Диссертация (1141446), страница 42

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

Текст из файла (страница 42)

Обозначения см. на рисунке 4.65.Для всех вариантов характерно, что стена испытывает значительныевертикальные нормальные напряжения у (рисунки 4.64в÷4.67в). Они тем выше,чем выше модуль деформации материала стены. Условия сопряжения стены ибетонной галереи влияют на НДС лишь верхней части стены. За счётпроскальзывания грунта по стене, в вариантах схемы «А», напряжения у вверхней части стены несколько снижаются.

В нижней же части они изменяютсямало, т.к. они формируются в основном за счёт осадок окружающего грунта.На фоне деформаций сжатия изгибные деформации стены выражены слабо.Горизонтальные смещения стены малы (рисунки 4.64а÷4.67а). Жёсткость стенымало влияет на величины смещений и изгибных деформаций.272При низких модулях деформации изгиб стены практически не сказываетсяна распределение напряжений у в стене (рисунки 4.64в, 4.66в).

При высокихмодулях наблюдается существенная разница напряжений между гранями стены(рисунки 4.65в, 4.67в). В случае наличия между потерной и стеной промежутка вверхней части стены возможно образование зоны растягивающих напряжений(рисунок 4.67в).Анализ прочности противофильтрационной стены и выбор материала.По результатам расчётов была построена зависимость максимальных значенийсжимающих напряжений у в стене от модуля её деформации (рисунок 4.68).

Дляэтой зависимости характерно повышенные значения напряжений у принебольших значениях Eст. Например, при модуле деформации стены Eст=100МПа,который ненамного превышает осреднённое значение модуля деформации грунтаоснования (порядка 60 МПа), максимальное напряжение у составляет около2,8 МПа. Это в несколько раз больше, чем давление, передаваемое весом плотинына основание (около 0,8 МПа).Рисунок 4.68 - Сравнение изменения максимальных напряжений в стене ипрочности её материала в зависимости от модуля деформации273Этот эффект объясняется тем, что в рассмотренном случае осадки нижнегоконца стены были ограничены наличием под ним жёсткой цементационнойзавесы.

Это привело к повышению сжатия в стене, особенно в вариантах спластичным глиноцементобетоном.Аналогичный эффект был получен нами ранее в случае консольной схемысопряжения стены с ядром плотины, которая является концентраторомсжимающих напряжений. Можно сказать, что в рассматриваемом случаецементационная завеса под стеной также является концентратором напряжений.Полученныезависимости(рисунок 4.68)хорошоаппроксимируютсястепенной зависимостью вида у  A E ст n(4.14)Эмпирические параметры зависимости были получены равными:для схемы «А»: A=0,92, n=0,231;для схемы «Б»: A=0,98, n=0,243.Можно заметить, что в данном случае показатель степень n много меньше,чем тот, который мы получали ранее для других ПФС. Важно, что данноезначение n меньше, чем показатель степени в зависимости (4.1), которая отражаетрост прочности глиноцементобетона на сжатие при увеличении его модулядеформации.

Это означает, что сжимающие напряжения в стене растут так жебыстро, как растёт и прочность материала на сжатие (рисунок 4.68).Из-за повышенных значений напряжений у для вариантов с низким Eст,было получено, что ни в одном из рассмотренных вариантов прочность материалана одноосное сжатие не выполняется (рисунок 4.68). Оценка работоспособностистены изменится только, если учесть влияние на прочность бокового обжатия.Анализ показывает, что в более благоприятном положение оказываетсястена, выполненная из самого «мягкого», податливого глиноцементобетона, т.к.его прочность с учётом обжатия вырастает наиболее существенно относительноисходной.

Поэтому наиболее удачным оказался вариант №1 с самым низкиммодулем деформации глиноцементобетона. Только в этом варианте прочность на274сжатие превысила сжимающие напряжения и то только для схемы «А». В другихвариантах прочность на сжатие примерно равна сжимающим напряжениям посхеме «А», но не превышает их.Выводы.

