Диссертация (Напряжённо-деформированное состояние грунтовых плотин с противофильтрационными элементами из материалов на основе цемента), страница 2

11876.2. О грунтоцементных смесях и их свойствах ……………...…….....6.3. Исследование НДС каменно-набросной плотины сжелезобетонным экраном и подэкрановой зоной изгрунтоцементобетона……………………………………………………...6.4. Исследование работы массивного противофильтрационногоустройства с дублирующей противофильтрационной защитой в видеполимерной геомембраны………………………………………………...6.5. Исследование НДС каменно-набросной плотины синъекционной завесой…………………………………………………….Выводы к главе 6…………………………………………………………Глава 7. ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЁННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЛОТИНКОМБИНИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ………………………………….7.1.

Перспективы применения плотин комбинированнойконструкции………………………………………………………………..7.2. Исследования НДС комбинированной плотины………………….7.3. Исследования НДС каменно-набросной плотины с комбинациейпротивофильтрационных элементов – железобетонного экрана иглиноцементобетонной стены…………………………………………….Выводы к главе 7…………………………………………………………120127137143151153153154165178ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………… 180Список сокращений…………………………………………………….Список литературы………………………………………………….....Список иллюстративного материала………………………………...Благодарности…………………………………………………...............186187206207ПРИЛОЖЕНИЕ…..……………………………………………………..Приложение 1…………………………………………….………………Приложение 2…………………………………………….………………Приложение 3…………………………………………….………………Приложение 4…………………………………………….………………Приложение 5…………………………………………….………………Приложение 6…………………………………………….………………Приложение 7…………………………………………….………………2262262292312352612772798ВВЕДЕНИЕПротивофильтрационные элементы (далее – ПФЭ) играют ключевую роль вконструкциях грунтовых плотин, т.к.

выполняют основную функцию плотины –удержание воды. ПФЭ выполняются не только в теле плотины, но и в основании.Противофильтрационные устройства могут быть различными по своейконструкции и по виду материала, обеспечивающего их водопроницаемость. Онимогут выполняться как из местных грунтов, так и из негрунтовых материалов.ПФЭизнегрунтовыхматериаловужедавноиспользуютсявгидротехническом строительстве, однако в современный период их применениеполучило своё новое развитие. Это связано с развитием индустрии производствастроительных материалов и изделий, а также с развитием строительныхтехнологий – появились новые материалы и изделия, а уже привычные сталиболеедоступнымииэффективными.Благодарясовершенствованиюстроительных машин и строительного оборудования возросла механизациястроительныхработипоявилисьновыевозможностидляприменениянегрунтовых материалов в гидротехническом строительстве.Негрунтовые материалы – материалы искусственные, они получаются путёмобработки природного сырья.

В процессе изготовления можно изменятьструктуру искусственных материалов и изделий, а также регулировать ихсвойства.Можнотехнологическийдажепридаватьпроцесспозволяетимновыедобиватьсясвойства.болееКрометого,высокогоигарантированного качества продукции. Это даёт искусственным материалам иизделиямпреимуществаприменятьсятам,гдепередкприродными.НегрунтовыепротивофильтрационнойзащитеПФЭмогутпредъявляютсяповышенные требования, требующие полного исключения фильтрации.Кроме того, негрунтовые материалы находят своё применение там, где нетпригодных для строительства грунтов, или климатические условия не позволяютих использовать. Это актуально для нашей страны, большая часть территориикоторой длительное время находится в зоне отрицательных температур.9Наличиеунегрунтовыхматериаловтакихпреимуществделаетэффективным их применение для борьбы с фильтрацией в основании и в телегрунтовых плотин.

Высокий напор, который действует на ПФЭ в теле иосновании плотин, предъявляет высокие требования к их надёжности. Поэтомутребуется научное обоснование конструкций негрунтовых ПФЭ грунтовыхплотин, этому и посвящена данная работа.Вработеспомощьючисленногомоделированияисследовалосьнапряжённо-деформированное состояние (далее – НДС) противофильтрационныхэлементов,выполненныхизматериаловнаосновецемента(бетон,глиноцементобетон и др.) в основании и теле грунтовых плотин и проводилсяанализ работоспособности их конструкций.Актуальность темы исследования обусловлена расширением применениянегрунтовых ПФЭ в конструкциях и основаниях грунтовых плотин, а такжепотребностью в создании новых, более совершенных и надёжных ПФЭ дляплотин большой высоты. Основными преимуществами негрунтовых ПФЭявляются возможность регулирования и модификации свойств их материалов, вт.ч. для применения в суровых климатических условиях.

