Диссертация (1141446), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Прогибы стенынеравномерно распределены вдоль створа (рисунок 4.72а). Максимальныесмещения (14,5 см) стена получает на правобережном участке, а на русловом онине превышают 4,5 см. Из-за неравномерного распределения осадок вдоль створа(рисунок 4.72б), стена испытывает изгиб даже в плоскости стены (продольныйизгиб).В-третьих, продольный изгиб вызывает в стене деформации сжатиярастяжения в направлении от борта к борту и касательные деформации.Перемещения Uz неравномерно изменяются вдоль створа не только по величине,но и по направлению (рисунок 4.72в).В результате такого характера перемещений на отдельных участках верхняячасть стена испытывает растягивающие напряжения z в направлении от борта кборту (рисунок 4.73). Они невелики, до 0,2÷0,4 МПа, но могут вызвать появлениев стене вертикальных трещин.
На остальных участках напряжения z –сжимающие. Их максимальное значение – 1,2 МПа.280Касательные напряжения в стене могут существенными по величине, но всёже главные напряжения в стене близки по величине к осевым.По сжатию прочность глиноцементобетона оказалась не выполненной направобережном участке – сжимающие напряжения (до 4,4 МПа) заметнопревысили прочность глиноцементобетона на одноосное сжатие (2,2 МПа).
Учётбокового обжатия увеличивает прочность глиноцементобетона на сжатиеориентировочно до 4 МПа. Однако всё же прочность не обеспечивается.Коэффициент запаса прочности, вычисленный как отношение минимальныхсжимающих напряжений 1 к прочности на сжатие R, на данном участке меньше1 (рисунок 4.75).44,4 226,1 219,8 205,8 198,8шкала коэффициентов запаса прочности11,11,21,31,523458102050100Рисунок 4.75 - Распределение коэффициентов запаса прочности на сжатие в«стене в грунте» в сечении вдоль створаТаким образом, в пространственных условиях стена может испытыватьсложные изгибные деформации, иметь сложное напряжённое состояние.
Однакоосновными опасностями являются: нарушение прочности на сжатие за счёт осадок окружающего грунта, нарушение прочности на растяжение вследствие изгиба стены всобственной плоскости.4.11. Исследование работы стены, выполненной в качестве новогопротивофильтрационного элемента при ремонте грунтовой плотиныОбъект исследований. Задача исследований. На ряде каменно-земляныхплотин возникали аварийные ситуации, когда их ПФЭ выходил из строя.281Примерами могут служить плотины Balderhead (Великобритания) [Vaughan,Kluth; Ничипорович, Тейтельбаум], Hyttejuvet (Канада) [Ng, Small], Курейская[Мызников] плотины (Россия).
В глинистых ядрах этих плотин образовывалисьсквозные трещины, которые становились ходами интенсивной фильтрации.Одним из способов ремонта таких плотин является устройство в плотине новогоПФЭ в виде стены из буронабивных свай. Впервые ПФС для ремонта былаустроена в 1968 г. на плотине Balderhead [Vaughan, Kluth].Наши исследования работы стены в ремонтируемой плотины проводилисьна примере каменно-земляной плотины Курейской ГЭС. Аварийная ситуация налевобережном участке этой плотины произошла 26 июля 1992 г. [Мызников].Предположительной причиной аварий явился гидравлический разрыв ядра изнекачественной укладки суглинистого грунта. Аварийная ситуация выражалась врезком увеличении фильтрационного расхода (с 20 до 1750 л/с), в выносефильтрационным потоком значительного объёма грунта, а также проседаниигребня и верхового откоса плотины на величину около 1м [Мызников; Малышев,Рассказов, Солдатов].К паводку 1993 г.
