Диссертация (1141446), страница 69

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

Текст из файла (страница 69)

Материал инъекционной завесы, по-видимому, правильновоспринимать как материал, состоящий из двух компонентов – грунтовогоскелета и цементного камня, расположенного в порах этого скелета. Оценкупрочности инъекционной завесы необходимо проводить по напряжениям,действующим только в цементном камне. Чтобы определить эти напряжения,необходимо из полных напряжений, воспринимаемых материалом инъекционнойзавесы, вычесть те напряжения, который воспринимал грунт до его заполненияинъекционным раствором.На рисунках 6.18, 6.19 показаны напряжения и перемещения, которыевозникают в цементном камне инъекционной завесы, без учёта тех напряжений и147перемещений, которые получили разные ярусы инъекционные завесы до моментаих создания.По результатам расчётов условия работы каждого из ярусов инъекционнойзавесы различается.

Верхний ярус, который создаётся последним, не испытываетнагрузок от собственного веса плотины и в основном работает на изгиб отгидростатического давления. Нижний и средний ярусы работают не только наизгиб, но и на продольные сжимающие усилия, т.к. помимо давления водывоспринимают нагрузки от собственного веса плотины, которые возникают засчёт осадок окружающего грунта и передаются на завесу через трение.Изгибные деформации инъекционной завесы носят сложный характер.Верхний и средние ярусы изгибаются в сторону нижнего бьефа, а нижний ярус – всторону верхнего бьефа.

Соответственно верховая грань верхнего яруса нарастянута по напряжениям y, а верховая – сжата (рисунок 6.19). В среднем ярусеизгибпроявляетсяслабоивозможныерастягивающиенапряжения«задавливаются» сжимающими продольными усилиями.Наиболее интенсивные изгибные деформации испытывает нижний ярусзавесы, т.к. его деформации ограничены жёсткостью скального основания. На еговерховой грани образуется зона растягивающих напряжений y.Контактное сечение (контакт инъекционной диафрагмы со скальнымоснованием) стремится к раскрытию вследствие нарушения прочности нарастяжение.Описанная выше качественная картина НДС инъекционной завесыхарактерна для всех расчётных вариантов, различия носят лишь количественныйхарактер.

Наиболее благоприятное НДС инъекционная завеса имеет в случаенизкой деформируемости каменной наброски и высокой деформируемостиматериала инъекционной завесы.В вариантах, когда инъекционная завеса выполнена из жёсткого материала(варианты серии A), её НДС – крайне неблагоприятно при любом вариантедеформируемостикаменнойнаброски(рисунок 6.19,а-в,таблица 6.1Приложения). В верхнем и верхнем ярусе растягивающие напряжения y148достигают 2÷3 МПа и превосходят прочность цементного камня на растяжение.Из-за растяжения раскрывается шов между верхним и средним ярусами.

Внижнем ярусе нарушается прочность материала как на сжатие, так и нарастяжение. Во всех вариантах серии A контактный шов раскрывается назначительную длину, опасную для надёжности плотины. 235 161 161 80 80 120а) A.1x б) A.2x в) A.4xг) B.1x д) B.2x е) B.4xж) C.1x з) C.2x и) C.4xШкала напряжений y [МПа]-15 -10-8-5-3.0 -2.5-2.0 -1.5 -1.0 -0.500.51235Рисунок 6.19 - Вертикальные напряжения y в инъекционной завесе, накопленныес момента её возведения до окончания наполнения водохранилищаВ вариантах серии B (инъекция цементно-бентонитового раствора) НДСсущественноПФЭлучше,однаковсёжеостаётсянеблагоприятным(рисунок 6.19,г-е, таблица 6.1 Приложения).

