Диссертация (1141446), страница 66
Текст из файла (страница 66)
При назначении свойств крупнообломочного грунта,закреплённого бентонито-цементным раствором (цемента и бентонита около100 кг на 1 м3) за аналог можно взять глиноцементобетон стены Курейскойплотины [Малышев, Шишов, Кудрин, Бардюгов]. Можно ожидать, что модульдеформации, составит около 100÷200 МПа, а прочность – 1÷2 МПа.127Обобщая представленную информацию, необходимо отметить следующее:1) Грунтоцементобетоны и грунтоцементы нельзя считать аналогичнымипо свойствам с бетоном, даже и укатанным. Их деформируемость и прочность какправило заметно ниже, чем укатанных бетонов.
Это объясняется различием втехнологии изготовления грунтоцементобетонов, а также в составе заполнителей.Приближённо можно считать, что модуль деформации грунтоцементобетонов игрунтоцементов находится в интервале от 1000 до 5000 МПа.2) Материал инъекционных завес кардинально отличается от другихгрунтоцементных смесей за счёт наличия в его составе бентонита. Свойства этогоматериала не исследованы, при назначении его свойств за аналог необходимопринимать не свойства грунтоцементов, а свойства глиноцементобетонов.3) Свойства грунтоцементных смесей изучены на данный моментнедостаточно для того, чтобы разрабатывать и использовать нелинейные моделиих поведения.6.3.
Исследование НДС каменно-набросной плотины с железобетоннымэкраном и подэкрановой зоной из грунтоцементобетонаЗадачи исследования. Как было показано ранее, современные конструкциикаменно-набросных плотин с ЖБЭ не гарантируют необходимого уровнянадёжности, и необходимо искать новые конструктивные решения плотинданноготипа. Одним из таких решенийявляется предложение проф.Л.Н.Рассказова [Рассказов, Саинов, 2011; Razzkazov, Sainov] о выполненииподэкрановой зоны из грунтоцементобетона (далее – ГЦБ). Ещё раньше, в 1990-хгодах, в Албании планировалось построить высокую каменно-набросную плотинуплотину Bovilla c ЖБЭ, уложенным на подэкрановую зону из грунтоцемента[Sembenelli, Sembenelli, Scuero; Cazzuffi, Giroud, Scuero&Vaschetti].Учитывая, что материалы экрана и подэкрановой зоны выполнены наоснове цемента, предложенный тип плотины можно отнести к плотинам смассивным негрунтовым ПФЭ в виде экрана.128Первое назначение подэкрановой зоны (ПЭЗ) из грунтоцементобетона –защита плотины от фильтрации в случае нарушения водонепроницаемостиосновного ПФЭ, железобетонного экрана.
Выполнение ПЭЗ из ГЦБ позволитобеспечить её защиту от размыва фильтрующим потоком. Однако, т.к. самгрунтоцементобетон – довольно водопроницаемый материал, поэтому служитьосновным ПФЭ он сможет только в случае снижения его водопроницаемости.Этого предлагается достичь за счёт инъекции в поры водонепроницаемыхрастворов. Для этого ПЭЗ должна быть довольно широкой, чтобы её можно былоинъектировать.Инъекционныеработыцелесообразновестиизгалерей,расположенных в грунтоцементобетонной ПЭЗ. Кроме того, инъектированиегрунтоцементобетона будет более удобным, чем инъектирование обычного камня.Наличие ПЭЗ из ГЦБ обеспечивает ремонтопригодность плотины.Второе назначение грунтоцементобетонной подэкрановой зоны – этовыравнивание деформаций экрана, т.е.
