Диссертация (1141446), страница 37

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 37)

Нарушение прочностиконтакта на сдвиг развивается в основном от верхнего конца стены вниз. Увисячих стен нарушение прочности контакта возникает также и у нижнего конца,что ведёт к уменьшению передаваемых основанием на ПФС сжимающих усилий.Таким образом, наиболее неблагоприятное НДС имеют стены-стойкибольшой глубины.Для описания общей зависимости между maxypиE ст, применимой дляE гробоих её участков, может быть предложена зависимость более сложного вида, чемстепенная функция. Это формула вида:235 maxyp1  E B 1  1  C ст  E гр   (4.5)где B, C – эмпирические показатели.Величина B выражает предельное значение maxyp maxypB E стB / A  1  E гр  E ст. CA.BA(4.6)Однако функция (4.5 или 4.6) несколько хуже аппроксимирует полученнуюрасчётом зависимость, чем (4.3).Построение зависимостей (рисунок 4.32) позволяет провести и оценкупрочности стены и подтвердить ранее полученные рекомендации о выборематериала для устройства ПФС.Как было получено ранее, ростпрочности на сжатие при повышениимодуля деформации Eст происходиттакже по степенной зависимости, споказателем степени около 0,3.

РостнапряженийприповышенииEстпроисходит более интенсивно – споказателемстепениоколо0,8(рисунок 4.33). Отсюда очевидно, чтоприменениедлястеныжёсткихматериалов не сможет обеспечитьпрочность стены на сжатие. ДляРисунок 4.33 - Характер изменениясжимающих напряжений (график 1) ипрочностизависимости(графикмодуля2)стенывдеформацииеёматериалаобеспечения прочности стены на сжатие предпочтительнее использоватьматериалы с Eст/Eгр1.Однако, т.к. при высоких значениях Eст/Eгр рост напряжений замедляется(рисунок 4.33), прочность ПФС также может быть обеспечена. Это подтверждает236ранее сделанный нами вывод о возможности в отдельных случаях применятьбетон для устройства ПФС.Таким образом, нами получены ряд эмпирических зависимостей дляприближённой оценки прочности ПФС на сжатие, которые могут применяться напредварительнойстадиипроектирования.Однакоэтизависимости–приближённые, они не объясняют физический процесс формирования НДС стены.4.6.

Приближённая аналитическая зависимость, описывающая работустены в основании плотиныБолееточноформированияотразитьНДСПФСфизическиеприпроцессы,восприятиилежащиесжимающихвосновеусилий,можетзависимость, полученная теоретически. Ввиду влияния множества факторов онане может быть строгой и может быть построена с использованием рядаупрощающих допущений. По этой причине аналитическая зависимость будетприближённой.Поставим задачу определить значение предельного значения сжимающегонапряжения в ПФС  преданалитическим путём.yБудем исходить из того, что предельныенапряжениясоответствуютслучаю,когдапрактически по всей высоте контакта «стенагрунт» за исключением небольшого участкапроизошлапотеряпрочностинасдвиг(рисунок 4.34). В этом случае в оставшемсямаленькомучасткеконцентрироватьсянапряжения.Онистеныизначительныебудутбудутсжимающиесоответствоватьпредельным.Из условия равновесия по вертикальнымсилам получаемРисунок 4.34расчёту стены-Схемак237 предy2h p    dyt0(4.7)Здесь t – толщина стены, – касательные напряжения на участке контакта с нарушением прочности,h – длина участка контакта, на котором произошло нарушение прочности насдвиг.Т.к.

на контакте «стена-грунт» происходит проскальзывание, то касательныенапряжения на контакте соответствуют предельному сопротивлению сдвигу. Егоможно определить из условия прочности Кулона-Мора через угол внутреннеготрения  и удельное сцепление c контакта «стена-грунт»:пред   tg   c(4.8)Здесь  – нормальные напряжения на контакте. Для вертикальной стены онисоответствуют горизонтальным нормальным напряжениям в грунте x. Их можноусловно определить через вертикальные напряжения y в грунте:x  y  ,(4.9)где  – коэффициент бокового давления.Вертикальные напряжения y увеличиваются по глубине y:y  p   y .(4.10)Здесь  – удельный вес грунта.Тогда получаем, чтоh2  dy   p   y   tg   cdy  p  tg   c  h    tg 200hh(4.11)Тогда из (4.7) получаемh пред p   2 p  tg   2c    tg  h yt(4.12)Это теоретически верная формула, но сложность состоит в том, чтонекоторые величины в ней – неопределённые.Во-первых, неизвестна глубина h, на которой наблюдается максимумсжимающих напряжений.

Наши численные исследования показали, что в стене,238опирающейся на жёсткое основание, максимум напряжений наблюдается уподошвы, а в висячей стене – на глубине примерно 3/4 от высоты стены.Во-вторых, не известна величина . В состоянии покоя коэффициентбокового давления выражается через коэффициент Пуассона : 0   /(1  ) . Вреальных условиях  оказывается меньшим, т.к. под действием веса плотиныоснование стремится расшириться в стороны, что приводит к уменьшению x.Условно можно принимать   0,5  0 .Рассчитаем предельное значение сжимающих напряжений для стены-стойкиглубиной 80м.

