Диссертация (1141446), страница 56
Текст из файла (страница 56)
В частности, раскрытиепериметрального шва составило 5÷6 см, что на 25÷30% меньше, чем привозведении без очередей. Это объясняется тем, экран первой очереди получилдополнительные осадки при восприятии веса плотины второй очереди. Крометого, нижняя часть ЖБЭ стала испытывать не растягивающее, а сжимающеепродольное усилие.а)б)Рисунок 5.51 - Нормальные (а) и продольные (б) перемещения экрана (см)при возведении плотины в 2 очереди.
Обозначения – см. на рисунке 5.50.Уменьшение изгибных деформаций и наличие сжимающего продольногоусилия благоприятно сказалось на напряжённое состояние нижней части ЖБЭ.Растягивающиенапряжениянаверховойгранипрактическиисчезли(рисунок 5.52). А на низовой грани растягивающие продольные напряжения непревысили 5,0 МПа при использовании модели линейно-деформируемой среды и3,6 МПа при использовании нелинейной модели (рисунок 5.53).61Неблагоприятные изменения произошли лишь в верхней части экранапервой очереди, где вследствие изгибных деформаций верховая грань экранастала испытывать растяжение (рисунок 5.52).Рисунок 5.52 - Продольные напряжения (МПа) на верховой грани экранапри возведении плотины в 2 очереди.
Обозначения – см. на рисунке 5.50.Рисунок 5.53 - Продольные напряжения (МПа) на верховой грани экранапри возведении плотины в 2 очереди. Обозначения – см. на рисунке 5.50.Таким образом, последовательность возведения и загружения плотиныоказывает существенное влияние на формирование НДС ЖБЭ. При возведенииплотины очередями ЖБЭ получает сжимающие усилия за счёт осадок грунтовойнасыпи под действием веса частей плотины, которые возводятся на более позднихстадиях строительства.
Это улучшает условия работы ЖБЭ.62Обобщение результатов исследований, выполненных на примере решенияпростых методических задач, позволяет сделать следующие выводы:1) В направлении вдоль откоса ЖБЭ может испытывать растягивающиенапряжения, которые могут стать причиной образования в нём трещин.2) Основной причиной образования в ЖБЭ растягивающих напряженийявляются изгибные деформации. С этой точки зрения наиболее неблагоприятноеНДС имеет низовая грань нижней части ЖБЭ.3) Ещё одной причиной трещинообразования в ЖБЭ может быть появлениев нём растягивающих продольных усилий (в направлении вдоль откоса).Растягивающие продольные усилия могут возникать из-за повышенных (посравнению с осадками) горизонтальных смещений экрана в сторону нижнегобьефа.
Необходимо, чтобы при возведении плотины качество уплотнения телаплотины обеспечивало хорошее сопротивление сдвиговым деформациям.4) Расчёты с учётом нелинейности деформирования грунтов тела плотиныпозволяют получить более благоприятное НДС ЖБЭ, чем при использованиимодели линейно-деформируемой среды, т.к. они учитывают, что к моментувосприятия гидростатического давления деформируемость грунта тела плотиныснижается за счёт уплотнения под собственным весом. Однако учёт нелинейностине вносит качественных изменений в НДС ЖБЭ.Большое влияние на НДС экрана имеет последовательность возведенияплотины и наполнения водохранилища. При возведении плотины очередями нанижнюю часть экрана передаются сжимающие усилия от осадок грунтовойнасыпи под действием веса выше лежащих слоёв.
За счёт этого снижаетсявозможность трещинообразования в экране, и улучшаются условия работыпериметрального шва.63Исследование5.11.напряжённо-деформированногосостоянияжелезобетонного экрана реальной плотиныДанное исследование было проведено на примере плотины Агуамилпа(Aguamilpa, Мексика) максимальной высотой 187 м (рисунок 5.54).
Эта плотинабыла выбрана потому, что известны её осадки по данным натурных наблюдений[Маркес Фильо, Пинто].В профиле плотины Агуамилпа камень зонирован (рисунок 5.54). Еёверховая упорная призма (зона 3B) выполнена из хорошо уплотнённого гравийногалечникового грунта (слоями по 0,6 м).
Низовая призма (зона 3С) выполнена изнаброски горной массы (слоями по 1,2 м). Между ними располагается зона изсмеси этих грунтов (зона T). Под плотиной залегает слой аллювиальногогравийно-галечникового грунта. Из-под ЖБЭ он удалён и основанием служитскальный грунт. 230 220ЖБЭ3B1B1A 952B1:1,51:1,43BТ3C 43A 31Рисунок 5.54 - Конструкция плотины Агуамилпа, принятая в расчёте.A – аллювий основания, 1A – крепление защитной призмы камнем, 1B – экранзащитной призмы, 2B – подэкрановая зона, 3B – верховая упорная призма изгравийно-галечникового грунта, 3С – низовая упорная призма из каменнойнаброски, T – промежуточная зона из смесь грунтов.Результаты натурных измерений выявили значительные различия вдеформируемости верховой и низовой призм плотины.