По результатам расчётов можно сделать следующие выводы:1. Сопряжение ПФС с телом плотины рекомендуется выполнять черезбетонную галерею, причём между галереей и оголовком стены должен быть зазор.Устройство зазора между галереей и стеной позволяет уменьшить концентрацию вПФС сжимающих усилий. В рассматриваемом случае наличие зазора помоглообеспечить прочность ПФС на сжатие.

Однако следует иметь ввиду, что влияниегалереи распространяется только на небольшую глубину.2. При проектировании ПФС и выборе её материала необходимо иметьввиду, что устройство под стеной жёсткой цементационной завесы оказываетсущественное влияние на НДС стены. В рассмотренном случае это привело кконцентрации в стене сжимающих напряжений. Из-за этого при повышениимодуля деформации стены рост напряжений происходил так же быстро, как рослаи прочность материала на сжатие. Это неблагоприятно сказалось на обеспечениипрочности стены.4.10. Исследование пространственной работы противофильтрационнойстены в нескальном основании грунтовой плотиныЭти исследования были проведены для условий Юмагузинского гидроузла(построен в 1999-2005 гг.), протяжённость стены которого составляет 476 м[Баранов].Это объект представляет интерес потому, что геологическое строениеоснования Юмагузинской плотины – очень сложное.

На русловом участкетолщинарыхлыхотложенийневелика,ионипредставленыгравийно-галечниковыми грунтами (рисунок 4.69, 4.70). На пойменном участке основание275имеет большую мощность и представляет переслаивание глинисто-щебенистыхгрунтов (рисунок 4.70, рисунок 4.39 Приложения).На русловом участке стена упирается на скалу (рисунок 4.69), а на береговом– является висячей (рисунок 4.61, рисунок 4.39 Приложения).

Кроме того, ПФСимеет разные условия работы в плотине. На пойменном участке высота плотины,меньше, чем на русловом (рисунок 4.39 Приложения). При этом в русле стенапрорезает не только основание, но и нижнюю часть плотины (рисунок 4.70)[Баранов].273ФПУ 270УВБ 253225,4221,5201,5218,3Рисунок 4.69 - Конструкция грунтовой плотины Юмагузинского гидроузла истроение его основания в поперечном разрезе на русловом участке.Обозначения см. на рисунке 4.70.Для исследований пространственного НДС стены была создана численнаяпространственная модель грунтовой плотины и нескального основания.

Былиучтены сложное строение основания, изменение конструкции плотины по длинествора, а также реальная схема последовательности возведения сооружения истены на разных участках плотины.В численную модель сооружения были включены тело плотины,негрунтовые конструкции в ней (бетонная галерея, форшахта и “стена в грунте”)и нескальное основание. Швы между секциями галереи моделировалиськонтактными элементами. Пространственная численная модель сооружениявключала 16754 конечных элементов сплошной среды и 2849 контактныхэлементов.

