Диссертация (1141446), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Первый вариант –однородное строение основания из нескального грунта. Во втором вариантеверхний слой, который прорезает стена, состоит из нескального грунта, а нижележащий второй слой сложен скальной породой. В обоих случаях на участкестены основание – однородное.Грунты основания принимались линейно деформируемыми при активномнагружении и разгрузке. Модули деформации нескального грунта основания былиприняты равными: при активном нагружении – 100 МПа, а при разгрузке –500 МПа. Этот грунт соответствует гравийно-галечниково-песчаному грунту.Коэффициент Пуассона грунта был принят равным 0,35. Коэффициент трениягрунта (f=tg ) по контакту со стеной был принят равным 0,78 (=38), удельноесцепление отсутствовало.Исследованияпроводилисьдля6расчётныхсхем(таблица 4.3).Варьировались глубина стены (20, 40 или 80 м) и условия её опирания (висячая213или стойка).
Стена-стойка заглублялась в слой скального грунта с модулемдеформации 5000 МПа, т.е. моделировались условия заделки.Таблица 4.3 - Параметры расчётных схемНомер расчётной схемыIAIBICIIAIIBIICГлубина стены, м804020804020Толщина нескального основанияпод стеной, мУсловия опирания120160180000висячаястойкаСкальный грунт, на который опирались стены-стойки, при расчётах былпринят водоупором. Соответственно в расчётных схемах серии II стена-стойкавоспринимала гидростатическое давление верхнего и нижнего бьефов. Врасчётных схемах серии I висячая стена работа на восприятие нагрузок отобтекания стены фильтрационным потоком.Для каждой из расчётных схем были рассмотрены несколько вариантовматериала стены – от литого пластичного глиноцементобетона до железобетона(таблица 4.2). Нумерация расчётных вариантов – трёхзначная. Первая цифра (I, II)обозначает условия опирания, вторая буква (A, B, C) кодирует глубину ПФС,третья цифра соответствует номеру варианта материала стены.Конечно-элементная модель сооружения включала тело плотины и блокоснования.
Она была довольно подробной и состояла из 1157 конечных элементов(рисунок 4.6). По толщине ПФС было выделено 3 ряда конечных элементов. 38контактныхконечныхэлементовмоделировалинелинейноеповедениевзаимодействие грунтов основания со стеной, а также возможность появлениясдвиговых трещин в грунтовом массиве над оголовком и под подошвой стены.При создании конечно-элементной модели использовались конечные элементывысокого порядка, с кубической аппроксимацией перемещений внутри элемента.Количество степеней свободы модели составило 11208.214НПУ 94,5 1000 -200Рисунок 4.6 - Схема расчётной конечно-элементной моделиЭта же конечно-элементная модель использовалась для определенияфильтрационных нагрузок на ПФС в схемах IA, IB, IC.
Была решена задача остационарном фильтрационном режиме в основании (рисунок 4.7). Анализпоказывает, что в висячие стены воспринимает примерно в 2-3 раза меньшиегоризонтальные силы, чем стены-стойки.б)a)в)Рисунок 4.7 - Фильтрационные нагрузки на стену (в метрах водяного столба)a – при глубине стены h=80м, б – при h=40м, в – при h=20м.Расчёты велись с учётом последовательности возведения и нагружениясооружения. Было рассмотрено 32 расчётных этапа. Первый и второй этапмоделировали формирование НДС основания до создания плотины. На215следующем этапе воспроизводился процесс устройства стены траншейнымметодом – моделировалась выемка траншеи и её заполнение материалом стены.На данном этапе учитывалось, что незатвердевший материал стены можетсвободно проскальзывать относительно стенок траншеи.На следующих 16 этапах моделировался процесс послойного возведениягрунтовой плотины.
Последующие 13 этапов моделировали процесс наполненияводохранилищаипроцессформированияфильтрационных(илигидростатических) сил в основании (рисунок 4.7).Представление результатов расчёта НДС. В ходе многочисленныхпроведённых нами исследований было установлено, что существуют какминимум 2 опасных времени, для которых необходимо производить анализ НДСи прочности ПФС:1) момент завершения возведения плотины,2) момент окончания наполнения водохранилища.Первый момент времени опасен с точки зрения нарушения прочности встене на сжатие.
В этот момент времени стена воспринимает наибольшуювертикальную нагрузку, продольное сжимающее усилие. Это усилие возникаетиз-за осадок основания под действием веса грунтовой плотины. При осадкахгрунтового массива нагрузка на стену передаётся через трение по контакту«грунт-стена».Второй момент времени опасен с точки зрения возможности появления встене растягивающих напряжений. Растяжение в стене может возникнутьвследствие деформаций изгиба, которые стена получает при восприятии стенойгоризонтальных сил давления воды.Результаты расчётов НДС для рассматриваемой методической задачипредставлены на рисунках 4.8-4.31 и на рисунке 4.2-4.11 Приложения в эпюрнапряжений и перемещений для некоторых из расчётных вариантов.
