Строительство гидротехнического сооружения

 

      Таблица 4.2 - Значения напряжений σ_z выраженные в долях от интенсивности равномерно распределённой нагрузки 

 

5 РАСЧЕТ  УСТОЙЧИВОСТИ НИЗОВОГО ОТКОСА  ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ 

      Степень устойчивости низового откоса оценивается коэффициентом запаса устойчивости k_з. В результате расчета заданного откоса требуется найти минимальное значение k_з и сравнить эту величину с k_з.доп, при этом должно быть соблюдено условие k_з.мин k_з.доп, где величину допускаемого коэффициента запаса k_з._доп назначают в зависимости от класса капитальности сооружения и условий работы откоса по таблице 5.1. 

      Таблица 5.1 - Допускаемые коэффициенты запаса устойчивости откосов 

 
 

      Расчёт: 

      Определить  коэффициент запаса устойчивости низового откоса грунтовой плотины. Грунт тела плотины - суглинок. В основании плотины присутствуют: супесчаный грунт мощностью 4,5 м и ниже суглинистый грунт. Конструкция поперечного профиля плотины аналогична примеру раздела 2. Кривая депрессии принимается по расчетным данным в примере раздела 3. Класс капитальности сооружения III.

      Расчет  ведется по методу круглоцилиндрической поверхности графоаналитическим способом. Вычерчивается поперечный профиль плотины при условии равенства горизонтального и вертикального масштабов. Проводится осредненная линия низового откоса А'В'. На профиль наносится кривая депрессионной поверхности фильтрационного потока в теле плотины.

      Коэффициент запаса на устойчивость определяется как отношение суммы моментов удерживающих сил к сумме моментов сдвигающих сил: 

                    (5.1) 

      Действующие силы определяются в следующей последовательности:

      1 Строится прямоугольник ДЖЖ'Д'. Для построения из средины осредненного (линия А'В') откоса (точка Б) прочерчивается вертикаль и линия под углом 85º и затем, пользуясь таблицей 5.2 вычисляются радиусы БД и БЖ и проводятся дуги ДД' и ЖЖ'. 

      Таблица 5.2 - К построению кривой скольжения

 
 

      БД=k₁·Н_пл =0, 75*14,542=10,9 м;

      БЖ=k₂·Н_пл =1,75*14,542=25,45 м. 

      В секторе ДЖЖ'Д' выбираем центр скольжения О, из которого радиусом R очерчиваем кривую скольжения АГ с таким расчетом, чтобы она проходила между осью плотины и бровкой низового откоса плотины.

      2 Делим массив откоса АА'В'ГА на вертикальные полосы шириной b= 0,1R. Разбивку полос начинаем с нулевой, которая располагается по обе стороны от вертикали, опущенной из точки О до пересечения с кривой скольжения АГ.

      3 Для рассматриваемой полосы sin α равен ее порядковому номеру, поделенному на 10. Для полос, расположенных от нулевой полосы влево sin α - положительны, а для полос, расположенных вправо - отрицательны. При этом, для первой и последней полос sin α принимается в зависимости от доли полосы по отношению к полной ее ширине, например, в полосе 10 sin α=0,3, а в полосе -7 sin α= - 0,4 .

      4 Вычисляется cos α формуле: 

                    (5.2) 

      По  оси полосы измеряются ее средние  высоты: от поверхности отко 
са до линии депрессии для фунта плотины с естественной влажно 
стью h_ес.пл, от линии депрессии до линии основания - грунт плотины насыщенный водой h_нас.пл, от линии основания - высота насыщенных водой грунтов основания в пределах расчетного массива h_{нас.осн 1}, h_{нас.осн 2}, h_{нас.осн 3}.  

      6 Приведенную высоту полосы определяем по формуле: 

                         (5.3) 

      Значения  объемного веса грунта принимаются  по таблицам средних значений физико-механических характеристик грунтов оснований и тела плотины

      7 Выбор угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с проводится также по таблицам средних значений физико-механических свойств грунтов оснований и тела плотины в зависимости от того, в какой области относительно кривой депрессии и в каком слое основания находится низ отсека полосы .

      Для настоящего распределения грунтов тела плотины и основания выбраны характеристики, показанные в таблице 5.3.

      Каждой  области с выбранными φ и с вдоль кривой скольжения отвечает соответствующий центральный угол β_i. Общая длина дуги кривой скольжения складывается из длин участков l_i: 

                    (5.4) 

      Таблица 5.3 - К построению кривой скольжения 

 
 

      Расчеты по формулам 5.1 - 5.4 сводятся в таблицу 5.4. В таблице 5.4 также выполняются промежуточные расчеты с получением значений необходимых для окончательного вычисления коэффициента устойчивости низового откоса.

      8 К числу сил, сдвигающих низовой  откос, относится сила ΩΙ - гидродинамического давления определяемая площадью фильтрационного потока Ω в зоне оползающего массива и средним уклоном фильтрационного потока Ι в этой зоне. 

                    (5.5) 

                    (5.6) 

      где  , - параметры градиента фильтрационного потока в зоне сползающего массива. 

      Площадь фильтрационного потока Ω определяется суммированием путем насыщенных высот полос по полосам обрушаемого массива (графы 5 - 8 таблицы 5.4) и умножением на ширину полосы.

      В ходе графических построений вектор силы гидродинамического давления проводится через центр тяжести фигуры, ограниченной депрессионной кривой и кривой скольжения. Относительно центра скольжения О определяется плечо силы r.

      Величину  коэффициента запаса на устойчивость определяем по формуле 5.7: 

                    (5.7) 

                    

      Полученное  значение коэффициента запаса удовлетворяет  нормальным условиям работы сооружений III класса. Однако, при выполнении единственного расчета нельзя сделать вывод о том, будет ли полученное значение коэффициента устойчивости минимальным. В практике проектирования с допускаемым значением коэффициента запаса сравнивается минимальное значение k_{з мин}, полученное в результате расчетов по нескольким кривым скольжения.

 

      Таблица 5.4 - Расчет действующих сил