наиболее вероятных обрушений, деформаций, повреждений и т. п. Кроме того, по оси плотины также размещают динамометры совместно с пьезодинамометрами. В месте измерения напряжений устанавливают один пьезодинамометр и не менее трех грунтовых динамометров, расположенных горизонтально, вертикально и под углом 45° к горизонту. Пьезодинамометр всегда устанавливают горизонтально. В ядрах и экранах плотин грунтовые динамометры необходимы в нескольких точках по толще ядра и нескольких ярусах, по три в группе. В плотинах, противофильтрационными элементами которых являются диафрагмы, грунтовые динамометры сл ужа т для измерения напряжений на контакте между диафрагмой и телом плотины. Обычно делают также по три динамометра в группе с обеих сторон диафрагмы, поблизости от пьезометров. В плотинах с ядрами и экранами в зонах максимальных деформаций (поблизости к склону, ущелью) рядом с грунтовыми динамометрами устанавливают приборы для измерения деформаций, которые ориентируют с учетом возможности совместного анализа показаний напряжений и деформаций.

В местах контакта водопропускных труб с телом плотины на их поверхности размещают грунтовые динамометры, позволяющие оценить давление грунта на трубы, и пьезометры или пьезодинамометры. Наблюдения за напряжениями и поровым давлением осуществляют [6]: В строительный период — через 1...2 мес; во время наполнения водохранилища — через 7... 10 сут; в первый год эксплуатации — через месяц; в последующие 2...4 года — через квартал; в дальнейшем — через полгода. Измерив нормальные напряжения в грунте и поровое давление, вычисляют нормальные напряжения в скелете грунта:

Имея нормальные напряжения в скелете грунта по трем направлениям

под углом 45° и 90°, с помощью круга Мора [6] находят главные напряжения и направление главных осей напряжений, которые позволяют построить траектории главных напряжений. Напряжения на контакте плотины с основанием можно определить с помощью приборов, например преобразователя напряжений грунта конструкции Гидропроекта.