Эпюрынапряжений, представленные на рисунках, не учитывают напряжения в стене отеё собственного веса.216Анализ НДС ПФС на момент завершения возведения плотины.Сравнение НДС для разных расчётных схем (рисунки 4.8-4.19, рисунок 4.2-4.6Приложения) показало следующее.a)б) в)Рисунок 4.8 - НДС ПФС варианта IA-1 на момент завершения строительстваплотины.a – осадки (см), б – вертикальные напряжения (МПа) на верховой грани, в –вертикальные напряжения (МПа) на низовой грани.Зелёные линии соответствуют эпюрам для стены. Розово-фиолетовые линиисоответствуют осадкам грунта.
Пунктирной линией обозначена прочностьматериала стены на сжатие.a)б) в)Рисунок 4.9 - НДС стены варианта IA-4 на момент завершения строительстваплотины. Обозначения см. на рисунке 4.8.217б)a)в)Рисунок 4.10 - НДС стены варианта IA-7 на момент завершения строительстваплотины. Обозначения см. на рисунке 4.8.a)б) в)Рисунок 4.11 - НДС стены варианта IIA-1 на момент завершения строительстваплотины.
Обозначения см. на рисунке 4.8.a)б) в)Рисунок 4.12 - НДС стены варианта IIA-4 на момент завершения строительстваплотины. Обозначения см. на рисунке 4.8.218б) в)a)Рисунок 4.13 - НДС стены варианта IIA-7 на момент завершения строительстваплотины. Обозначения см. на рисунке 4.8.a)б) в)Рисунок 4.14 - НДС стены варианта IC-1 на момент завершения строительстваплотины.
Обозначения см. на рисунке 4.8.a)б) в)Рисунок 4.15 - НДС стены варианта IC-4 на момент завершения строительстваплотины. Обозначения см. на рисунке 4.8.a)б) в)Рисунок 4.16 - НДС стены варианта IC-7 на момент завершения строительстваплотины. Обозначения см. на рисунке 4.8.219б) в)a)Рисунок 4.17 - НДС стены варианта IIC-1 на момент завершения строительстваплотины. Обозначения см. на рисунке 4.8.б) в)a)Рисунок 4.18 - НДС стены варианта IIC-4 на момент завершения строительстваплотины.
Обозначения см. на рисунке 4.8.б) в)a)Рисунок 4.19 - НДС стены варианта IIC-7 на момент завершения строительстваплотины. Обозначения см. на рисунке 4.8. В варианте №1, в котором модуль деформации материала стены и грунтаоснованиясовпадают,вертикальныенапряженияувстенепримерносоответствуют тому давлению, которое передаётся на стену от веса вышележащей плотины (1,5 МПа). Однако с глубиной значения напряжений унесколько уменьшаются (до 1,3 МПа) – стена передаёт часть своей нагрузки наокружающий грунт, работая как свая. Во всех остальных вариантах, в которыхстена выполнена из менее деформируемого, чем грунт основания, материала,220напряжения у больше 1,5 МПа – грунт передаёт нагрузки на стену, стенаработает как свая наоборот; Чем ниже деформируемость материала стены по отношению кдеформируемостиокружающегогрунтаоснования,темвышезначениявертикальных сжимающий напряжений у в ПФС; Для вариантов, в которых ПФС выполнена из жёстких материалов (№4 –№7), характерно проскальзывание грунта относительно стены.
Оно происходитвследствие нарушения прочности контакта на сдвиг. Процесс проскальзывания восновном развивается сверху вниз, т.к. именно в верхней части контакта «стенагрунт» сдвиговая прочность ниже из-за недостатка обжатия контакта боковымдавлением грунта основания. У висячих стен нарушение сдвиговой прочностипроисходит также и в нижней части контакта «стена-грунт»; Чембольшедеформируемостьматериаластеныотличаетсяотдеформируемости грунта основания, тем на большей длине происходитпроскальзывание на контакте «стена-грунт».
На участке, где сдвиговая прочностьконтакта сохраняется, концентрируются наиболее значительные сжимающиенапряжения у. Для вариантов, в которых ПФС выполнена из жёстких материалов(№4 – №7), максимум сжатия наблюдается в нижней части стены; У висячих стен максимальные значения сжимающих напряжений уоказываются несколько меньшими, чем у стен, опирающихся снизу на скальноеоснование. Это объясняется развитием процессов проскальзывания на контакте«стена-грунт» не только в верхней части, но и в нижней. При этом в верхнейчасти осадки стены меньше, чем у основания, а в нижней – больше(рисунок 4.16а).Оценка прочности стены на сжатие на момент завершения возведенияплотины.
Она позволяет выявить, какой материал больше подходит дляустройства ПФС.При оценке прочности стены, выполненной из пластичного материала(каким являются глиноцементобетоны), нами было предложено учитывать эффектвозрастания прочности на сжатие при наличии бокового обжатия. Учёт этого221эффекта имеет существенное значение, т.к. позволяет выявить дополнительныерезервы прочности материала ПФС и отражает его реальную работу всооружении. Учёт влияния обжатия на прочность материала осуществлён наоснове теории прочности Кулона-Мора (см. формулу 4.2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
