Плотины из грунтовых материалов

Фракционирование грунта - процесс, положенный в основу конструкции намывных плотин и проявляющийся в раскладке зерен грунта по крупности по длине откоса намыва с постеленным уменьшением средней крупности намытого грунта по мере удаления от выпуска пульпы из распределительного пульпопровода.

2. Для неоднородных плотин с ядром, намываемых из песчано-гравийного грунта, содержащего пылеватые и глинистые фракции (см. черт. 3, в разд. 3), расчет границ зон фракционирования выполняют по формулам:

расстояние от откоса плотины до внутренней границы боковой зоны X₁

                                                   (1)

где  - содержание всех фракций крупнее 2 мм в составе карьерного грунта, %;

L - расстояние от откоса до оси плотины;

расстояние от откоса плотины до границы ядра X₂

                                                   (2)

где  - содержание всех фракций крупнее 0,1 мм в составе карьерного грунта, %.

3. Для неоднородных плотин с центральной зоной, намываемых из песчано-гравийных грунтов (см. черт. 3, г, разд. 3) расчет расстояния от откоса плотины до границы центральной зоны X₂ выполняют по формуле

                                                  (3)

где  - содержание всех фракций крупнее 0,25 мм в составе карьерного грунта, %.

Примечание к пп. 2 и 3. В расчет вводят осредненный состав карьерного грунта.

4. Осредненный зерновой состав намытого грунта в пределах выделенных зон фракционирования определяют с помощью графиков  черт. 1 - 5, построенных в результате обработки данных геотехнического контроля намыва различных плотин,

где  - процентное содержание составляющих частиц;

 - крупность составляющих частиц намытого грунта;

 - средневзвешенная крупность карьерного грунта:

,                                                          (4)

где  - среднеарифметическое значение крупности i-й стандартной фракции в составе карьерного грунта;

 - процентное содержание i-й стандартной фракции;

90 - суммарное содержание учитываемых фракций в составе карьерного грунта, %.

Черт. 1. График зависимости . Однородные песчаные плотины

Черт. 2. График зависимости . Неоднородные плотины из мелкого песчано-гравийного грунта с центральной песчаной зоной

I - боковая зона; II - центральная зона

Черт. 3. График зависимости . Неоднородные плотины из крупного песчано-гравийного грунта с центральной песчаной зоной

I - боковая зона; II - центральная зона

Черт. 4. График зависимости . Гравийные плотины с ядром высотой менее 30 м

I - боковая зона; II - ядро

Черт. 5. График зависимости . Гравийные плотины с ядром высотой более 30 м

I - боковая зона; II - промежуточная зона; III - ядро

Примечание. При вычислении  отбрасываются все фракции мельче , и крупнее , где  и  - крупность частиц, соответствующая обеспеченности 5 и 95 % по массе в составе карьерного грунта.

Отношение  - снимают с осредненной кривой графиков для разной обеспеченности (10 %, 20 %, ...). Величину d_i (d₁₀, d₂₀, ...) определяют умножением указанного отношения на заданную величину  по формуле

                                                             (5)

С помощью полученных значений d_i строят кривую зернового, состава намытого грунта по каждой зоне.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5* Рекомендуемое РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ПО СПОСОБУ НАКЛОННЫХ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Согласно п. 5.10* настоящего СНиП в числе рекомендуемых методов расчета устойчивости откосов грунтовых плотин названы методы, оперирующие с расчлененной на вертикальные элементы призмой обрушения и с произвольной или круглоцилиндрической поверхностью сдвига, удовлетворяющие условиям равновесия в предельном состоянии.

В качестве таковых могут быть использованы методы, основанные на гипотезе наклонных сил взаимодействия между элементами призмы обрушения.

Угол наклона к горизонту b этих сил может быть определен из условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии, которое достигается пропорциональным изменением характеристик прочности грунтов от расчетных значений tgj, с до критических tgj_k, с_k.

При произвольной поверхности сдвига для оценки устойчивости призмы обрушения сопоставляют проекции равнодействующих активных сил F_E и сил сопротивления R_E на направление сил взаимодействия. При круглоцилиндрической поверхности сдвига можно сопоставлять как моменты этих равнодействующих F_o, R_o относительно оси поверхности сдвига, так и их проекции. Критерием устойчивости призмы обрушения является соотношение

                                                              (1)

где  - коэффициенты сочетаний нагрузок, условий работы, надежности по ответственности сооружения.

Откос устойчив, если обеспечена устойчивость призмы обрушения с наиболее опасной поверхностью сдвига.

Проекции равнодействующих определяют из условия равновесия элементов призм обрушения по формулам (см. схему):

                                (2)

где Q = qdx - равнодействующая активных сил, действующих на элемент призмы обрушения;

d - угол отклонения силы Q от вертикали;

а - угол наклона элемента поверхности сдвига к горизонту;

С = cds - сила сцепления, действующая на элемент поверхности сдвига.

Схема сил, действующих на элемент призмы обрушения

Моменты равнодействующих определяют по формулам:

                                     (3)

где r - радиус поверхности сдвига;

b - возвышение точки приложения силы Q над поверхностью сдвига.

