Проектирование и строительство земляных плотин - [24]

Вместе с этим, в процессе намыва, на ряде объектов происходили оплывание и оползни откосов во время намыва. Эти случаи объясняется тем, что намыв плотины производится в гораздо более тяжелых условиях, чем в расчетных режимах эксплуатации с дренажными устройствами. Как правило, намыв плотины производился до устройства постоянного дренажа, в условии постоянного полного водонасыщения тела плотины водой гидросмеси от мощных земснарядов с расходом от 4000 м³/час до 10000 м³/час, при высоте плотин в отдельных случаях до 80 м (плотина Мингечаурской ГЭС).

Оплывания и оползни откосов при намыве случались не часто. Это можно объяснить большим заложением откосов и большим коэффициентом надежности, принимаемым генпроектировщиком, а также тем, что основание большинство пойменных и русловых плотин было дренирующими, а подаваемый расход воды кроме сброса в водоотводящие устройства, фильтровался через два откоса плотины и основание. Происходящие случаи оползания откосов обычно не были катастрофическими и быстро устранялись.

Но при водонепроницаемом основании положение усложняется, так как весь поток фильтрации при намыве истекает только через нижнюю часть откосов намываемой плотины. Случай оползня произошел при намыве пойменной плотины на строительстве Куйбышевской ГЭС, где не были полностью удалены суглинки основания береговой части Волги [1].

Был и катастрофический случай в Киеве в 1961 г. при многолетнем заполнении гидроотвала оврага «Бабий яр» глинистыми нестабилизированными грунтами (рис. 2). Госкомиссия по выяснению причин прорыва дамбы с образованием селя, выявила многочисленные нарушения, как при проектировании, так и при эксплуатации гидроотвала. (Рис. 1.1. повтор в начале}

Комиссия отметила, что проектной конторой гидромеханизации Минмонтажстецстроя, выполнявший проект, не был произведен расчет ограждающей дамбы на устойчивость при намыве, а исполнители не установили должного контроля над производством.

К сожалению, необходимо отметить, что если генпроектировщик выполняет все расчеты для эксплуатации плотины с устройством дренажа, то для процесса намыва плотины не разработана теоретическая база расчетов, кроме общих рекомендаций в нескольких литературных источниках [2, 5].

Натурные исследования кривой депрессии во время намыва плотин выполнялись лишь на плотине Цимлянской ГЭС [3] с применением иглофильтровых установок. Приводим их на рис. 11.13.1.

Рис.11.13.1. Депрессионные кривые при намыве плотины правого берега Цимлянской ГЭС [5].

Основание песчаное. С нижнего бьефа включена двухярусная иглофильтровая установка, понизившая депрессионную кривую до 8 м. Оплывание откоса прекратилось.

Рис. 11.13.2. Депрессионные кривые при намыве плотины левого берега Цимлянской ГЭС Основание суглинистое. Видно выход фильтрационных вод на откос на высоте до 5 м. [5].

При намыве пазух примыкания к устоям водосливной плотины и ГЭС было использовано 15 глубинных насосов АТН-12. С их помощью осушался крутой откос (1: 1) высотой

15 м при суточной интенсивности намыва до 1 м. Оползней откосов не наблюдалось.

Принятые меры по снижению кривой депрессии позволили прекратить и предотвратить оползни откосов.

Поэтому создание базы для расчетов проверки устойчивости откосов плотины при её намыве необходима.

Проектные организации, выполняющие проекты организации работ по намыву, не проверяют профиль плотины, предложенный генпроектировщиком, на фильтрацию, оплывание и устойчивость откосов в период строительства.

В этой статье, в порядке предложения, предлагается упрощенный способ определения фильтрации при намыве плотины [6], и приводятся имеющиеся способы проверки профиля на оплывание откосов и устойчивость.

В приведенном расчете, как наиболее тяжелый случай, рассматривается фильтрация через тело и откосы однородной плотины на водонепроницаемом основании. Длина пути фильтрации принята по средней линии потока от 1/4 верха карты намыва до середины поверхности выхода фильтрации в нижней части откоса. В упрощенных расчетах такое допущение возможно. Для более точных расчетов необходимо построение фильтрационной сетки с помощью прибора ЭГДА или на модели.

В расчете использованы основные формулы фильтрации Дарси [4].

Фильтрация воды в порах грунта происходит под влиянием силы тяжести или благодаря наличию разности напоров воды в отдельных точек потока. Движение фильтрационных вод подчиняется закону Дарси: q = kωJ (1), где: q — расход воды м³/с;

k — коэффициент фильтрации грунта — размерность скорости при перепаде в 1 м вод. ст.;

ω — полная геометрическая площадь сечения потока — м² или м при задаче в плоском сечении;

J — гидравлический уклон (градиент) фильтрационного потока — величина безразмерная, равная J =H/l (2), где:

Н — потеря напора на длине пути фильтрации — м вод. ст.;l — длина контура фильтрации м;

Из формулы (1) следует, что расход грунтового потока линейно зависит от градиента, что имеет место при ламинарном движении воды.

Закон Дарси выражается также зависимостью: V = k J (3).

Выражение для скорости V можно записать также в виде: V = q / ω (4),

где V — фиктивная скорость фильтрации, отнесенная к полному сечению потока