Главные напряжения в плотине (основное сочетание нагрузок), мПа

Метод расчета	Аниз	Аверх	Вверх	Вниз
Пробных нагрузок	-10,4	1,09	-8,8	-8,9
Тормак	-8,83	3,97	-8,49	-8,91
Проза	-10,8	5,6	-8,6	-9,06

Приводимые здесь и ниже данные взяты из отчета «Сводная расчетная записка арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенской ГЭС», 2-я редакция, инв. № 1047-10-157т. — СПб.: Ленгидропроект, 2000 г.

Из таблицы П.П.4 видно, что с уточнением расчетной схемы максимальные главные сжимающие напряжения в точках А_низ, В_низ, В_верх изменились незначительно, а растягивающие главные напряжения в точке А_верх изменились существенно (выросли с 1,09 МПа до 5,6 МПа). Растягивающие напряжения вблизи точки А_верх существенно превысили прочность бетона на растяжение (2 — 3 МПа). Поэтому гипотеза сплошности, принятая в предыдущих расчетных моделях, не соответствует реальности, и трещинообразования вблизи контакта бетон-скала со стороны верховой грани плотины избежать невозможно.

Таким образом, сравнение результатов статических расчетов, выполненных на стадии технического проекта и рабочих чертежей, показало, что расчетная модель плотины нуждается в дальнейшем уточнении, в первую очередь за счет возможности учета образования и продвижения трещин. Опыт начальной эксплуатации подтвердил это.

Примечание. На стадии проекта глубина возможного проникновения трещин под верховой столб плотины прогнозировалась (по величине зоны растяжения в линейно упругом расчете) не более чем на 10 м. На практике горизонтальные трещины на контакте бетон-скала распространились на треть сечения, и глубина их достигла 30 — 35 м.

Корректировка расчетной модели на стадии начальной эксплуатации. Натурные наблюдения за плотиной в первые годы эксплуатации показали, что нарушения сплошности под верховой гранью плотины существенно превосходят проектные предположения. С целью более достоверной оценки реального состояния плотины генеральным проектировщиком (Ленгидропроектом) в 1994 г. была начата серия статических и динамических расчетов плотины по программе СИПРАМАК. Учитывая особую ответственность сооружения и наличие в нем крупных трещин, в 1996 г. было принято решение провести независимо серию расчетов в рамках альтернативной расчетной модели по другим программам (программный комплекс COSMOS-M) и другими специалистами (ЦСГНЭО). Главные задачи, которые ставились в этих расчетах:

учесть возможное возникновение несплошностей в плотине и основании (образование трещин, раскрытие швов);

учесть реальную последовательность возведения и нагружения на формирование напряженно-деформированного состояния плотины (реальная последовательность возведения существенно отличалась от проектной);

выявить возможную погрешность расчетных моделей путем сопоставления данных расчетов по двум моделям с данными натурных наблюдений.

Примечание. Реальная последовательность возведения плотины существенно отличалась от проектной. Главное отличие заключалось в том, что в период строительства и постепенного наполнения водохранилища реальная плотина длительное время работала неполным сечением. Низовой (четвертый) столб плотины был возведен значительно позже, чем это предусматривалось проектом, и включился в работу, когда значительная часть напора была воспринята первыми тремя столбами.

Учет продвижения трещин и последовательности возведения плотины принципиально менял расчетную модель и означал переход на неупругие расчетные модели. Неупругие задачи не имеют единственного решения, изменение последовательности возведения существенно влияет на результаты расчетов. В поверочных расчетах сценарий возведения и нагружения был представлен в виде нескольких дискретных этапов. Для учета образования и продвижения трещин в трехмерную конечно-элементную модель системы плотина-основание были введены специальные двумерные стыковочные элементы (типа Гудмена-Тэйлора-Брекке).

Вычисленные после уточнения расчетной модели величины глубины распространения трещин при росте УВБ от отм. 500 м (УМО) до отм. 540 м (НПУ) приведены в таблице П.П.5:

Таблица П.П.5