на плотине были выполнены ремонтные работы поинъекции цементно-глинистых растворов [Пехтин, Серов, Суслопаров]. Припроведениибуровыхработнаблюдалисьучасткис суглинкомтекучейконсистенции, а также участки, заполненные песком и гравием [Малышев,Шишов, Кудрин…]. В сооружении были обнаружены 3 водопроницаемые зоны,образующие сквозные фильтрационные ходы (рисунок 4.76). Самый нижнийфильтрационный ход проходил по песчаной прослойке в основании ядра.Проект мероприятий по ремонту аварийного участка плотины заключался всоздании ПФС из буросекущихся свай диаметром 1200 мм с шагом 850 мм[Малышев, Шишов, Кудрин…; Бардюгов; Бардюков, Изотов, Гришин…].Проектная глубина стены – 35 м. Она прорезает тело грунтовой плотины высотойоколо 25 м и заглубляется в нескальное основание примерно на 10 м.
Стенавыполнялась из литого пластичного глиноцементобетона с модулем деформации30-200 МПа и прочностью на одноосное сжатие 1-2 МПа [Grishin, Deryugin].282 100Рисунок 4.76 - Конструкция Курейской плотины в расчётном сечении (ПК 7+27).1 – профиль отсыпки на верховом откосе для ликвидации аварийной ситуации, 2 профиль отсыпки на низовом откосе, 3 – местоположение ПФС, выполненной дляремонта плотины.Цветовые обозначения материалов тела плотины и основания:П-1П-3П-5О-1О-3О-5П-2П-4П-6О-2О-4О-6П-1 – суглинок ядра и понура плотины в сохранном состоянии, П-2 – зонанарушений в ядре плотины, П-3 – грунт первого слоя переходных зон, П-4 – грунтвторого слоя переходных зон, П-5 – горная масса упорных призм плотины, П-6 –гравийно-галечниковый грунт на гребне плотины, О-1 – песок основания, О-2 –скальное основание, О-3 – суглинок основания, О-4 – супесь основания, О-5 –гравийно-галечниковый грунт основания с суглинистым заполнителем, О-6 –гравийно-галечниковый грунт основания с супесчаным заполнителем.Задачей нашего исследования было определение условий работы стены времонтируемой плотине.Фильтрационныеисследованияпроводилисьвплоскойипространственной постановках.Фильтрационные расчёты в плоской постановке имели целью определениефильтрационных сил, действующих на плотину во время аварии (рисунок 4.77), ипосле устройства в ней стены (рисунок 4.78).
При этом расчёт производился дляслучая установившейся фильтрации при уровне верхнего бьефа на НПУ 94,5 м.283Рисунок 4.77 - Положение линий Рисунок 4.78равногоуровняводопроницаемых-Расчётнаяэпюрав фильтрационного давления на сваю (взонах метрах водяного столба)сооружения при аварииПространственныерасчётыфильтрациибылипроведенысцельюопределения условий формирования фильтрационной нагрузки на буронабивнуюсваю2.
Задачей расчёта было определить, насколько быстро будет формироватьсяфильтрационная нагрузка на сваю.Была решена пространственная задача о нестационарном фильтрационномрежиме сооружения при постепенном возведении в ней водопроницаемойпреграды в виде «стены в грунте». Скорость создания стены принималась равной1-2 сваи в сутки. Рассматривалось две схемы возведения стены. Первая – когдастена возводится последовательно от сваи к свае.
Вторая – когда, сначала черезодну возводятся сваи первой очереди, а затем пространство между нимизамыкается сваями второй очереди. Расчётом было получено изменение уровнейводы вокруг отдельной сваи с течением времени для двух схем возведения стены.(рисунок 4.79).2Данные расчёты были проведены автором в рамках диссертации на соискание учёной степеникандидата технических наук [Саинов М.П. Напряжённо-деформированное состояниепротивофильтрационных “стен в грунте” грунтовых плотин: дис. ... канд.техн.наук: 05.23.07].Расчёты производились с помощью вычислительной программы, составленной автором. Вданной работе результаты расчётов рассматриваются кратко.284Рисунок 4.79 - Изменение уровней фильтрационного потока вокруг сваиФильтрационные расчёты показали, что из-за низкой скорости возведениястены (1-2 сваи в сутки) фильтрационный напор быстро нарастает до значений,характерных для стационарного фильтрационного режима.Величина фильтрационной нагрузки на сваю сильно зависит от положенияэтой сваи в составе стены.