Во многих зонах не обеспечиваетсяпрочность материала на сжатие или растяжение, а раскрытие контактного швадовольно значительно. Относительно работоспособным можно считать тольковариант B.4x, где зоны нарушений локальны по размерам (рисунок 6.19е).НДС инъекционной завесы можно считать благоприятным только приприменении для инъекции бентонито-цементного раствора (варианты серии C)149(рисунок 6.19,ж-и, таблица 6.1 Приложения). В этих вариантах в верхнем исреднем ярусах растягивающих напряжений не возникает, а сжимающиенапряжения примерно соответствуют принятой прочности материала приодноосном сжатии.

Можно ожидать, что, если учесть повышение прочностипластичных материалов при боковом обжатии, можно ожидать на будетобеспечена. Имеются отдельные зоны, в которых возможно проявлениенарушений прочности. Работоспособными можно признать варианты C.2x и C.4x(рисунок 6.19ж-и, таблица 6.3), в них зоны нарушений локальны по размерам и небудут угрожать целостности сооружения, а контактный шов раскрывается нанезначительнуюдлину.Вэтихвариантахдеформируемостьматериалаинъекционной завесы примерно соответствует деформируемости каменнойнаброски.Таблица 6.3 - Параметры раскрытия инъекционной завесы с основанием длярасчётных вариантоввеличинавариантыA.1xA.2xA.4xB.1xB.2xB.4xC.1xC.2xC.4xL, м3626,51821862,511P, мм36510652172187,011,60,93,3Примечание: L – длина раскрытия на контакте инъекционной завесы соснованием, P – максимальное раскрытие шва на контакте инъекционной завесы соснованием.Исследования выявили также опасность трещинообразования материалаинъекционной завесы в период возведения плотины, ещё до восприятиягидростатических сил.

Было обнаружено, что в верхней части яруса завесы могутвозникать растягивающие напряжения x, которые могут стать причинойобразования в нём вертикальных трещин. Эти трещины могут стать впоследующем причиной нарушения водонепроницаемости ПФЭ. Растягивающиенапряжения x возникают в верхней части яруса в тот период, когда над ним150отсыпается следующая очередь плотины. Под действием собственного весагрунтовая насыпь стремиться расшириться в обе стороны и это вызываетрастяжение в верхней части яруса инъекционной завесы.В зоне, в которой в последующем произойдёт смыкание двух ярусовдиафрагмы, растягивающие напряжения x составляют около 1 МПа (таблица 6.2Приложения). Здесь вполне вероятно образование вертикальных трещин.Растягивающие напряжений x не возникают только в вариантах C.2x и C.4x, вкоторых для создания инъекционной завесы используется бентонито-цементныйраствор.По результатам исследований НДС каменно-набросной плотины смногоярусной инъекционной диафрагмой можно сделать следующие выводы:1.

Сверхвысокие грунтовые плотины с центральными ПФЭ (вертикальнымидиафрагмамиилиядрами)характеризуетсянеблагоприятнымНДС.Гидростатическое давление вызывает горизонтальные смещения плотины,способные вызвать формирование в верховой упорной призме массиваобрушения. Чтобы обеспечить надёжную работы таких плотин, необходимо оченькачественно уплотнять каменную наброску, добиваясь модуля деформации нениже 300 МПа.2. Условия работы массивного ПФЭ в виде инъекционной завесы похожи наусловия работы тонкостенных противофильтрационных диафрагм, выполненныхметодом «стена в грунте».

Его НДС формируется в основном изгибнымидеформациями, а также продольными сжимающими усилиями, образующихся отосадок окружающего грунта. Однако в отличие от тонкостенных диафрагм,массивные инъекционные завесы могут сами воспринимать бóльшую частьгидростатической нагрузки, действующей на плотину. Кроме того, в массивныхинъекционных завесах от деформаций изгиба могут возникать значительныерастягивающие напряжения, которые угрожают образованием в ПФЭ трещин.3.