Для данного случая =13,5 кН/м3, tg =0,78, с=0 кПа. Принимем=0,25. При h равном высоте стены (80 м) получим:пред 1,5 y80 2 1,5  0,25  0,78  0,0135  0,25  0,78  80 = 65 МПа.1По численным расчётам предсущественно меньше и составляет 42 МПа.yЭто иллюстрирует значительное влияние НДС основания на НДС ПФС. Этопоказывает, что достоверные результаты можно получить только путёмчисленного моделирования.Зависимость (4.12) в основном применима для стен-стоек, т.к.

в висячихстенах процессы проскальзывания развиваются и на нижнем участке стены.Несмотря на то, что формула (4.12) – приближенная, она позволяетпроследить влияние на напряжения в ПФС различных факторов. Анализпоказывает, что: Величина напряжений в стене сильно зависит от её глубины – чем большеглубина, тем выше напряжения; Прочностные характеристики контакта «грунт-стена» имею огромноезначение на НДС ПФС; Увеличивая толщину стены, можно уменьшить в ней напряжения.Таким образом, теоретически полученная зависимость подтвердила ранееполученные эмпирические выводы.239Теперь наши исследования будут посвящены случаям, которые не могутбыть описаны приближёнными аналитическими зависимостями.4.7.

Исследование влияния неоднородного строения грунтового массиваи консольной схемы сопряжения на работу противофильтрационной стены восновании грунтовой плотиныВ данном исследовании решались 2 задачи: оценивалось влияния неоднородного строения основания на НДС ипрочность ПФС; оценивалась работоспособность схемы сопряжения ПФС, выполненной восновании грунтовой плотины, с телом грунтовой плотины в виде высокойтонкой консоли.Эти 2 вопроса можно рассматривать как два проявления одной задачи –задачи о влиянии неоднородного строения грунтового массива на НДС ПФС.Кроме того, как проявление неоднородности можно рассматривать схемусопряжения стены со скальным основанием в виде жёсткого защемления.Исследования проводились на примере ПФС двух высоких плотин –плотины гидроузла Karkhe (Керхе) в Иране и плотины Xianlongdi (Сиалонгди) вКитае.4.7.1Исследованиянапряжённо-деформированногосостоянияпротивофильтрационной стены плотины КерхеНа гидроузле Karkhe (Керхе) ПФС выполнялась в неоднородномполускальном основании, представленном конгломератами и аргиллитами.Для возможности выявления неоднородности деформируемости грунтовогомассива на НДС ПФС расчёты проводились для нескольких подвариантов,которые потом сравнивались между собой:240работа сооружения в реальных условиях, с неоднородным строениемоснования и реальными характеристиками грунтов основания и стены,работа стены в однородном по строению основании.Для всех этих подвариантов были проведены исследования по выборуматериала для устройства стены.Описание исследуемого сооружения и его модели.

Каменно-землянаяплотина Керхе достигает высоты 124 м (рисунок 4.35) [Mirghasemi, Pakzad,Shadravan; Soroush]. Её упорные призмы выполнены из гравийно-галечниковогогрунта, а ядро – из искусственной глинистой смеси. Противофильтрационнаястена – висячая. Она имеет толщину 0,8÷1 м при глубине до 80 м. С ядром стенасопрягается с помощью консоли высотой до 8 м. 234НПУ 220 142 16323 15021 110 404Цветовые обозначения грунтов тела плотины и основания:П-1П-2П-3О-1О-2Рисунок 4.35 - Конструкция плотины Керхе в расчётном сечении1 – ядро плотины, 2 – упорные призмы, 3 – верховая перемычка с экраном, 4 –противофильтрационная стена с консолью в ядре.П-1 – искусственная глинистая смесь, уложенная в ядро плотины и экранперемычки, П-2 – грунт переходных зон, П-3 – гравийно-галечниковый грунтупорных призм плотины и перемычки, О-1 – конгломераты основания, О-2 –аргиллиты основания.В реальном сооружении гидроузла Керхе противофильтрационная стенавыполнялась из пластичного бетона (глиноцементобетона), который в среднем241имел модуль деформации 1000 МПа [Mirghasemi, Pakzad, Shadravan; Soroush] (чтосоответствует варианту №4).

Эта стена выполнялась в основании, имеющемнеоднородное строение. В основном оно состояло из конгломератов, но имелись и2 слоя аргиллитов толщиной 7 и 9 м.Модули деформации грунтов основания по данным [Mirghasemi, Pakzad,Shadravan;Soroush]составляют:дляконгломератов500÷2300 МПа,дляаргиллитов – 100÷150 МПа. В наших расчётах для конгломерата модульдеформации был принят равным E=1000 МПа, коэффициент Пуассона =0,23, адля аргиллита E=120 МПа и =0,3.Деформативные характеристики грунта ядра принимались таким образом,чтобы коррелироваться с данными натурных наблюдений за натурными осадкамиплотины [Mir Mohammad Hosseini, S.M., Tarkeshdooz].Прочностные характеристики контактов стены с окружающими грунтамибыли приняты следующими: с конгломератами с=85 кПа, =39,5, c аргиллитами с=70 кПа, =22, с глинистой «рубашкой» вокруг консоли в ядре с=0,01 МПа, =15.В численную модель сооружения была включена сама плотина, а также блокполускального основания глубиной 110 м.

Характеристики

Список файлов диссертации