По показанияминклинометров, заложенных в тело плотины, на момент окончания возведения64осадки низовой призмы достигли 170 см, в то время как верховой призмы непревысили 70 см (рисунок 5.55) [Relevant aspects of the geotechnical Design…]. Посравнению с высотой плотины осадки составили соответственно 0,9% и 0,37%.Рисунок 5.55 - Осадки (см) плотины Агуамилпа по данным натурных наблюденийПосле первого наполнения прогиб железобетонного экрана составил около15 см [Маркес Фильо, Пинто].Для данной плотины нами была составлена численная модель, котораявключала в себя 465 конечных элементов высокого порядка и насчитывала 4390степеней свободы. Расчётная схема предусматривала наполнение водохранилищалишь после завершения возведения плотины.При расчётах грунт тела плотины принимался линейно деформируемым.Модули деформации грунтов тела плотины устанавливались подбором из условиясоответствия расчётных осадок натурным.
Было установлено, что модульдеформации зоны грунта зоны 3B составил 500 МПа (коэффициент Пуассона=0,19), а горной массы (зона 3С) – 30 МПа (коэффициент Пуассона =0,30),смеси грунтов – 90 МПа. При таких модулях расчётные осадки плотинысоответствуют натурным (рисунок 5.56). По сравнению с принятыми нами врасчётаххарактеристикамикамнятелаплотины(60 МПа),взоне 3Сдеформируемость камня в 2 раза выше, а в зоне 3B – ниже в 8 раз. Таким образом,камень в современных плотинах хорошо уплотняется.65 230 220 95 58,5 43 31шкала осадок [см]010204070100150Рисунок 5.56 - Осадки реальной плотины по результатам расчётовПо результатам расчётов напряжённое состояние неоднородной плотиныхарактеризуется зависанием низовой упорной призмы на промежуточной зоне, апромежуточной зоны – на верховой призме.
В результате этого концентрациясжимающих напряжений y в зоне 3 B достигает свыше 5 МПа (рисунок 5.57). Изза неравномерных осадок плотины её верхняя часть испытывает дефицитсжимающих напряжений x (рисунок 5.58).По нашим расчётам максимальный прогиб ЖБЭ на момент окончаниянаполнения водохранилища составил 17,6 см (рисунок 5.59). Он близок кизмеренному в натуре, но отличается от него на 20% в большую сторону.Маленькая величина прогиба подтверждает то, что в зоне 3В каменьдействительно имеет очень высокий модуль деформации.
Превышение расчётныхпрогибов над натурными, по нашему мнению, связано с тем, что использоваласьмодель линейно-деформируемой среды, а рост модуля с учётом обжатия грунта неучитывался.По результатам расчётов при наполнении водохранилища максимальноесмещение ЖБЭ составило 14,0 см (рисунок 5.60а), а максимальная осадка –11,9 см (рисунок 5.60б). На всём протяжении экрана осадки меньше, чем егосмещения.66 230 220 95 58,5 31 43шкала напряжений y [МПа]-5,0 -4,5-4,0-3,5-3,0 -2,5-2,0-1,5-1,0 -0,50,00,51,0Рисунок 5.57 - Напряжения y в теле плотины (вариант реальной плотины) 230 220 95 58,5 31 43шкала напряжений x [МПа]-1,2-1,0-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,10,00,10,2Рисунок 5.58 - Напряжения x в теле плотины (вариант реальной плотины)Рисунок 5.59 - Прогибы (см) экрана плотины по результатам расчётов.Красной линией показаны эпюры для реальной плотины, зелёной – дляальтернативного варианта устройства плотины.67а)б)Рисунок 5.60 - Перемещения (см) экрана плотины по результатам расчётов.а – смещения, б – осадки.
Красной линией показаны эпюры для реальнойплотины, зелёной – для альтернативного варианта устройства плотины.При таких небольших перемещениях напряжённое состояние ЖБЭоказалось крайне неблагоприятным – его изгиб мал, но он испытываетзначительные растягивающие усилия. Максимальное растягивающее продольноенапряжение в ЖБЭ составило на верховой грани 2,8 МПа (рисунок 5.61а).
Нанизовой грани за счёт изгиба оно достигло 4,3 МПа (рисунок 5.61б).а)б)Рисунок 5.61 - Продольные напряжения (МПа) на гранях экрана плотины порезультатам расчётов. а – на верховой грани, б – на низовой грани. Цветовыеобозначения эпюр см. на рисунке 5.60.68Появление в ЖБЭ растягивающих усилий объясняется тем, что смещенияэкрана превышают её осадки. Чтобы уменьшить смещения необходимо отказатьсяот зонирования плотины, предусматривающего укладку в низовую призму плохоуплотнённого камня.Для сравнения был проведён расчёт для случая однородной плотины, вкоторой модуль деформации составляет 200 МПа, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