Анализ прочности материала инъекционной завесы необходимо проводитьпо той части напряжений, которые воспринимает затвердевший раствор в порахзаинъектированного грунта. Это напряжения, которые возникают с момента151создания инъекционной завесы. Они не включают те сжимающие напряжения,которые возникли в заинъектированном грунте от его собственного веса.4. По результатам расчётов НДС инъекционной завесы будет благоприятнымтолько в том случае, если модуль деформации её материала будет не более, чем в3÷5 раз превышать модуль деформации грунта тела плотины. Чтобы обеспечитьнадёжную работу противофильтрационной завесы, необходимо, с одной стороны,применятьдляинъекцииглинисто-цементныерастворы,повышающиедеформируемость материала завесы, а, с другой стороны, - добиваться снижениядеформируемости каменной наброски путём повышения качества её уплотнения.5.

При выборе профиля в виде многоярусной инъекционной завесы неследует применять ступенчатый профиль (с резким изменением ширины завесы),т.к. это приведёт к неравномерным деформациям тела плотины и может статьпричиной образования в нём зон нарушений прочности.Выводы к главе 6:1. Использование в грунтовых плотинах массивных конструкций изжёстких, в т.ч. и цементосодержащих, материалов (цементационной завесы,подэкрановойзонывзаимодействиесизгрунтоцементобетона)грунтовойнасыпьюнежелательно,усложняетхарактерт.к.ихдеформацийсооружения.

Сложный характер деформаций грунтовой насыпи может вызватьнеблагоприятноеНДСжёсткойконструкцииипровоцироватьвнейтрещинообразование.2. Использование в сверхвысоких грунтовых плотинах негрунтовых ПФЭ ввиде экранов более предпочтительно, чем вертикальных ПФЭ (диафрагмы, завесыи т.п.), т.к. это обеспечивает более благоприятные условия работы грунтовойнасыпи.3. Оба рассмотренных типа массивных негрунтовых ПФЭ (двухслойныйэкран и инъекционная завеса) можно считать ограниченно годными дляприменениявсверхвысокихплотинах.Онимогутиспользоватьсяприсоблюдении двух условий: во-первых, деформируемость каменной наброски152должна быть не ниже 200 МПа, а, во-вторых, деформируемость материала самогоПФЭ должна быть снижена.В этой связи приемлемым служит вариант плотины с ПФЭ в виде завесы,устроенной путём инъекции бентонито-цементных растворов, однако дляобоснования требуются дополнительные исследования по выявлению свойствгрунтов, закреплённых подобным образом.4.

В целом можно заключить, что использование массивных ПФЭ изцементосодержащих материалов хотя повышают надёжность работы высокойгрунтовой плотины, но экономически не эффективно.5. Для повышения надёжности негрунтовых ПФЭ более предпочтительноиспользовать негрунтовые ПФЭ, надёжность которых увеличена за счётприменениядополнительногоПФЭ,например,полимерныхгеомембран.Уложенные на ПФЭ из жёсткого материала, полимерные изделия будут находитсяв благоприятном НДС, что позволит обеспечить их прочность.153Глава 7.ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГОСОСТОЯНИЯ ПЛОТИН КОМБИНИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ7.1. Перспективы применения плотин комбинированной конструкцииСреди путей совершенствования конструкций высоких каменно-набросныхплотин, помимо рассмотренных в главе 6, являются плотины комбинированнойконструкции. Идея применения таких плотин состоит в том, чтобы заменить тучасть каменно-набросной плотины с ЖБЭ, которая является наиболее уязвимой,на более надежную.

Ранее рассмотренные исследования показали, что ЖБЭненадёжно работает в области сопряжения плотины с основанием, т.к. в этойобласти он испытывает наиболее сильные изгибные деформации, которые могутстать причиной образование трещин. Кроме того, эта часть конструкции наиболееуязвима потому что наиболее труднодоступна для ремонта. Соответственнопредлагается заменить нижнюю часть плотины с ЖБЭ на другую конструкцию массивную бетонную призму (плотину) или на каменную насыпь с инымипротивофильтрационным элементом.Поэтому под такими плотинами комбинированной конструкции мы будемподразумевать 2 совершенно разных типа плотин.Первый тип плотин комбинированной конструкции – это комбинированныеплотины.

Характеристики

Список файлов диссертации