Цель и методы расчетов

Целью расчетов является определение минимальных коэффициентов запаса устойчиво­сти откосов плотины заданного поперечного профиля при известных нагрузках и характеристиках грунтов тела платины и основания.

Основные расчетные случаи регламентированы СНиП 2.06.05 - 84 [6, с. 22].

При расчете устойчивости верхового откоса рассматрива­ют два основных случая сочетания нагрузок и воздействий:

1) максимально возможное снижение уровня в водохранили­ще от НПУ с наибольшей скоростью; при этом учитываются филь­трационные силы, возникающие в верховой призме плотины (неустановившаяся фильтрация);

2)уровень воды в водохранилище находится на самой низкой эксплуатационной отметке, но не ниже 0,2 Z_i (где Z_i - высота откоса); уровень воды в теле плотина принимают на той же отметке, что и в водохранилище.

В качестве особого расчетного случая рассматривают максимально возможное снижение уровня в верхнем бьефе от ФПУ с максимальной скоростью; при расчете учитывают фильтрационные силы в верховой призме (неустановившаяся фильтрация).

При проверке устойчивости низового откоса в качестве основного расчетного случая рассматривают схему, когда в теле плотины имеется установившийся фильтрационный поток, дренажные устройства работают нормально, уровень воды в водохранилище находится на отм. НПУ, а в нижнем - на отм. СВУНБ, но не выше 0,2 Z_i.

В качестве особого расчетного случая для низового от­коса рассматривается схема, когда в водохранилище уровень находится на отм. ФПУ, а в нижнем бьефе- максимальная глу­бина воды, соответствующая НПУ.

Кроме того, в качестве особых сочетаний нагрузок для верхового и для низового откосов относят случаи, когда учи­тывают поровое давление консолидации [9, с. 231] или сейс­мические силы [9, с. 238].

При расчетах устойчивости откосов обычно рассматривают плоскую задачу, полагая, что обрушение откоса может произойти по некоторой заранее заданной поверхности_, которую чаще всего принимают в виде дуги окружности (круглоцилиндрическая поверхность скольжения) или ломаной, состоящей из нескольких прямолинейных отрезков.

В рамках курсового проекта выполняется расчет устойчи­вости низового откоса в русловом сечении плотины для основ­ного сочетания нагрузок и воздействий (основной расчетный случай). Расчеты следует проводить методом весового давления Р.Чугаева по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения. При этом необходимо найти такую поверхность скольже­ния, для которой коэффициент запаса имеет минимальное зна­чение.

Для отыскания центра наиболее опасной поверхности сколь­жения можно воспользоваться методом В.Аристовского [9, с.228], методом Р.Чугаева [ 7, с.413], методом В.Фандеева [8, с.147] и др.

По В.Аристовскому центр наиболее опасной поверхности скольжения располагается в пределах многоугольника (рис.8), который отроится следующим образом: из середины откоса (точка С на рис.8) проводится вертикаль CD и ли­ния CE под углом 85° к откосу. Затем из точек А и В, как из центров, проводят две дуги окружности с радиусом R до пересечения в точке O. Далее, проводя из точки С дугу ра­диусом r = ОC/2 до пересечения с линиями CDи CВ, получим искомый многоугольник AOEDB.

Чаще всего центры наиболее опасных поверхностей сколь­жения располагаются по линии ВО, на которой и следует выбирать несколько центров O, O₁, O₂ и т.д. Вычислив для этих центров значение коэффициента запаса устойчивости и построив эпюру этого коэффициента (см. рис.8) через точку С меньшим значением К_з проводят линию, перпендикулярную BO, на которой намечают дополнительный ряд центров по­верхностей скольжения. Вычислив для этих дополнительных центров значения К_з, определяют минимальное его значение. При этом следует иметь в виду, что наиболее опасная кривая скольжения при расчетах откосов из песчаного грунта на пес­чаном основании проходит через подошву откоса (точку В на рис.8), а если в основании залегает глинистый грунт, то эта кривая захватывает часть основания.

m
	1,1	2,2
	1,4	2,5
	1,9	3,2
	2,5	4,7
	3,3	5,8
	4,3	6,7

AC=BC

Для определения значения

кривых скольжения

задавать в пределах:

Рис.8. Схема определения центра наиболее опасной дуги скольжения по В.Аристовскому.

Таблица 1

К вычислению H₁

№ столбика	из чертежа, м				, м
…

Таблица 2

К вычислению величины по формуле (14)

№ столбика

H1 - из табл.1

по рис., м

H2=H1+z3

H2×x

tgjД

e=tgjД/ tgjД^oc

e×H1

СД, кПа

m=СД/СД^ос

dS, м

m×dS

x

z3

.

