Проектирование и строительство земляных плотин - [8]

Рис.6.2. а) оползание откоса; в) схема к расчету устойчивости откоса.

При сбросе через высокую водосливную плотину паводковых вод происходит вибрация местности, которая передается на значительные расстояния, в том числе и на земляную плотину. Это явление также учитывают при назначении коэффициента запаса устойчивости откосов плотины.

Кроме обрушения массива откоса, особенно в процессе намыва, на устойчивость откоса влияет суффозия (вымывание) мелких частиц грунта под действием фильтрационных вод, и оно может привести к постепенному обрушению откоса.

Кроме этого, приводим простой расчет устойчивости откоса на оплывание (суффозию) в месте выхода фильтрационного потока на поверхность [Л. 3 стр. 629].

4. Расчет устойчивости низового откоса нa оплывание в месте выхода фильтрационного потока на поверхность (фиг. 22—15)

Этот расчет выполняется по формуле:

γJ+ γ_rsinθ ≤ γ_rcosθ tg φ

где γ — объемный вес воды, принимаемый равным 1 г/см³ или т/м³;

γ_r — объемный вес влажного грунта (в воздухе), приближенно принимаемый γ_r ≈ 2 т/м³;

θ — угол наклона откоса к горизонту;

φ — угол внутреннего трения грунта, из которого выполнен откос;

I — градиент фильтрационного потока на выходе, принимаемый J_пред = sin θ.

Фиг. 22—15. Схема для расчета устойчивости откоса на оплывание.

При решении равенства (22—15) поручается приближенно для отсутствия оплывания:. (22—16)

Примерные значения угла внутреннего трения φ для песков даны в таблице 2 [4 стр. 23].

Таблица 2.

Для расчета плотин 1 — 2 классов необходимы лабораторные определения угла внутреннего трения для конкретных грунтов плотины.

Примерные значения заложения откосов земляных плотин приведены в таблице раздела 6 [2].

При проектировании плотины сначала выбирают профиль плотины и заложение откосов по таблице или аналогам, а затем проверяют выбранный профиль на сдвиг, устойчивость откосов и фильтрацию.

7. Грунты для земляных плотин

7.1. Общие требования к материалам земляных плотин

Основными качествами, которыми должен обладать грунт для тела однородной земляной плотины, являются водонепроницаемость, прочность, характеризуемая в основном внутренним трением и сцеплением, и водоустойчивость.

В плотине, выполняемой из нескольких грунтов, каждая часть ее требует грунта, обладающего специфическими для этой именно части качествами. Так, защитный слой должен обладать только прочностью и водоустойчивостью, для ядра и понура особенно важна водонепроницаемость, для экранов — пластичность, водонепроницаемость и прочность. Грунты, укладываемые у верхового откоса, должны быть вообще возможно более водопроницаемы; наоборот, зону низового откоса целесообразно устраивать из грунта более водопроницаемого, так как это ведет к снижению кривой депрессии близ этого откоса и к увеличению его устойчивости. Наконец материал дренажных призм и обратных фильтров должен быть пористым, а для фильтров, кроме того, подобранным по определенному закону. Материал для намывных плотин должен удовлетворять некоторым дополнительным требованиям.

7.2. Гранулометрический состав грунта

Основной характеристикой грунта является его гранулометрический состав.

Для насыпных плотин. Наилучшим грунтом для однородной земляной плотины служит естественная смесь частиц разной крупности, в которой мельчайшие пылеватые и глинистые частицы (d ≤ 0.01 — 0.005 мм) заполняли поры между более крупными (песчаными, гравелистыми) образующими скелет, обеспечивая вместе с тем непосредственное соприкосновение между собой крупных частиц. Подобный грунт обладает большим углом внутреннего трения и вместе с тем благодаря заполнению пор тонким глинистым материалом — ничтожным коэффициентом фильтрации. Содержание глинистых частиц в грунте характеризует и водонепроницаемость и прочность грунта. При содержании этих частиц 6 — 25% всего объема грунта он пригоден для однородного тела плотины, при большем — только для ядер, экранов, понуров. Песчаные грунты могут быть применены для однородных плотин, если коэффициент фильтрации их достаточно мал, в противном случае они идут в проницаемые части тела плотин (низовые), если же из них выполняется все тело плотины, требуется противофильтрационные устройства — ядра, диафрагмы, экраны.

Большое значение имеет степень неоднородности грунта, характеризуемая коэффициентом ŋ = d₆₀/d₁₀. При ŋ ≥ 30 — 100 грунты обладают малой порозностью и хорошо уплотняются при укатке, при ŋ = ≤ 5 — 10 грунты уплотняются плохо, обычно они водопроницаемы.

При выборе типа плотины приходится считаться с карьерами местного грунта, которые во многих случаев и определяют тип плотины.

По гранулометрическому составу в земляной насыпной плотине могут быть использованы все грунты за исключением жирных суглинков и глин и мельчайших песчано-илистых грунтов.

Рис.7.2.1. Кривые гранулометрического состава грунтов карьеров намывных плотин

1 — Угличская; 2 — Сестринские дамбы; 3 — дамбы Волгостроя; 4 — Шекснинская; вская; 6—7 — Мингечаурская; 8 — Цимлянская; 9 — Сталинградская; 10 — Куйбышевская; 11 — Александер; 12. Форт-Пек; 13 — плотина из суглинка (СССР). (Гришин, стр. 397).

Для намывных плотин