Проект водохранилищного гидроузла

    , м 

    где Т – толщина сжимаемого слоя, м;

    ε₁ – коэффициент пористости грунта основания до возведения плотины;

    ε₂ – коэффициент пористости грунта основания после возведения плотины.

      – определяется по компрессионной  кривой (рис. 5.1).

    Напряжение  в середине сжимаемого слоя грунта основания до возведения плотины:

    , МПа,        

    где - объемный вес грунта основания. 

    Зная  Р₁ по компрессионной кривой находят ε₁ (кривая 1 рис. 5.1) ε₁= 0,66

    

    Рис. 5.1. Компрессионные кривые

    Для определения ε₂ необходимо знать Р₂.

    Напряжение  в середине сжимаемого массива после  возведения плотины (Р₂ ) определяется методом проф. Н.А. Цытовича. Чтобы найти Р₂ вычисляют напряжения в точке В и точке С (рис. 5.2).

    Напряжение  в точке В:

    ,   МПа,

где γ_П  – объемный вес грунта тела плотины. 

    

Рис. 5.2. Расчет величины осадки основания земляной плотины 

    Для определения напряжения в точке С пользуются табличными значениями вертикальных напряжений σ_z, выраженных в долях от интенсивности нагрузки, распределенной по треугольнику (табл. 5.1) и от интенсивности равномерно распределенной нагрузки (табл. 5.2).

    Для пользования таблицами находим  отношения: и

    где z=T  – вершина основания фигуры представляющей часть нагрузки от насыпи плотины; (z=8,2 м)

    b_л=m₁·H_П – для левого треугольника; b_л=2,5*7,68=19,2 м

    b_пр=m₂·H_П – для правого треугольника; b_пр=1,75*7,68=13,44 м

    b_ср= b_п – для средней части;  b_ср=6 м

    y – расстояние от подошвы до оси плотины.

=0

     

      

    Напряжение  в точке С находится отдельно от левого, правого треугольников и средней части.

    По  отношениям и   интерполяцией находим (табл. 5.1).

    Напряжение  от левого треугольника:

                                                         

По отношениям  и   по табл. 5.2 находим .

    Таблица 5.1 

    Величины  напряжений σ_z  в долях от интенсивности нагрузки, изменяющиеся по треугольнику

	- 1,50	- 1,00	- 0,50	0,00	0,25	0,50	0,75	1,00	1,50	2,00	2,50
0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,25	0,50	0,75	1,00	0,00	0,00	0,00
0,25	–	–	0,004	0,075	0,256	0,48	0,643	0,424	0,015	0,003	–
0,50	0,002	0,003	0,023	0,127	0,263	0,41	0,477	0,353	0,056	0,017	0,003
0,75	0,006	0,016	0,042	0,153	0,248	0,335	0,361	0,293	0,108	0,024	0,009
1,00	0,014	0,025	0,025	0,061	0,159	0,223	0,275	0,241	0,129	0,045	0,013
1,50	0,020	0,048	0,096	0,145	0,178	0,200	0,202	0,185	0,124	0,082	0,041
2,00	0,033	0,061	0,092	0,127	0,146	0,155	0,163	0,153	0,108	0,069	0,050
3,00	0,050	0,064	0,080	0,096	0,103	0,104	0,108	0,104	0,090	0,071	0,050
4,00	0,051	0,060	0,067	0,075	0,078	0,085	0,082	0,075	0,073	0,060	0,049
5,00	0,047	0,052	0,057	0,059	0,062	0,063	0,063	0,063	0,061	0,051	0,047
6,00	0,041	0,041	0,050	0,051	0,052	0,053	0,053	0,053	0,050	0,050	0,045

Напряжение  от средней части:

             

По отношениям  и по табл. 5.1 находим .

Напряжение  от правого треугольника: 
 

Суммарное напряжение: 
 

Напряжение  в грунте основания под гребнем  плотины:

              

                              

Общее напряжение:

                                                                           

0,193 МПа                                                                 

На компрессионной кривой напряжению Р₂ соответствует коэффициент пористости ε₂ . ε₂₌0,52 