его защита от трещинообразования.Расчётное обоснование конструкции каменно-набросной плотины сжелезобетонным экраном и подэкрановой зоной из грунтоцементобетона впервыевыполнил Нгуен Тхань Дат [Нгуен Тхань Дат]. Они показали, что в ЖБЭ плотиныданной конструкции могут возникать значительные растягивающие напряжения,которые сложно ликвидировать даже путём устройства дополнительныхпоперечных швов.Задачей нашего исследования был поиск такой конструкции каменнонабросной плотины с ЖБЭ и подэкрановой зоной из грунтоцементобетона,которая позволяла была обеспечить её надёжную работу.Объект исследования. Расчёты проводились для сверхвысокой плотинывысотой 215 м, которая могла бы быть построена в составе Канкунскогогидроузла в Южной Якутии.Для выбранного профиля плотины была составлена конечно-элементнаямодельсеченияплотины,котораявключала570конечныхэлементов(рисунок 6.1).
Использовались с кубической аппроксимацией перемещений.Количество степеней свободы составляло 5214.129 215 211 166 790Рисунок 6.1 - Конечно-элементная модель плотины высотой 215 мПри расчётах предполагалось, что плотина будет возводиться в триочереди. Первая очередь имеет высоту 79 м, вторая – 166 м.Расчёты проводились для вариантов деформативных свойств горной массы№1x и №4x. По результатам расчётов в варианте №x максимальная строительнаяосадкасоставила228 см(рисунок 6.1Приложения),амаксимальноегоризонтальное смещение – 111 см (рисунок 6.2 Приложения).Расчёты производились для нескольких вариантов устройства ПЭЗ.Вариант с подэкрановой зоной из грунта. В варианте №1 ПЭЗвыполнялась из крупнообломочного грунта, как это обычно делается в плотинах сЖБЭ.Вданномвариантепоследовательностьвозведенияплотинымоделировалась 63 расчётными этапами.Расчёты показали, что после окончания наполнения водохранилищамаксимальный прогиб ЖБЭ составит 173 см (рисунок 6.3 Приложения).
Впериметральном шве прогиб экрана составил 33 см, а на гребне – 43 см.Неравномерное распределение прогибов приводит к сложным изгибнымдеформациям экрана. На одних участках прогиб происходит в сторону верхнегобьефа, на других – в сторону нижнего. Особенно сложный характер имеютизгибные деформации в самой нижней части ЖБЭ.130Эти изгибные деформации приводят к появлению в экране продольныхрастягивающих напряжений (рисунки 6.2, 6.3). Они многократно превышаютпрочность бетона на растяжение.Такое неблагоприятное НДС приведёт к образованию в экране трещин.Конструкцияплотинадолжнабытьболеенадёжной.Именнопоэтомурассматривается вариант, когда ПЭЗ выполняется из грунтоцементобетона,устройство которой должно выровнять изгибные деформации ЖБЭ.Рисунок 6.2 - Продольные напряжения (МПа) на верховой грани экрана вварианте №1.Красные линии соответствуют второй очереди, зелёные – третьей очередиРисунок 6.3 - Продольные напряжения (МПа) на низовой грани экрана вварианте №1. Обозначения – см.
на рисунке 6.2.131Вариант с широкой подэкрановой зоной из грунтоцементобетона. ПЭЗбыла принята широкой, её толщина поверху была принята равной 4м, внизу 14 м.Модуль деформации грунтоцементобетона принимался равным 5000 МПа. Прирасчётах принималось, что сначала отсыпается тело плотины, затем укладываетсяПЭЗ, а уж потом – ЖБЭ. И так для каждой из очередей строительства.Расчёты показали, что грунтоцементобетонная ПЭЗ, опирающаяся наскальное основание, работает как жёсткая консоль. Её верхняя часть свободноследует за смещениями каменной насыпи, а нижняя, опорная часть, несвободна вперемещениях, т.к.
упирается в скалу. Из-за этого нижняя часть ПЭЗ испытываетсложные изгибные деформации. Низовое ребро подошвы ПЭЗ вжимается вскальное основание, а верховое стремится оторваться от него. На подошвеподэкрановой зоны нарушается прочность на растяжение. В результате верховойкрай подошвы поднимается, а периметральный шов – раскрывается (рисунок 6.4).В варианте свойств №x раскрытие шва достигает 21 см.Рисунок 6.4 - Прогибы (см) железобетонного экрана для варианта №2.Красные линии соответствуют варианту свойств №x, зелёные – №4x.Значительные изгибные деформации нижней части ПЭЗ вызываютпоявление на её верховой грани растягивающих напряжений величиной до 2 МПа.На низовой грани ПЭЗ образуется зона концентрации сжимающих напряжений,которые в варианте №x достигают величины около 9 МПа (рисунок 6.5б).
