3.2Фильтрационный расчет
Под влиянием напора, создаваемого плотиной, из верхнего бьефа в нижний происходит фильтрация через тело плотины и ее основание. Основными задачами фильтрационных расчетов, являются определение удельного и общего расхода фильтрации, положения кривой депрессии и оценка фильтрационной прочности грунтов основания и тела плотины.
При фильтрационных расчетах принимаем следующие допущения: фильтрацию рассматриваем в одной плоскости, грунт тела плотины считаем однородно-анизотропным, водоупор считается теоретически водонепроницаемым, положение кривой депрессии не зависит от качества грунта, а определяется только геометрическими размерами тела плотины.
Запроектированный поперечный профиль
грунтовой плотины приводим к расчетной
схеме (рис.1), в которой исключаем отдельные
мелкие детали (допустим, наличие и вид
противофильтрационного устройства,
отметку гребня плотины, конструкцию
крепления верхового откоса и т.п.). В
верхнем бьефе за расчетный принимаем
=205,8м,
а в нижнем бьефе – бытовой уровень воды
на отметке
,
при котором будет наблюдаться
установившейся расход фильтрационного
потока в теле плотины.
Рисунок 3. Поперечный профиль запроектированной грунтовой плотины.
Расчет выполняем в следующей последовательности:
Находим положение раздельного сечения по формуле Михайлова:
22222\* MERGEFORMAT (.)
2. Аналитическим расчетом, по расчетной схеме к фильтрационному расчету, определяем длину проекции кривой депрессии на горизонтальную ось:
23223\* MERGEFORMAT (.)
3.Определим размер эквивалентного слоя:
24224\* MERGEFORMAT (.)
4.Определим длину проекции кривой депрессии на основание:
25225\* MERGEFORMAT (.)
5. Величину удельного фильтрационного расхода qm находят из уравнения:
26226\* MERGEFORMAT (.)
Тогда
5. Положение кривой депрессии определяют по уравнению:
Для построения кривой депрессии находим координаты точек, расчет сводим в таблицу 2.
Таблица 2. Расчет координат депрессионной кривой.
X |
33.66 |
30 |
27 |
24 |
22 |
20 |
17 |
14 |
11 |
9 |
6 |
Y |
1.30 |
2.55 |
3.21 |
3.76 |
4.24 |
4.67 |
5.07 |
5.43 |
5.78 |
6.1 |
6.41 |
По полученным координатам строим кривую депрессии (рис.1).
6. Проверим фильтрационную прочность грунтов тела плотины и основания по значению выходного градиента:
27227\* MERGEFORMAT (.)
Так как условие выполняется, то фильтрационная прочность грунтов тела плотины и основания будет обеспечена.
3.3Статический расчет откосов плотины.
Низовой откос плотины больше всего является подверженным обрушению (сползанию), поэтому необходимо выполнить статический расчет его устойчивости. Для этого вычерчиваем поперечный профиль плотины в одинаковом вертикальном и горизонтальном масштабе (1: 1000) с указанием положения кривой депрессии (рис.2).
Расчет устойчивости откоса ведем на 1м длины плотины. При определении коэффициента запаса все силы переносим на поверхность скольжения, кроме фильтрационной, которую учитываем как объемную. Расчет выполняем методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения графоаналитическим способом в следующей последовательности:
Продлеваем линию низового откоса до пересечения с основанием – линия AB.
Из точки B опускаем вниз вертикальную прямую и откладываем на ней расстояние, равное высоте плотины
и
фиксируем его точкой С.Через точку С в сторону верхового откоса проводим горизонтальную линию и откладываем на ней расстояние, равное 5
,
фиксируя его точкой М.
4. Затем через точку М и точку А, расположенную на бровке низового откоса,
проводим луч ММ, на котором выбираем центр скольжения О и радиус кривой
скольжения таким образом, чтобы кривой скольжения был захвачен весь низовой откос и частично грунт основания. Причем кривая скольжения должна проходить между осью плотины и бровкой низового откоса. Значение радиуса кривой скольжения определяем графически по расчетной схеме, рисунок 1, R=23,3м.
Разбиваем
полученный сектор обрушения на отсеки
шириной
.
Счет ведем от нулевого отсека,
расположенного симметрично относительно
перпендикуляра, опущенного из центра
скольжения точку О к плоскости основания.