∑(H2∙x)

∑(ε∙H1)

∑(μ∙δS)

2.3.2. Расчет устойчивости откосов методом весового давления при круглоцилиндрических поверхностях сдвига (ме­тодом Р.Чугаева)

Расчеты ведутся в следующей последова­тельности, из заранее намеченной точки О проводится круглоцилиндрическая поверхность скольжения (сдвига) с радиу­сом R₀ (рис.9). Образовавшийся при этом отсек обрушения разбивается на вертикальные столбики шириной b. Ширину столбиков целесообразно назначать равной, например, или b= 0,1R₀ [7, с.372; 9, с.227].

Указанную разбивку отсека обрушения нужно осуществлять так, чтобы вертикальная ось Оу (рис.9) совпадала бы с од­ной из границ, разделяющих отсек обрушения на отдельные столбики, или с вертикальной осью одного из столбиков, как

показано на рис.9, где ось О у совпадает с вертикальной осью столбика № 4. Нумерацию столбиков удобнее вести спра­ва налево: задаваясь в дальнейшем рядом поверхностей сколь­жения, проходящих через точку В, можно будет сохранить дан­ную нумерацию столбиков.

Коэффициент запаса устойчивости заданного отсека обру­шения, сложенного неоднородным в отношении грунтом, следует определять по зависимости [ 7, с. 383]:

(14)

где

(15)

(16)

(17)

удельный вес тела плотины выше кривой депрессии;

то же, ниже кривой депрессии;

удельный вес основания;

действующие по дуге обрушения (для конкретного столбика отсека обрушения) удельное сцепление и угол внутреннего трения грунта;

удельное сцепление и угол внутреннего трения грунта, принятого за основной (например, , ).

длина дуги (для каждого конкретного столбика), где действует сцепление;

абсцисса, измеренная от оси Оу до вертикальной оси столбика, проведенной через его центр тяжести (см. рис.9).

Величина в формуле (14) определяется для каждого столбика по зависимости:

(18)

где - средняя высота той части вертикального столби­ка, которая лежит между поверхностью грунтовых вод и горизонтальной линией, являющейся продол­жением уровня воды в бьефе. Когда указанная часть столбика оказывается насыщенной водой (рис.10, г и д), величину следует брать положительной, а если указанная часть столбика оказывается сухой (рис.10, е), то следу­ет считать отрицательной.

Следует отметить, что формула (18) справедлива лишь для случаев, изображенных на рис.10, г, д и е, где гори­зонт воды в бьефах стоит выше точки "С" выхода дуги сдвига на откос или основание. В случаях же, когда воды перед от­косом нет или когда горизонт воды в бьефе ниже точки "С" (см. рис.10, случаи а, б и в), величину в формуле (14) следует определять по формуле:

(19)

Расчеты по формуле (14) удобно вести в табличной форме (см. табл. I и 2 на рис.9).

При составлении таблиц следует иметь в виду следующие обстоятельства:

1. При разбивке отсека обрушения на отдельные столбики шириной "b" у крайних точек А и В могут получиться не стандартные столбики- "остатки", для которых (см. рис. 9) ширина не равна b: .

2. Значения X для таких остатков определяются так же, как и для стандартных столбиков (как горизонтальное расстоя­ние от оси Оу до вертикали, проведенной через центр тяжес­ти данного остатка). Что же касается величины z, то для крайних столбиков в табл.1 записывают недействительные их значения z, а приведенные их значения z_пр (см. риc.9):

3. Форма табл.2 в случаях, показанных на рис.10, а, б, в, когда для определения вместо формулы (18) исполь­зуется формула (19), несколько изменяется:

а) в графе 4 вместо записываются величины

;

б) в графе 5 величину определяем по формуле

Расчеты коэффициента запаса устойчивости по формуле (14) проводят для двух– трех поверхностей скольжения. Минимальный коэффициент запаса получаем расчетом на ЭВМ с использованием программы PROST, разработанной на кафедре водных путей и гидротехнических сооружений. Программа PROST позволяет рассмотреть устойчивость для десятков – сотен различных кривых скольжения и отобрать минимальное значение коэффициента запаса устойчивости откоса. Последний сопоставляется с допустимым его значением [б, с.22]:

(20)

где коэффициенты ответственности сооружения, сочетания нагрузок и условий работы, определяемые по СНиП [б, табл.9... 11].

Если условие (20) не выполняется, то следует предусмотреть мероприятия, способствующие повышению устойчивос­ти откоса против обрушения (например, увеличить заложение откоса и пр.).

Заключение

В завершении расчетной части проектирования земляной плотины составе речного гидроузла составляется заключе­ние по результатам основных расчетов и вычерчивается окончательный профиль плотины.

После этого приступают к разработке проекта бетонной водосливной плотины, входящей в состав заданного гидроузла. Основные методические рекомендации по проектированию водо­сливной плотины содержатся в [13].

Дата добавления: 2015-07-20