Т.к.132ЖБЭ находится с верховой стороны ПЭЗ, то в нём также возникаютрастягивающие напряжения.а)б)Рисунок 6.5 - Продольные напряжения (МПа) в двухслойном экране варианта №2.а – на верховой грани ЖБЭ, б – на низовой грани ПЭЗ из грунтоцементобетона.Красные линии соответствуют варианту свойств наброски №x, зелёные – №4x.Т.к. железобетон более жёсткий материал, чем ГЦБ, поэтому этинапряжения больше величине. Они достигают в варианте №x 8,4 МПа, а вварианте №4x – 6,1 МПа (рисунок 6.5а).
При таких растягивающих напряженияхнеизбежно образование в нижней части ЖБЭ трещин. Поэтому были рассмотреныконструктивные меры по недопущению растягивающих напряжений. Первоемероприятие предусматривает снижение трения между экраном и подэкрановойзоной с тем, чтобы растягивающие усилия не передавались на ЖБЭ. Второемероприятие – это устройство в ЖБЭ поперечных швов.Расчёты показали, что при снижении параметров сдвиговой прочности наконтакте «ЖБЭ-подэкрановая зона» (=20, с=0,02 МПа) максимальные значениярастягивающих напряжений в экране снизились лишь до 6 МПа (рисунок 6.6).Более эффективным является устройство в ЖБЭ поперечных швов.
Длятого, чтобы снизить растягивающие напряжения в ЖБЭ до приемлемых значений(1-2 МПа), потребовалось устроить три шва (на 8,5, 12 и 16,5 м)(рисунок 6.6). Однако при этом растягивающие усилия стали восприниматься133ПЭЗ. Если до устройства швов растягивающие максимальные главныенапряжения 1 в ПЭЗ составляли 2,2 МПа (рисунок 6.7а), то после – 4,6 МПа(рисунок 6.7б). При таких напряжениях в ПЭЗ следует ожидать появлениятрещин, которые впоследствии могут привести к нарушению целостности исамого ЖБЭ.Рисунок 6.6 - Продольные напряжения (МПа) в нижней части верховой граниэкрана (вариант свойств №x).Красным цветом обозначена эпюра без устройства швов и смазки, фиолетовым –при устройстве смазки между ЖБЭ и ПЭЗ, зелёным – при устройстве трёх швов. 43 4300а)б)шкала напряжений [МПа]–10–9–8–7–6–5–4–3–2–1012345Рисунок 6.7 - Максимальные главные напряжения в нижней части подэкрановойзоны.
а – при отсутствии швов в экране, б – при устройстве в экране трёх швовТаким образом, выполнение ПЭЗ из грунтоцементобетона не привело кулучшению НДС ЖБЭ. Поэтому нами была предложено изменить схему опирания134подэкрановой зоны из ГЦБ. Было решено опирать её на наклонную граньжелезобетонной потерны, по которой подэкрановая зона может скользить(рисунок 6.8б). При этом толщина ПЭЗ уменьшается. Это вариант №3.11525243436а)36б)Рисунок 6.8 - Схемы опирания подэкрановой зоны из грунтоцементобетона.а – в варианте №2, б – в варианте №3, 1 – железобетонный экран, 2 –подэкрановая зона из грунтоцементобетона, 3 – железобетонная галерея, 4 – телоплотины из горной массы, 5 – экран защитной призмы, 6 – скала.Расчёты показали, что при таком варианте сопряжения ЖБЭ схема работыПЭЗ кардинально изменяется – она работает как балка на упругом основании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
