3 Фильтрационные расчеты

В соответствии со СНиП 2.06.05 —84 фильтрационные расчеты следует выполнять для определения фильтрационной прочности тела плотины, ее основания и берегов; расчета устойчивости откосов плотины и берегов; обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и конструкций плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.

В ходе выполнения расчетов определяют положение депрессионной кривой, фильтрационный расход воды через тело плотины и ее основание, скорости и градиенты напора фильтрационного потока в теле плотины, основании, а также в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границах противофильтрационных устройств. Для ответственных сооружений положение депрессионной поверхности и другие параметры определяют также и в берегах — в зоне движения обходного фильтрационного потока. Ввиду сложности теоретических решений параметры фильтрационного потока в берегах зачастую устанавливают специальными лабораторными исследованиями. Способы и схемы фильтрационных расчетов с большой надежностью разработаны для плотин, расположенных на водонепроницаемом основании. Под водонепроницаемым понимают такое основание, коэффициент фильтрации которого по сравнению с коэффициентом фильтрации плотины настолько мал, что может быть приравнен нулю. Методы расчета, учитывающие дре­нирующую способность основания, сложны и приведены в специальной литературе. Ниже рассмотрены только некоторые из них применительно к плотинам с экраном и понуром.

Рассчитываем фильтрационный расход через тело плотины. Вследствие того, что в плотине предусмотрен пластичный экран и трубчатый дренаж, расположенный на расстоянии 19,00 м от подошвы низового откоса, то выход депрессионной кривой осуществляется на дренаж. Расчет ведется в следующей последовательности:

,

где L_р – ширина эквивалентного профиля плотины по основанию

L=9+24007+24-19-0,5+2+5=24027,5 м

В_гр=10 м;

b_пр.гр=B_гр+L_пр.я-δ_ср=10+24000-2=24008 м

,

где β – коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса

β = m₁ / (2m₁+1)

при m₁≥2, то β = 0,44

=0,44∙9 = 3,96 м

=3,96+24027,5=24031,46 м

Фильтрационное уравнение имеет вид:

q_т = К_т∙H₁²/ (2L_p)

q_т =12*9,0 ² / (2*24031,46) = 0,34 м/с

q₀ не рассчитываем, так как q₀<< q_т

Кривую депрессии строят по уравнению

_{задаваясь не менее 6 раз значениями} xв диапазоне от х = ΔLдо х=ΔL+х_ви от х=ΔL+х_в+L_пр.ядо х =

Таблица 2 – Координаты точек кривой депрессии

X	6	10	15	17	24017	24022	24027
Y	9,0	9,0	9,0	9,0	2,99	2,99	2,99

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

v_вых= К_т∙I_вых,

где I_вых - уклон кривой депрессии (градиент напора) при выходе на низовой откос:

= (2,99-2,99) / (24027-24022) = 0

=0 м/сут

где - падение депрессионной кривой на интервалех, равном разности абсцисс двух последних расчетных точек при построении кривой депрессии.

3.1 Фильтрационная прочность грунтов тела плотины и ее основания

Фильтрационную прочность тела плотины и противофильтрационных устройств оценивают на основе соответствующих расчетов и экспериментальных исследований грунтов при действующих в сооружении градиентах напора. При этом учитывают напряженно-деформационное состояние плотины и ее основания, особенности конструкции плотины, а также методы ее возведения и условии эксплуатации. При выполнении расчета фильтрационной прочности напор, действующий на плотину, принимают равным его наибольшему значению.

Для того, чтобы не допустить фильтрационные деформации, необходимо выполнить следующие условие:

I_ср≤I_к ^ср / К_н ,

где I_ср – действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации;

I_к ^ср – критический средний градиент напора (I_к ^ср = 8, т.к. суглинок);

К_н – коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый в зависимости от класса сооружений (К_н = 1,10).

Проверку выполнения условия следует проводить для всех возможных зон возникновения фильтрационных деформаций.

Расчеты фильтрационной прочности нескальных оснований плотин выполняют в соответствии с рекомендациями. При этом действующий средний градиент напора в основании плотины:

I_ср = (H₁-H₂) / (nВ_пл),

где n – поправочный коэффициент.

I_ср = (9,0) / (1,2∙83) = 0,09

Следовательно, I_ср≤ I_к ^ср / К_н , т.е. 0,09 ≤ 8. Значит фильтрационная прочность достаточная.