Подсчет действующих сил проводим в таблице 3. Приведенная высота для полосы №6 определится из условия:
28228\* MERGEFORMAT (.)
где
-
объемная масса грунта тела плотины при
естественной влажности,
=17,8кН/м3;
- объемная масса водонасыщенного грунта
полосы №6 тела плотины.
n – относительная пористость грунта тела плотины, n=0,30.
Угол
внутреннего трения
и удельное сцепление С принимаются по
зонам соответственно состоянию и
физико-техническим характеристикам
грунтов. Начиная с полосы №6, где кривая
скольжения проходит по влажным грунтам,
угол внутреннего трения
и удельное сцепление С уменьшаем на
30%, соответственно получим
=22
и
С=2,24.
По линии
кривой скольжения выделяется две
характерные зоны, это дуга кривой
скольжения, проходящая в грунтах
естественного состояния (до кривой
депрессии), и часть кривой скольжения
ниже кривой депрессии. Центральные углы
и
определяем графически. Длины дуг кривой
скольжения определяются из зависимости:
29229\* MERGEFORMAT (.)
Площадь фильтрационного потока в зоне массива обрушения, определяется как :
30230\* MERGEFORMAT (.)
Коэффициент устойчивости грунтового массива обрушения по кривой скольжения, а значит и низового откоса в целом, определится из выражения:
31231\* MERGEFORMAT (.)
где r
– плечо действующей гидродинамической
силы, определяется графически по
расчетной схеме, r=24,0;
-
выходной градиент принят из результатов
фильтрационного расчета,
=0,33.
Согласно формуле (2.21) подставив в нее необходимые значения получаем:
Полученное
значение устойчивости
=1,18
больше допустимого, следовательно
грунтовая плотина запроектирована
правильно, устойчивость ее будет
обеспечена.
Таблица 3. Определение действующих сил на низовой откос плотины.
№ Поло сы
|
sinα
|
cosα
|
h1, м |
hнас1, м |
hпр, м |
hпр∙sinα м |
hпр∙cosα , м |
φ
|
tgφ
|
hпр∙cosα∙ tgφ ,м |
С, кН/м3 |
l, м |
С∙l, кН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
8 |
0,8 |
0,6 |
1,10 |
0,00 |
1,10 |
15,66 |
11,75 |
|
|
7,63 |
3,2 |
13,2 |
44,2 |
7 |
0,7 |
0,71 |
2,20 |
0,00 |
2,20 |
27,41 |
27,97 |
33,0 |
0,65 |
18,16 |
|
|
|
6 |
0,6 |
0,8 |
2,90 |
0,10 |
2,97 |
31,71 |
42,28 |
|
|
17,08 |
|
|
|
5 |
0,5 |
0,87 |
2,40 |
1,10 |
3,16 |
28,15 |
48,75 |
|
|
19,70 |
|
|
|
4 |
0,4 |
0,92 |
1,90 |
1,80 |
3,15 |
22,41 |
51,35 |
|
|
20,75 |
|
|
|
3 |
0,3 |
0,95 |
1,30 |
2,40 |
2,96 |
15,83 |
50,33 |
|
|
20,33 |
|
|
|
2 |
0,2 |
0,98 |
1,10 |
2,10 |
2,56 |
9,10 |
44,57 |
|
|
18,01 |
|
|
|
1 |
0,1 |
0,99 |
0,40 |
2,20 |
1,93 |
3,43 |
34,10 |
|
|
13,78 |
|
|
|
0 |
0 |
1 |
0,00 |
1,80 |
1,25 |
0,00 |
22,21 |
|
|
8,97 |
|
|
|
-1 |
-0,1 |
0,99 |
0,00 |
0,80 |
0,55 |
-0,99 |
9,82 |
|
|
3,97 |
|
|
|
-2 |
-0,2 |
0,98 |
0,00 |
0,50 |
0,35 |
-1,23 |
6,05 |
|
|
2,44 |
|
|
|
-3 |
-0,3 |
0,95 |
0,00 |
0,20 |
0,14 |
-0,74 |
2,35 |
22,0 |
0,40 |
0,95 |
2,2 |
23,17 |
51,9 |
Сум |
|
|
|
13 |
|
150,74 |
|
|
|
151,77 |
|
|
96,12 |
,