3 Фильтрационные расчеты

3.1 Определение фильтрационных расходов и построение кривой депрессии

Для расчета применяют два основных аналитических метода – гидромеханический и гидравлический. Гидромеханический метод почти не имеет применения из-за своей сложности. Гидравлический метод основан на ряде упрощений, он прост, не требует сложных математических операций и имеет широкое распространение.

Экспериментальные методы наиболее точно воспроизводят картину движения фильтрационного потока в реальных условиях. Они обязательны при фильтрационных расчетах плотин I и II классов, а также других классов при соответствующем обосновании. Среди экспериментальных методов широкое распространение получил метод ЭГДА.

Широко применяют гидравлический метод эквивалентного профиля, в котором реальный поперечный профиль плотины заменяют на эквивалентный в фильтрационном отношении профиль плотины с вертикальным верховым откосом. Вертикальный откос располагают на расстоянии от вертикали, проходящей через точку пересечения уровня воды с откосом.

Расчет ведут при двух независимых предположениях. Вначале считают, что плотина водопроницаема, а основание водонепроницаемо, и для этой схемы определяют фильтрационный расход через тело плотины q_т и строят кривую депрессии. Затем, наоборот, считают плотину водонепроницаемой, а основание водопроницаемым, и определяют фильтрационный расход через основание плотины q_о.

, м³/с (21)

где Т – глубина водопроницаемого основания, Т= 14 м;

Н₂ =0 - вследствие отсутствии воды в нижнем бьефе;

В_пл – ширина плотины по основанию, В_пл =66 м;

n – поправочный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения , n=1,20, (табл.9[4]);

м³/с

Применяем следующее фильтрационное уравнение:

, м³/с (22)

k_ф – коэффициент фильтрации основания, k_ф =1∙10^-3 м/сут;

L_р – ширина эквивалентного профиля плотины по основанию, м. Определяется по формуле:

(23)

где L – параметр, который снимается с чертежа, L= м;

- параметр, который вычисляется по формуле:

(24)

где , т.к. , .

м

м

м³/с

Общий фильтрационный расход определяется как сумма расходов через плотину и основание

, м³/с (25)

м³/с

Кривую депрессии строим по уравнению:

(26)

задаваясь не менее пяти раз.

Если то ;

то ;

то ;

то ;

то ;

то ;

то

3.2 Проверка фильтрационной прочности грунтовой плотины

Фильтрационную прочность тела плотины и противофильтрационных устройств оценивают на основе соответствующих расчетов и экспериментальных исследований грунтов при действующих в сооружении градиентах напора. При этом учитывают напряженно-деформационное состояние плотины и ее основания, особенности конструкции плотины, а также методы ее возведения и условия эксплуатации. При выполнении расчета фильтрационной прочности напор, действующий на плотину, принимают равным его наибольшему значению.

Для того чтобы не допустить фильтрационные деформации, необходимо выполнить следующее условие:

(27)

где — действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации;

— критический средний градиент напора, =4 (табл.10 [4]);

К_н - коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый в зависимости от класса сооружений, К_н = 1,10 (сооружение IV класса капитальности).

Проверку выполнения условия следует проводить для всех возможных зон возникновения фильтрационных деформаций (в теле плотины, ее основании, в местах выхода фильтрационного потока в нижний бьеф и в дренаж, в местах контакта грунтов с различными характеристиками, в противофильтрационных устройствах и на их границах).

Расчеты фильтрационной прочности нескальных оснований плотин выполняют в соответствии с рекомендациями, приведенными в [ ]. При этом действующий средний градиент напора в основании плотины:

(28)

При использовании ее данных необходимо учитывать физико-механические свойства грунта и способы его укладки, назначая большее значение I_к^ср для более плотного грунта.

Проверяем выполнение условия , - выражение верно, следовательно фильтрационные деформации не будут допущены.

Проверяем фильтрационную прочность плотины:

(29)

где - градиент напора при выходе на низовой откос;

(30)

- падение депрессионной кривой на интервале , равном разности абсцисс двух последних расчетных точек при построении кривой депрессии.

, это означает, что необходимо уточнить принятые конструктивные решения плотины (размеры плотины и противофильтрационных элементов, местоположение дренажа и пр.) так, чтобы обеспечивалась фильтрационная прочность грунтов.