2.2.3. Проверка фильтрационной прочности грунтов

Для земляных плотин согласно теории Р.Чугаева надлежит прове­рять общую (казуальную) прочность для грунта тела и осно­вания и местную (нормальную) фильтрационную прочность грун­та тела и основания плотины в наиболее слабых местах попе­речного профиля [4].

При оценке любой фильтрационной прочности необходимо выполнить условие [6, с. 20]:

(8)

где действующий средний градиент напора в рас­четной области фильтрации;

критический средний градиент напора;

коэффициент надежности по ответственности плотины [6, табл. 9] .

Оценка общей фильтрационной прочности.

При оценке общей фильтрационной прочности грунта величину в формуле (8) следует определять по форму­лам [ 1;5, с.12]:

а) для тела плотины

(9)

б) для основания

(10)

где H = НПУ- СНУНБ - максимальный напор на плотину;

- см. формулу (7); остальные параметры определяются по расчетным схемам прил. 2.

Величину в формуле (8) для случаев а и б следует определять по [6, табл.8] или по табл. 3.2 (прил. 3), приняв в последнем случае

(11)

В случае невыполнения общей фильтрационной прочности (когда условие (8) не выполняется) надлежит внести измене­ние профиля плотины в расчетном сечении, добиваясь увеличе­ния параметров L и L_ос в формулах (9) и (10) до выполне­ния условия (8).

Проверка местной фильтрационной прочности. В курсовом проекте следует оценить фильтрационную прочность грунта основания в местах выхода фильтрационного потока в нижний бьеф (для руслового и пойменного сечений плотины), где возможен выпор грунта под воздействием восходящего филь­трационного потока. Проверку на возможность возникновения выпора грунта основания необходимо выполнить только в том случае, если оно водопроницаемое.

Проверку следует вести по условию (8), для которого значение следует принимать равным максимальному значению выходного градиента I_вых, определяемому по формулам табл. 3.1, приложения 3, а величину среднего критического градиента- определять по формуле [4, с.35]:

(12)

где удельный вес твердых частиц грунта основания;

удельный вес воды;

пористость в дол. ед. грунта основания.

В случае невыполнения условия (8) при проверке на вы­пор следует выполнить пригрузку основания слоем толщиной [4, с. 35]:

(13)

где Т - действительное расстояние до водоупора в месте выхода фильтрационного потока в нижний бьеф;

- удельный вес материала пригрузки.

В заключение раздела фильтрационных расчетов делаются выводы об их результатах.

2.3. Статические расчеты устойчивости откосов плотины

2.3.1. Цель и методы расчетов

Целью расчетов является определение минимальных коэффициентов запаса устойчиво­сти откосов плотины заданного поперечного профиля при известных нагрузках и характеристиках грунтов тела платины и основания.

Основные расчетные случаи регламентированы СНиП 2.06.05 - 84 [6, с. 22].

При расчете устойчивости верхового откоса рассматрива­ют два основных случая сочетания нагрузок и воздействий:

1) максимально возможное снижение уровня в водохранили­ще от НПУ с наибольшей скоростью; при этом учитываются филь­трационные силы, возникающие в верховой призме плотины (неустановившаяся фильтрация);

2) уровень воды в водохранилище находится на самой низкой эксплуатационной отметке, но не ниже 0,2Z_i (где Z_i - высота откоса); уровень воды в теле плотина принимают на той же отметке, что и в водохранилище.

В качестве особого расчетного случая рассматривают максимально возможное снижение уровня в верхнем бьефе от ФПУ с максимальной скоростью; при расчете учитывают фильтрационные силы в верховой призме (неустановившаяся фильтрация).

При проверке устойчивости низового откоса в качестве основного расчетного случая рассматривают схему, когда в теле плотины имеется установившийся фильтрационный поток, дренажные устройства работают нормально, уровень воды в водохранилище находится на отм. НПУ, а в нижнем - на отм. СВУНБ, но не выше 0,2Z_i.

В качестве особого расчетного случая для низового от­коса рассматривается схема, когда в водохранилище уровень находится на отм. ФПУ, а в нижнем бьефе- максимальная глу­бина воды, соответствующая НПУ.

Кроме того, в качестве особых сочетаний нагрузок для верхового и для низового откосов относят случаи, когда учи­тывают поровое давление консолидации [9, с. 231] или сейс­мические силы [9, с. 238].

При расчетах устойчивости откосов обычно рассматривают плоскую задачу, полагая, что обрушение откоса может произойти по некоторой заранее заданной поверхности_, которую чаще всего принимают в виде дуги окружности (круглоцилиндрическая поверхность скольжения) или ломаной, состоящей из нескольких прямолинейных отрезков.

В рамках курсового проекта выполняется расчет устойчи­вости низового откоса в русловом сечении плотины для основ­ного сочетания нагрузок и воздействий (основной расчетный случай). Расчеты следует проводить методом весового давления Р.Чугаева по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения. При этом необходимо найти такую поверхность скольже­ния, для которой коэффициент запаса имеет минимальное зна­чение.

Для отыскания центра наиболее опасной поверхности сколь­жения можно воспользоваться методом В.Аристовского [9, с.228], методом Р.Чугаева [ 7, с.413], методом В.Фандеева [8, с.147] и др.

По В.Аристовскому центр наиболее опасной поверхности скольжения располагается в пределах многоугольника (рис.8), который отроится следующим образом: из середины откоса (точка С на рис.8) проводится вертикаль CD и ли­ния CE под углом 85° к откосу. Затем из точек А и В, как из центров, проводят две дуги окружности с радиусом R до пересечения в точке O. Далее, проводя из точки С дугу ра­диусом r = ОC/2 до пересечения с линиями CD и CВ, получим искомый многоугольник AOEDB.

Чаще всего центры наиболее опасных поверхностей сколь­жения располагаются по линии ВО, на которой и следует выбирать несколько центров O, O₁, O₂ и т.д. Вычислив для этих центров значение коэффициента запаса устойчивости и построив эпюру этого коэффициента (см. рис.8) через точку С меньшим значением К_з проводят линию, перпендикулярную BO, на которой намечают дополнительный ряд центров по­верхностей скольжения. Вычислив для этих дополнительных центров значения К_з, определяют минимальное его значение. При этом следует иметь в виду, что наиболее опасная кривая скольжения при расчетах откосов из песчаного грунта на пес­чаном основании проходит через подошву откоса (точку В на рис.8), а если в основании залегает глинистый грунт, то эта кривая захватывает часть основания.

m
1	1,1	2,2
2	1,4	2,5
3	1,9	3,2
4	2,5	4,7
5	3,3	5,8
6	4,3	6,7

AC=BC

Для определения значения

кривых скольжения

задавать в пределах:

Рис.8. Схема определения центра наиболее опасной дуги скольжения по В.Аристовскому.

Таблица 1