20) Расчет устойчивости откосов плотины

Расчет устойчивости откосов земляных масс остается до сих пор наименее изученной и наиболее ответственной частью проектирования грунтовых гидротехнических сооружений. Первый значительный шаг в этом направлении был сделан Кулоном, который, исследуя работу подпорных стенок, установил, что поверхностью обрушения в песках является плоскость и, исходя из этого положения, разработал метод расчета давления грунтов на подпорную стенку. В 1916 г. шведские инженеры Петерсен и Гюлтин, исследуя работу морских набережных, обнаружили, что поверхности их обрушения в глинистом грунте криволинейны и могут быть приблизительно приняты цилиндрическими. В поперечном сечении эта поверхность дает примерно дугу круга. С этого времени началась усиленная разработка метода кругло-

цилиндрических поверхностей обрушения. Этот метод во всех своих многочисленных вариантах является приближенным инженерным приемом оценки устойчивости откосов. Расчет производят обычно в условиях плоской деформации, т. е. для участка плотины протяженностью 1 м. В качестве расчетных принимают

случаи, устанавливаемые по рекомендациям соответствующих нормативных документов . При этом призму обрушения рассматривают либо как одно монолитное тело, либо деля ее на конечное число вертикальных

отсеков. Методы расчета устойчивости с делением призм обрушения на отсеки применяют более широко, так как в этом случае возможно учесть неоднородность грунта и различные силы, действующие на откос.

Ширину отсеков bi обычно принимают равной 0,1R, где R – радиус кривой обрушения. Коэффициент запаса устойчивости рассматриваемой части плотины (призмы обрушения) ks определяют как отношение суммарного момента всех удерживающих сил, действующих на отсеки, к моменту сдвигающих сил. Моменты определяют относительно центра принятой кривой скольжения. Для определения Кs пользуемся формулой:

где G_i  вес грунта и воды в пределах iго отсека, кН;

Р_вi  равнодействующая давления воды по подошве iого отсека, кН;

_i  угол внутреннего трения грунта i–го отсека, град;

_i  угол между вертикалью и линией, соединяющей центр кривой скольжения с серединой iого отсека, град;

с_i  удельное сцепление грунта iого отсека по линии кри­вой скольжения, кПа.

В общем случае, если в пределах рассматриваемого отсека проходит кривая депрессии, а над отсеком имеется столб воды, то его вес определяется по формуле, кН:

Поровое давление Рк – необходимо учитывать при расчетах устойчивости откосов плотин высотой более 40 м, а также при расчетах плотин мвысотой менее 40 м в следующих случаях: при намыве грунта или отсыпке его в воду, при возведении плотин из маловодопроницаемого грунта, при наличии в основании плотины глинистых грунтов мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции. При расчете устойчивости низового откоса в условиях установившейся фильтрации равнодействующая давления воды будет состоять из фильтрационного и взвешивающего давления и определяется по формуле, кН: