ВСН 291-72* сторінка 8 з 9

ВСН 291-72*. Инструкция по проектированию гидроотвалов из глинистых грунтов и прогнозированию их состояния

Завантажити документ

Схема расчета положения фильтрационного потока приведена на рисунке.

Удельный фильтрационный расход q и глубину потока h₁ в сечении I-I находим подбором по двум уравнениям:

; (1)

, (2)

где K_фт - коэффициент фильтрации грунтов, слагающих упорную призму;

l, r₁, r₂, i, m - расчетные коэффициенты;

;

m_п - заложение расчетной поверхности промежуточной зоны;

;

a_п - расчетный угол наклона;

l₁, l₂, H_h, h₂ - параметры, которые принимают по данным натурных замеров на гидроотвале (см. рисунок);

;

i_п = sina_п; i = sin a - расчетные коэффициенты;

a_у.п - угол наклона основания дамбы гидроотвала;

s - коэффициент, значение которого при l₂ > 0 принимают равным 1.

Схема расчета фильтрации гидроотвала на непроницаемом основании при отсутствии дренажа:

1 - пляж (упорная призма и промежуточная зона); 2 - центральная (прудковая) зона; 3, 3¢ - зоны инфильтрации при длине пляжа соответственно L и L_мин; 4 - расчетная кривая депрессии; 5, 6 - граница раздела промежуточной и центральной зон (соответственно расчетная и действительная); 7 - кривая депрессии, рассчитанная на критическое положение

Расчетные значения угла наклона a_п и заложения m_п приведенной поверхности промежуточной зоны (см. рисунок) вычисляют соответственно по формулам:

(3)

(4)

где K_фи - коэффициент фильтрации промежуточной зоны.

Для определения значений q и h₁строим совмещенный график двух кривых q = f(h₁). По уравнениям (1) и (2) при различных задаваемых значениях h₁ вычисляем q. Значения q и h₁ откладываем соответственно на оси x и y. Точка пересечения кривых на графике показывает на соответствующих осях координат искомые значения q и h₁.

Глубину фильтрационного потока в сечениях II-II вычисляем по формуле

Положение кривой депрессии между сечениями I-I и II-II определяем по зависимости

где 0 £ x £ l₁ (x - расстояние от сечения I-I до расчетной точки).

Для примера были взяты фактические параметры фильтрационного потока возводимого гидроотвала.

Результаты расчетов глубины потока h_x, сопоставленные с фактическими данными, представлены в таблице.

Точка замера глубины потока

Глубина потока (условная отметка положения депрессионной кривой), м

фактическая (по пьезометрам)

расчетная при L > 60 м

расчетная при L_мин = 60 м

1 - упорная призма

6,97

7,1

10,1

2 - упорная призма

12,52

10,5

13,4

3 - промежуточная зона

14,10

13,2

16,6

4 - прудковая зона

18,76

18,5

19,0

Установлено, что депрессионная кривая, рассчитанная на критическое положение при минимально допустимом расстоянии от уреза прудка до бровки низового откоса дамбы L_мин, близко подходит к поверхности низового откоса при ширине пляжной зоны 60,0 м. Наращивание гидроотвала в данном случае может привести к выходу депрессионной кривой на откос, что вызовет сползание и выпирание грунтов.

Приложение 7 Пример расчета устойчивости откоса гидроотвала А. Расчет произведен по методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига грунта способом массового давления Р.Р. Чугаева с учетом фракционирования намываемого грунта по зонам (см. приложение 3).

В качестве примера рассмотрим гидроотвал, проектируемый из вскрышных глинистых грунтов с содержанием 60 % частиц менее 0,05 мм. Размеры гидроотвала: высота откоса H = 23 м; заложение откоса m₀ - 3,5; заложение кривой депрессии m = 5,5.

Расчетные физико-механические характеристики грунтов принимаем по пп. 5.7-5.13 настоящей инструкции. Схема расчета устойчивости показана на рисунке.

Грунт 1 - верхний слой намытого грунта выше депрессионной кривой MM₁:

объемная масса практически сухого грунта g₁ = 1,6 г/см³;

угол внутреннего трения j₁ = 30°;

удельное сцепление С₁ = 0,07 кгс/см².

Грунт 2 - нижний слой намытого грунта ниже депрессионной кривой MM₁:

объемная масса взвешенного в воде грунта = 1,0 г/см³;

объемная масса грунта, насыщенного водой = 2,0 г/см³;

угол внутреннего трения j₂ = 26°;

удельное сцепление С₂ = 0,04 кгс/см².

Грунт 3 - грунт основания гидроотвала:

объемная масса взвешенного в воде грунта = 1,1 г/см³;

объемная масса грунта, насыщенного водой, = 2,1 г/cм³;

угол внутреннего трения j₃ = 20°;

удельное сцепление С₃= 0,11 кгс/ см².

Схема расчета устойчивости откоса

I - упорная призма; II - промежуточная зона; 1-8 - номера «столбиков»

Номер «столбика» (см. рисунок)

H₁

H₂

H₃

H₁g₁

H₂g₂

2,5

-29

0,7

0,0

1,12

0,0

1,12

1,18

8,5

-24

1,0

3,0

0,0

1,60

3,0

4,60

1,00

8,2

-16

1,5

5,5

2,1

2,40

5,5

10,00

0,75

8,0

-8

2,0

7,0

3,5

3,20

7,0

13,70

0,75

8,0

2,2

9,0

4,0

3,52

9,0

16,52

0,75

8,1

2,5

10,4

3,6

4,00

10,4

18,00

0,75

8,1

3,1

12,5

2,2

4,95

12,5

19,65

0,75

8,2

4,0

14,0

0,0

6,40

14,0

20,40

1,00

9,0

4,1

12,1

0,0

6,55

12,1

18,65

1,00

9,7

4,5

9,5

0,0

7,20

9,5

16,70

1,00

10,0

3,3

5,0

0,0

5,27

5,0

10,27

1,00

6,0

2,0

0,1

0,0

3,20

0,1

3,30

1,18

Продолжение таблицы

Номер «столбика» (см. рисунок)

mDl

1,32

0,0

0,00

1,12

-32,5

1,75

4,37

4,60

6,0

0,00

7,60

-182,0

1,00

8,50

7,45

11,0

4,40

16,90

-110,0

2,75

22,50

10,05

14,0

7,35

24,55

-196,0

2,75

22,00

12,30

18,0

8,40

29,92

0,0

2,75

22,00

13,40

20,8

7,56

32,36

258,2

2,75

22,30

14,65

25,0

4,62

34,57

553,0

2,75

22,30

20,40

28,0

0,00

34,40

825,0

1,00

8,20

18,65

24,2

0,00

30,75

985,0

1,00

9,00

16,70

19,0

0,00

26,20

1049,0

1,00

9,70

10,27

10,0

0,00

15,27

734,0

1,00

10,00

3,90

0,2

0,00

3,40

170,0

1,75

10,50

S133,69

S4053,7

S171,37

Коэффициент запаса К_зап рассчитываем для наиболее опасного положения отсека обрушения, соответствующего минимальному значению К_{зап.мин}, для которого дугу сдвига находят методом подбора. Сопоставляя полученные значения, устанавливаем К_{зап.мин}. По таблице можно определить минимальное значение коэффициента запаса при предполагаемом, наиболее опасном положении отсека и дуге сдвига радиусом R = 75 м, проходящей на границе упорной призмы I и промежуточной зоны II.

Согласно указанному способу отсек обрушения разбиваем на вертикальные «столбики» (фрагменты) шириной b = (1/3¸1/4)H и через центр окружности скольжения проводим ось y. При этом необходимо, чтобы в пределах подошвы каждого «столбика» грунт оказывался однородным по углу внутреннего трения j и сцеплению С. Ширину «столбика» в данном случае принимаем b = 8 м.

Для расчета из числа имеющихся значений tgj и С выбираем по одному (любому); эти значения назовем «основными» для области грунта вдоль намеченной дуги сдвига и обозначим tgj_д.ос и С_д.ос.

Принимаем tgj_д.ос = tgj₂ = tg26° = 0,488; С_д.ос = С₂ = 0,04 кгс/см². При этом получаем поправочные коэффициенты n и m:

для грунта 1

;

для грунта 2

;

для грунта 3

Для неоднородного грунта (см. рисунок)

где S_уд и S_сдв - удерживающие и сдвигающие усилия, кгс/см²;

H₁, H₂, H₃ - мощность слоя соответственно грунта 1; 2; 3, м;

Dl - длина дуги сдвига в основании «столбика» грунта, м;

x - расстояние от вертикали, проходящей через центр дуги сдвига, до середины расчетного «столбика», м (вправо от вертикали x имеет отрицательное значение, влево - положительное).

Подставив данные из таблицы, находим

Таким образом, для приведенных условий K_зап = K_{зап.мин} = 1,22, что отвечает требованиям СНиП II-53-73 к устойчивости откосов гидроотвала II класса.

Б. Оценка устойчивости упорной призмы гидроотвала под давлением глинистых грунтов центральной зоны произведена по методу М.М. Гришина и Б.Н. Федорова.

Коэффициент запаса устойчивости

где b - оптимальная ширина основания упорной призмы гидроотвала, м;