Угол b в обоих случаях допустимо определять по приближенной зависимости

                                                           (4)

Устойчивость откоса в предположении кругло-цилиндрической поверхности сдвига можно проверять по формулам (2) или (3). Отношения  и  - разные механические понятия, поэтому оценки устойчивости по ним получаются разными. Однако эти оценки совпадают при -  = 1 и достаточно близки при - < 1,3, так что разногласий в суждении об устойчивости откоса не возникает.

Если принять в качестве универсальной оценки устойчивости отношение , т.е. подобрать такие значения характеристик прочности, при которых R_o = F_o и R_E = F_E, результаты расчета обоими способами должны совпадать.

Такой расчет может служить контролем правильности определения угла b, т.е. соблюдения условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии, для найденной наиболее опасной поверхности сдвига.

Влияние воды, насыщающей откос, допускается учитывать двумя способами:

а) первый - вес грунта в пределах каждого элемента определяют с учетом ее капиллярного поднятия, а по контуру элемента (поверхности откоса, поверхности сдвига и плоскостям раздела между элементами) определяют давление воды фильтрационным расчетом;

б) второй - вес грунта элемента определяют с учетом его взвешивания водой; на уровне ее поверхности к грунту прилагают капиллярные силы и к насыщенному водой объему грунта элемента прилагают фильтрационные силы, определяемые расчетом.

Оба способа дают, естественно, тождественные результаты и распространяются на неустановившуюся фильтрацию, в том числе при незавершенной консолидации грунта. При вычислении активной силы F_E и активного момента F_î давление воды по плоскостям раздела можно не учитывать, в сумме оно равно нулю. При вычислении F_î можно не учитывать также давление воды по круглоцилиндрической поверхности сдвига, его момент равен нулю.

Влияние сейсмических воздействий на откос определяют по СНиП II-7-81* в форме объемных сейсмических сил, действующих на объем грунта каждого элемента с учетом его насыщения водой, и изменения давления воды на поверхность откоса в пределах элемента.

В расчеты откосов с учетом сейсмических воздействий вводят динамические характеристики прочности грунтов, если они отличаются от статических. Учитывают в соответствующих случаях возникновение избыточного порового давления как следствие сейсмических толчков.

Сейсмические воздействия относятся к особым нагрузкам, их учет исключает другие особые нагрузки.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6* Рекомендуемое ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРУТИЗНЫ ВОЛНОУСТОЙЧИВОГО НЕУКРЕПЛЕННОГО ОТКОСА ПЛОТИН ИЗ ПЕСЧАНОГО ГРУНТА ПРИ «ПРОФИЛЕ ДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ» Предварительная оценка параметров динамически устойчивого при воздействии волн профиля неукрепленного откоса плотин из песчаного грунта («профиля динамического равновесия») может быть выполнена по формулам:

                                                    (1)

где m - коэффициент откоса;

m_о - коэффициент естественного откоса грунта тела плотины под водой;

h_cdl - высота расчетной волны, м;

l - длина расчетной волны, м;

d_o - средневзвешенный диаметр частиц грунта тела плотины, м;

                                                             (2)

где d_i - размер фракций, м;

р_i - доля фракций, % по массе;

k_l - коэффициент, принимаемый:

k_l = 0,37 для подводной части пляжного откоса от расчетного уровня воды в водохранилище (или в реке) до нижней границы размывающего действия волн (h₂), определяемой по формуле

                                                          (3)

k_l = 0,17 для надводной части пляжного откоса от расчетного уровня воды до верхней границы размывающего действия волн (h₂), зависящей от высоты наката, определяемой по СНиП 2.06.04-82*. В первом приближении можно принять h₂ = 05 h_cdl (см. чертеж).

Определение крутизны верхового неукрепленного откоса песчаной плотины

1 - расчетный уровень воды; 2 - участок откоса при k_l = 0,37; 3 - то же, при k_l = 0,17

Примечания: 1. При определении крутизны динамически устойчивого откоса необходимо учитывать размывающее влияние косого подхода волн, особенно сильно проявляющееся при углах подхода a = 45-57°.

2. Профиль сооружений необходимо уточнять по данным лабораторных или натурных исследований на основе результатов эксплуатации земляных сооружений с неукрепленными откосами, построенных из аналогичных грунтов и в условиях, близких по волновым и ветровым воздействиям.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7* Обязательное ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ В СЕВЕРНОЙ СТРОИТЕЛЬНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ Принцип строительства I - вечномерзлые грунты основания плотины сохраняются в мерзлом состоянии при ее строительстве и эксплуатации, а талые грунты противофильтрационного устройства плотины и его основания замораживаются до начала заполнения водохранилища и сохраняются в мерзлом состоянии при эксплуатации.

Принцип строительства II - допускается оттаивание вечномерзлых грунтов основания в ходе строительства и эксплуатации плотины или искусственное их оттаивание на заданную глубину до начала заполнения водохранилища.

Мерзлая плотина - плотина, водонепроницаемость которой обеспечивается мерзлым состоянием грунтов ее противофильтрационного устройства и его основания.