Количество степеней свободы модели составило 53445.276Рисунок 4.70 - Сооружения Юмагузинского гидроузла и строение его основания вразрезе по створу.1–цементационная галерея, 2–левобережный туннель водосброса и ГЭС, 3–правобережный поверхностный водосброс, 4 – шпора для сопряжения водосбросаи ядра.Красной линией обозначена нижняя граница ПФС, розовой линией – нижняяграница инъекционной завесы, зелёной линией – нижняя граница цементационнойзавесы. Синей линией обозначен уровень грунтовых вод до возведения гидроузла.Цветовые обозначения материалов:Г-1Г-1аГ-4Г-5Г-2,3Г-6С-1С-2Г-8ИГЭ-2ИГЭ-3ИГЭ-5ИГЭ-6ИГЭ-4ИГЭ-7ИГЭ-8ИГЭ-9бетонгцбГ-1 – щебенистые грунты с глинистым заполнителем, использованные дляядра, Г-1а – суглинки тела плотины, Г-2,3,6 – грунт переходных зон и обратныхфильтров, Г-4 – галечниковые грунты, Г-5 – горная масса, Г-8 – грунты изполезных выемок, С-1,2 – известняки основания, ИГЭ-1,2,3,4,5,6,7,8,9 – грунтыоснования, ИГЭ-1, ИГЭ-2 – галечниковый грунт, ИГЭ-3 – щебенисто-глыбовыйгрунт, ИГЭ-4 – суглинок гравелисто-дресвяный, ИГЭ-5 – суглинок галечниковощебенистый, ИГЭ-6 - гравийно-дресвяный грунт с глинистым заполнителем,ИГЭ-7 – глина галечниково-щебенистая, ИГЭ-8 – галечниково-щебенистый грунтс суглинистым заполнителем и прослоями глины, ИГЭ-9 – галечниковый грунт.277Деформативные характеристики грунтов основания были подобраны такимобразом, чтобы осадки бетонной галереи (расположенной над оголовком стены)соответствовали натурным данным (рисунок 4.71, рисунок 4.40 Приложения).При калибровке модели было обнаружено, что подъём секций бетонной галереисвязан с наполнением водохранилища (рисунок 4.71, рисунок 4.40 Приложения)[Саинов, 2015, Пространственная работа противофильтрационной стены].

Вцелом модель удовлетворяет данным натурных наблюдений, что позволяетисследовать реальные пространственные условия формирования НДС плотины истены.Рисунок 4.71 - Осадки секций бетонной галереи (мм)Исследования проводились для модуля деформации глиноцементобетонастены равном 500 МПа и для схемы сопряжения с потерной, когда стена неупираетсявпотерну.Инъектированиегрунтовцементнымирастворамимоделировалось путём повышения модуля их деформации до 2500 МПа.Полученное путём численного моделирования НДС ПФС характеризуетсясложнымраспределениемперемещений(рисунок 4.72),деформацийнапряжений (рисунки 4.73, 4.74).Можно выделить следующие особенности пространственного НДС стены.и278Во-первых, стена практически повсеместно испытывает сжатие во всехнаправлениях, но преимущественно в вертикальном направлении. Сжатие стенынеравномернораспределеноподлинествораиз-заразличияосадок(рисунок 4.72).

На береговом участке осадки примерно в 2 раза превышаютосадки русловой части стены. Максимальные осадки испытывает оголовок стеныв районе ПК 3+50 (секция С-16), где высота плотины близка к максимальной дляберегового участка. Они составляют 25,4 см. С глубиной осадки затухают(рисунок 4.72).В том же сечении наблюдается максимум сжимающих вертикальныхнапряжений y – 4,4 МПа (рисунок 4.73), что несколько больше, чем при решенииплоской задачи (п.4.9).а)русловой участок 226,1 205,8правобережный участок44,4 219,8 198,844,4б) 226,1 219,8 205,8 198,8шкала смещений и осадок [см]–27–24 –21 –18 –15 –12–9–6–3036912151844,4в) 226,1 205,8–4,5–4 –3,5 –3 219,8 198,8шкала перемещений [см]–2,5–2 –1,5–1 –0,500,511,522,53Рисунок 4.72 - Расчётные перемещения «стены в грунте» (сечение вдоль створа).а – горизонтальные смещения Ux, в направлении из верхнего бьефа в нижний,б – осадки Uy, в – смещения Uz в направлении от борта к борту27944,4 226,1 205,8 219,8 198,8шкала напряжений [МПа]–5 –4,5 –4 –3,5 –3–2,5–2 –1,5 –1 –0,500,511,522,5Рисунок 4.73 - Напряжения y в «стене в грунте» в сечении вдоль створа44,4 226,1 205,8 219,8 198,8шкала напряжений [МПа]–2 –1,8 –1,6 –1,4 –1,2 –1 –0,8 –0,6 –0,4 –0,200,20,4 0,60,81,0Рисунок 4.74 - Напряжения z в «стене в грунте» в сечении вдоль створаВо-вторых, стена испытывает изгиб во всех направлениях.

Характеристики

Список файлов диссертации