5. Выбор противофильтрационного устройства в теле плотины и ее основании.

Противофильтрационные устройства проектируются из грунтовых и негрунтовых материалов. Конструктивно их выполняют в виде экрана, понура, ядра, диафрагмы, зубьев, шпунтовых стенок и др.

Плотина однородная из суглинка в основании противофильтрационное устройство ‑ замок.

6. Выбор конструкции дренажа.

Согласно СНиП дренаж проектируется в следующих целях:

• Организованного отвода воды, фильтрующейся через тело плотины и основание плотины в нижнем бьефе;

• Предотвращение выхода фильтрационного потока на низовой откос ( при условии отсутствия воды в НБ) и в зону подверженную замерзанию;

• повышения устойчивости верхового откоса при сработке водохранилища.

Мы принимаем однородную плотину с дренажным банкетом на водонепроницаемом основании.

3. Фильтрационный расчет. Проверка фильтрационной прочности грунтов тела плотины и ее основания.

Уравнение для определения фильтрационного расхода в этом случае имеет вид:

где

где Н₁ и Н₂ ‑ глубина воды в верхнем и нижнем бьефах;

‑ширина эквивалентного профиля плотины по основанию;

β ‑ ко_эффициент учитывающий крутизну верхового откоса, при m₁≥2 значение β≈0,4.

Величиной захода депрессионной кривой в дренах пренебрегают: =0.

=0,4·18+3·1,45+12+2,5(18+1,45)=44,1 м.

‑ коэффициент фильтрации тела плотины.

При отсутствии воды в НБ полагают , что Н₂=0.

Кривую депрессии строят по уравнению:

x, м	3	10	15	22	30	37	40	45
y,м	15,5	14	13	11,3	9	6,5	5,1	1

Скорость фильтрации при выходе фильтрационного потока на низовой откос или входе в дренаж составляет

где ‑ уклон кривой депрессии при выходе на низовой откос:

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

4. Расчет устойчивости низового откоса.

1. Нарисовать правую половину плотины в масштабе на миллиметровке с указанием местоположения кривой депрессии.

2. Определяем низовой откос (при наличии берм и банкетного дренажа).

3. Делим осредненный откос пополам (т. С).

4. Из точки С проводим вертикальную линию вверх.

5. Из точки С под углом 85º к откосу проводим еще одну линию.

6. Находим радиусы R₁ и R₂ .

К₁, К₂ ‑ коэффициент зависящий от заложения откоса.

К₁=1

К₂=2,3

7. Из точки С радиусом R₁ и R₂ проводим 2 засечки, и получаем область возможных центров кривых обрушений.

8. В области кривых обрушений берем произвольную точку О из которой произвольным радиусом проводим кривую обрушения, так чтобы она начиналась на гребне плотины и заканчивалась на низовом откосе.

9. Разбиваем зону обрушения на отсеки равной ширины 0,1R для этого из точки О опускаем линию вертикально вниз.

10. Для каждого отсека вычисляют sin и cos, где угол наклона подошвы отсека к горизонту.

11. Определяем средние высоты составных частей каждого отсека, имеющих различные плотности.

    • h_1‑ мощность грунта тела плотины при естественной влажности.

    • h ₂‑ мощность грунта тела плотины при насыщении водой.

    • h ₃ мощность грунта основания при насыщении водой.

Расчет удобнее всего вести в табличной форме.

Таблица № 1.

Определение действующих сил.

Номер отсека	sin	cos	h1, м	h 2, м	h 3 , м	hпр, м	hпр· sin	, град.	hпр· cos·tg
10	1	0,35	6,2	-	-	7,94	2,78	25	1,3
9	0,9	0,44	7	2	-	9,52	4,19	17	1,28
8	0,8	0,6	7,4	4,4	-	15,1	9,1	17	2,72
7	0,7	0,72	6,4	6,2	-	16,13	11,61	17	2,9
6	0,6	0,8	7	7,6	-	18,69	14,95	17	4,49
5	0,5	0,86	2,89	8	-	13,94	11,99	17	3,6
4	0,4	0,92	2	7,6	0,4	12,75	11,73	22	4,69
3	0,3	0,955	1	6,6	1	10,88	10,1	22	4,92
2	0,2	0,98	-	5,6	1,6	9	8,82	22	4,26
1	0,1	0,955	-	4	2	7,42	7,38	22	2,93
0	0	1	-	2	2,1	4,98	4,98	22	1,99
-1	-0,1	0,995	-	-	1,6	1,84	-1,83	22	0,73
-2	-0,2	0,98	-	-	1,2	1,38	-1,35	22	0,54
-3	-0,3	0,955	-	-	0,8	0,92	-0,88	22	0,35
-4	-0,4	0,92	-	-	0,4	0,46	-0,18	22	0,17
Всего			39,89	54	10,7	130,5	97,93		36,89

12. Вычисляют плотность грунта каждого слоя по формулам

где ‑ плотность грунта тела плотины при естественной влажности и при насыщении его водой, а также грунта основания при насыщении водой;

n- пористость грунта; =0,35; 0,4; 0,45

k‑ коэффициент, зависящий от влажности грунта (при влажности, равной 12…18%,=0,7 ;k=3; k=4

γ_{0 -}плотность воды;=0,1

γ_г.г, γ_г.о‑ удельная плотность грунта тела и основания плотины. =2,71 и2,66 соответственно.

13. Определяют приведенные высоты отсеков.

14. Устанавливают силу трения, возникающую на подошве всего массива обрушения, суммируя соответствующие силы по отсекам.

15. Вычисляем касательную составляющую вес массива обрушения.

16. Силу сцепления, возникающую на подошве массива обрушения, определяют по формуле.

где c₁,c_2, c₃ ‑ удельные сцепления грунта тела плотины при естественной влажности и при насыщении водой, а также грунта основания, насыщенного водой.

l_1,l_2,l₃ ­ ‑ длина дуг кривой сдвига.

17. Фильтрационную силу учитывают как объемную. При отсутствии дренажа.

‑ средний градиент фильтрационного потока;

‑ площадь фигуры.

Для дренирования плотин определяют две составляющие фильтрационной силы. Первую вычисляют по формуле , а вторую составляющую, имеющую вертикальное направление, приблизительно можно найти следующим образом:

18. Вычисляют значение коэффициента устойчивости откоса.

r₁, r₂ ‑ плечи фильтрационных сил.