Важное значение срединегрунтовых ПФЭ грунтовых плотин имеют те, которые выполняются изматериалов на основе цемента (бетон, глиноцементобетон, грунтоцементныесмеси и др.). Это железобетонные экраны каменно-набросных плотин идиафрагмы (стены), выполненные в основании или теле грунтовых плотинметодом «стена в грунте», инъекционные завесы и др.Каменно-набросные плотины с железобетонным экраном в настоящиймомент являются одним из наиболее перспективных типов грунтовых плотин, оничасто строятся в странах Азии и Латинской Америки, могут достигатьзначительной высоты и применяться в самых различных условиях.

Актуальнымявляется вопрос о возможности применения каменно-набросных плотин сжелезобетонным экраном (далее – ЖБЭ) для строительства крупных гидроузловна востоке России, в слабо освоенных районах с суровым климатом.10Активно для создания ПФЭ используются и конструкции, возводимыеметодом «стена в грунте». Этим способом устраиваются противофильтрационныестены для борьбы с фильтрацией в основании плотин и в теле тех грунтовыхплотин, которые требуют ремонта. Кроме того, особенно актуальным в настоящеевремя является вопрос о возможности устройства методом «стена в грунте»диафрагм во вновь строящихся высоких грунтовых плотинах.Инъекционные завесы в основном они используются для борьбы сфильтрацией в основании плотин, но с учётом накопленного опыта они могутрассматриваться как перспективный тип ПФЭ грунтовой плотины.Применение выше перечисленных типов негрунтовых ПФЭ сдерживаетсянедостаточнойизученностьюусловийихработы,отсутствиемгарантийобеспечения их прочности и трещиностойкости.

В частности, в железобетонныхэкранах ряда современных сверхвысоких плотин образовывались трещины,которые могли привести к разрушению этих плотин. Поэтому актуальнымявляется вопрос о выявлении причин возможного нарушения прочности втонкостенных негрунтовых ПФЭ.Актуальность данной работызаключаетсяв научном обоснованииконструкций грунтовых плотин с негрунтовыми ПФЭ, в формулированияпринципов их проектирования, а также создании методики их расчётногообоснования.Степеньразработанностипроблемы.Научноеобоснованиепроектирования негрунтовых ПФЭ в составе грунтовых плотин, его методологияв настоящее время разработаны недостаточно. Для расчётов и исследованийгрунтовыхплотинснегрунтовымиПФЭприменяютсяразличныевычислительные программные комплексы с широкими возможностями (DIANA,PLAXIS и др.). Путём численного моделирования они позволяют решать задачи онапряжённо-деформированном состоянии (далее – НДС) сооружений как вплоской, так и в пространственной постановке, с учётом нелинейностидеформирования грунтов и взаимодействия грунтового массива с негрунтовымиконструкциями.11Однако задачи о работе жёстких конструкций в грунтовом массиве имеютсвои особенности и требуют применения особых подходов для своего решения.Особенности этих задач связаны со сложным характером работы жёсткихконструкций в грунтовом массиве.

Модель сооружения, создаваемая причисленном моделировании, должна правильно отражать его работу. Опытпоказывает, что для получения достоверных результатов при моделированиинеобходимо учитывать нелинейный характер взаимодействия негрунтовыхконструкций между собой и с грунтовыми массивом, а также последовательностьвозведения и нагружения сооружения. Кроме того, важное значение имеетнелинейность деформирования грунтовой среды.Особенности методики решения задач о работе жёстких конструкций вгрунтовоммассивесвязанысосложностямиобеспечениядостоверныхрезультатов при численном моделировании.

Во-первых, имеются трудности приреализации методики расчёта с учётом нелинейности поведения среды. Вовторых, оказывается непросто обеспечить требуемую точность решения задачи,т.к. грунтовый массив и негрунтовые конструкции о сильно различаются пожёсткости. Решение задачи ещё более осложняется, если жёсткая негрунтоваяконструкция – тонкостенная.Традиционныеметодикиивычислительныепрограммыневсегдаприменимы для решения задач о НДС грунтовых плотин с тонкими негрунтовымиконструкциями. По-видимому, из-за этих сложностей в настоящее времяотсутствует полноценный анализ условий работы жёстких тонкостенныхпротивофильтрационных конструкций в высоких грунтовых плотинах.Исследования НДС противофильтрационных стен в основании и телегрунтовых плотин очень редки, а имеющиеся часто ограничиваются решениемконкретных плоских задач (Радзинский А.В., Дао Туан Ань, Ding, Zhang).

Общейтеории работы противофильтрационных стен в основании и теле грунтовыхплотин на данный момент не создано. Не решённым является один из важнейшихвопросов проектирования противофильтрационных стен – вопрос о выборематериала для их устройства.12ИсследованияНДСЖБЭкаменно-набросныхплотинвыполняютсясущественно чаще. Этому вопросу посвящены работы ряда зарубежных авторов(Arici, Özel, Mohsen Ghadrdan, Bin Xu и др.). Однако результаты этихисследований довольно противоречивы. В практике проектирования бытуетмнение, что ЖБЭ находятся в состоянии двухосного сжатия, но оно не объясняетобразование трещин в экранах некоторых плотин.