На крайние сваи (сваи в торце стены) фильтрационнаянагрузка мала, т.к. фильтрационный поток обтекает стену. Чем дальше сваярасположена от края стены, тем выше на неё фильтрационный напор.В зависимости от последовательности возведения стены характер ростафильтрационной нагрузки на отдельную буронабивную сваю различается.
Когдасваи возводятся последовательно со скоростью 1 свая в сутки напор на стенупочти полностью сформируется за 8-10 суток (рисунок 4.79). В этом случае напорбудет расти быстрее, чем протекать процесс твердения глиноцементобетона.Когда сваи возводятся в две очереди, возникает различие между условиямиработы свай первой и второй очередей.
Сваи первой очереди продолжительноевремя не испытывают нагрузок от фильтрационного потока, т.к. он проходитмежду ними. Фильтрационный напор возникает только тогда, когда пространствомежду сваями первой очереди заполняется сваями второй очереди. За эти285несколько суток глиноцементобетон может набрать 50-80% своей прочности. Смомента замыкания стены напор на сваи первой и второй очередей начинаетинтенсивно расти (рисунок 4.79). Этот процесс происходит быстрее, чем присхеме последовательного возведения.Таким образом, сваи первой очереди воспримут внешние силы при почтиуже затвердевшем глиноцементобетоне, а сваи второй очерединезатвердевшемглиноцементобетоне.Сточкизрения– приформированиянапряжённого состояния сваи первой очереди находятся в худших условиях, т.к.при большей жёсткости материала возникают и бóльшие напряжения. В расчётахНДС можно принимать самый опасный случай – когда фильтрационная нагрузкавоспринимается сваей уже при затвердевшем глиноцементобетоне.Исследования напряжённо-деформированного состояния.Для исследований НДС была составлена численная модель сечениясооружения по ПК 7+27 (рисунок 4.41 Приложения).
Поперечное сечениеплотины и её основание было разбито на 722 конечных элемента высокогопорядка, из которых 679 моделировали поведение сплошной среды, а 43 –поведение контактов между грунтами и глиноцементобетоном стены. Общееколичество степеней свободы в полученной численной модели составило 6801.Расчёты НДС проводились с учётом “истории” формирования нагрузок насооружение. Рассматривались 26 расчётных этапов, на каждом из которыхмоделировалосьизменениеконструкциисооружения,либоизменениедействующих на него внешних сил.
В численной модели сооружения былирассмотрены все характерные стадии формирования НДС.На первой стадии моделировалось НДС плотины до аварии, когдагидростатическое давление воспринималось ядром плотины (рисунок 4.80а), навторой – образование водопроницаемых зон при аварии (рисунок 4.80б). При этомгидростатические силы заменялись на объёмно и поверхностно распределённыефильтрационные силы.Далее, в рамках второй стадии расчётов учитывалось изменение НДСплотины при формировании её просадок. Для учёта просадок была разработана286специальная процедура расчётов.
Было принято, что причиной просадок являетсяне просто нарушение структуры грунта, а разрушение объёма грунта вследствиепотери части этого объёма. Т.к. оставшаяся часть объёма грунта вынужденавоспринимать усилия, приложенные ранее ко всему объёму, то она испытываетдополнительные деформации. Однако эти деформации происходят в условияхотсутствия сплошности материала и образовавшиеся полости создают грунтусвободу деформаций. Из-за этого происходит полное переформированиеструктуры грунта. Можно сказать, что просадки представляют собой процессформирования нового грунта.а)б)в)Рисунок 4.80 - Изменения в численной модели сооружения на различныхстадиях расчётов (фрагмент).а – до аварии, б – во время аварии, в – после аварии, при создании стены.1, 2 – водопроницаемые зоны и зоны просадок, 3, 4 – зоны ослабленных грунтов.Исходя из этого в расчётах было принято, что в зонах просадок НДСгрунтового массива формируется заново.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