    Величины  напряжений выраженные в долях от интенсивности

    равномерно-распределенной нагрузки

    Таблица 5.2

y/b     z/b	0,00	0,25	0,50	1,00	1,50	2,00
0,00	1,00	1,00	0,50	0,00	0,00	0,00
0,25	0,96	0,90	0,50	0,02	0,00	0,00
0,50	0,82	0,74	0,48	0,08	0,02	0,00
0,75	0,67	0,61	0,45	0,15	0,04	0,02
1,00	0,55	0,51	0,41	0,19	0,07	0,03
1,25	0,46	0,44	0,37	0,20	0,10	0,04
1,50	0,40	0,38	0,33	0,21	0,11	0,06
1,75	0,35	0,34	0,30	0,21	0,11	0,07
2,00	0,31	0,31	0,28	0,20	0,13	0,08
3,00	0,21	0,21	0,20	0,17	0,135	0,10
4,00	0,16	0,16	0,15	0,14	0,12	0,10
5,00	0,13	0,13	0,12	0,12	0,11	0,09
6,00	0,11	0,10	0,10	0,10	0,10	–

6. Расчет  устойчивости низового откоса графоаналитическим способом

    Откосы  грунтовой плотины должен иметь  крутизну, удовлетворяющую требованиям как устойчивости, так и экономичности плотины. Статические расчеты плотины включают проверку устойчивости верхового и низового откосов, а также экрана и его защитного слоя.

    На  грунтовой массив низового клина  плотины действует ряд сил. Основная сдвигающая сила - составляющая собственного веса грунта. Кроме того, уменьшают  устойчивость сила взвешивания и  динамическое воздействие фильтрационного  потока, а также дополнительные силы, например снеговая нагрузка, силы инерции  при землетрясении и др.

    Обрушение (оползание) откосов происходит по некоторой  криволинейной поверхности в  пределах откоса или с захватом грунтового основания. Форма границы обрушения  откоса (поверхности сдвига) обычно близка к цилиндрической.

    Существует  несколько методов расчета устойчивости откосов. В гидромелиоративной практике широко используют метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения грунтового массива с разбивкой его на отсеки (рекомендуемый СНиП 2.06.05-84).

    Расчет  заключается в определении коэффициента устойчивости полученного как отношение сил удерживающих (трения и сцепления) к моменту сил сдвигающих относительно центра скольжения. 

    Расчет  выполняется в условиях плоской  задачи, когда рассматривается отрезок  плотины длиной, равной единице. Грунт плотины выше кривой депрессии имеет естественную влажность, а ниже ее находится в насыщенном водой состоянии).

    При расчете проводятся несколько кривых скольжения из разных центров и соответственно вычисляют коэффициенты устойчивости.

    Расчеты устойчивости носят вероятностный  характер, т.к. заранее неизвестно положение  наиболее опасной поверхности обрушения. Задача расчетов – поиск этой поверхности и определение наименьшего коэффициента устойчивости k_у.

    Расчетная схема приведена на рис. 6.1.

    Порядок расчета:

    1. Вычерчиваем поперечный профиль  низового откоса с частью верхового  откоса, гребня и основания в  одинаковом масштабе (горизонтальном  и вертикальном).

    Принять М 1:100 На миллиметровой бумаге А3 – располагать вдоль листа по 420 мм (снизу основания плотины оставить 3 см под кривую скольжения)

    2. Из середины откоса (точка Б)  проводим две линии: вертикальную вверх и под углом 85° к линии откоса.

    

    Рис. 6.1. Расчет устойчивости откоса земляной плотины графоаналитическим способом

    3. По таблице 6.1 находим радиусы и , которыми очерчиваем часть кольцевой площадки MZM´Z´.

    Например:

    Н_п=7,68 м m₂=1,75

    БМ=0,75*7,68=5,76 м  БZ=1,69*7,68=12,98 м 

    Таблица 6.1

Коэффициент	Заложение откосов
	1	2	3	4	5	6
	0,75	0,75	1,00	1,50	2,20	3,00
	1,50	1,75	2,30	3,75	4,80	5,50

 

    4. В площадке MZM´Z´ располагают центр скольжения О и из него радиусом R проводят кривую (через низовой откос и основание произвольно захватывая гребень и нижний бьеф).

    5. Из точки О проводим пунктирную линию до кривой скольжения. 

    6. Выделенный массив грунта, который  может сползти по дуге окружности  R (область откоса, ограниченную кривой скольжения и внешним очертанием плотины, R₁=14,4м; R₂=14,2 м), разбивают на вертикальные отсеки шириной b = 0,1R, размещая нулевой отсек под центром скольжения.

    Обозначают  откосы от нулевого вверх по откосу – положительными значениями. Вниз к подошве плотины – отрицательными.

    При ширине отсека b = 0,1R синус угла равен порядковому номеру отсека поделенному на 10.

    Для неполного отсека принимают соответственно его доле от полной ширины отсека.