Remontoff23.ru

Про Ремонт
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет устойчивости откосов грунтовых плотин

(61) Плотины из грунтовых материалов, их типы. Требования к материалам для возведения земляных плотин. Расчет устойчивости откосов грунтовых плотин.

Грунтовые плотины — наиболее распространенный тип плотин, что объясняется возможностью полной механизации технологического процесса по возведению плотины — от разработки грунта в карьере до укладки его в тело плотины, широким разнообразием конструкций плотин, которые позволяют использовать для тела плотины практически любые грунты, находящиеся вблизи створа. При возведении грунтовых плотин предъявляются меньшие требования к деформированию основания, чем плотин других типов.

Грунтовые плотины по используемым материалам классифицируют на

1) земляные, в которых основной объем тела плотины (более 50 %) выполняется из мелкозернистых глинистых, песчаных или песчано-гравелистых грунтов; 2) каменно-земляные, в которых основной объем тела плотины выполняется из крупнозернистых гравийно-галечниковых грунтов или горной массы скального (иногда полускального) грунта, а противофильтрационное устройство — из мелкозернистого грунта; 3) каменные, в которых основное тело плотины, выполняется из крупнозернистого материала, а противофильтрационное устройство — из негрунтовых материалов.

Все эти плотины имеют трапециевидное поперечное сечение с прямолинейным или ломаным очертанием верхового и низового откосов. Тангенс угла наклона откоса к горизонту называется уклоном откоса tgα=l:m, a m=ctgα — коэффициент заложения откоса.

Самая верхняя кромка откоса называется его бровкой, а нижняя — подошвой откоса. Горизонтальные или слабонаклонные участки поверхности откосов называют бермами.

По конструкции плотины делят на однородные, возводимые без специальных противофильтрационных элементов, и неоднородные, тело которых состоит из грунтов двух или нескольких видов.

Неоднородные плотины по расположению противофильтрационного грунтового устройства в свою очередь делятся на плотины: с центральным ядром, когда противофильтрационное устройство из мелкозернистого грунта располагается строго по оси плотины; с наклонным ядром, когда низовая грань противофильтрационного устройства наклонена к горизонту под острым углом β, но угол наклона β больше угла естественного откоса крупнозернистого грунта; с экраном, когда угол β меньше или равен углу естественного откоса крупнозернистого грунта.

Если противофильтрационное устройство выполняется из негрунтового материала (бетон, асфальтобетон, сталь, дерево и т. д.), то по его положению в теле плотины различают экран, расположенный со стороны верхового откоса, и диафрагму, расположенную по оси плотины.

По методам производства работ плотины бывают насыпные, намывные, набросные, взрывонабросные, из сухой кладки камня.

Насыпные плотины бывают: с механическим уплотнением грунта, возводимые послойной отсыпкой с укаткой или тромбованием слоев; возводимые отсыпкой грунта в воду без механического уплотнения; возводимые отсыпкой большими слоями (10 — 50 м) насухо или с уплотнением струей воды из гидромонитора.

По высоте плотины иногда подразделяют на низкие — высотой менее 30 м; средние (30≤Н≤75 м); высокие (75 125м).

По условиям пропуска строительных и эксплуатационных расходов воды грунтовые плотины подразделяют на глухие, фильтрующие и переливные. Глухие — это плотины, фильтрационный расход через которые мал по сравнению со строительными и эксплуата­ционными водосбросными расходами. Водосбросные сооружения при этом могут быть береговыми или пересекать тело плотины в виде галерей. Фильтрующие — это плотины, фильтрационный расход через которые соизмерим с расходами воды, подлежащими сбросу через водосбросные сооружения. Эти плотины могут выполняться из камня (горной массы) без специальных противофильтрационных устройств. Переливные — это плотины, на гребне и откосах которых располагают безнапорные водосбросные сооружения для пропуска строительных и эксплуатационных расходов.

Требования к грунтам для земляных плотин. К грунту как к строительному материалу для земляных плотин предъявляют требования прочности (характеризуемой сдвиговыми характеристиками – углом внутреннего трения и сцеплением), водоустойчивости (характеризуемой степенью растворимости грунта в воде) и водопроницаемости (характеризуемой коэффициентом фильтрации).

Читайте так же:
Сколько накладывать слоев грунтовки

По условиям размещения грунтов можно выделить три характерные части поперечного профиля плотины: 1) основная часть, которая выполняет роль массива, обеспечивающего устойчивость всего водоподпорного сооружения и поддерживающего заданные уровни верхнего бьефа; 2) часть, занятая противофильтрационными устройствами – ядрами, экранами, понурами, замками, зубьями и пр.; 3) часть, занятая дренажем. Грунты каждой из этих частей поперечного профиля плотины должны отвечать различным требованиям исходя из выполняемых ими задач. В основной части практически можно использовать все виды нескальных грунтов, а также отходы металлургической промышленности и тепловых электростанций. Для противофильтрационных устройств применимы маловодопроницаемые грунты (суглинки, глины, торф) и искусственные грунтовые смеси (глинобетон), для дренажей – несвязанные грунты с повышенным коэффициентом фильтрации (пески различной крупности, гравий, галька, щебень, песчано-гравелистые смеси и крупные камни).

Расчет устойчивости откосов грунтовых плотин. Метод расчета устойчивости по круглоцилиндрической поверхности обрушения. Расчет выполняется в предположении плоской деформации на участке плотины толщиной 1 м. Разделим массив обрушения на столбики шириной b и выразим коэффициент запаса устойчивости массива обрушения как отношение момента реактивных сил к моменту активных сил.

где предельно возможная величина реактивного касательного напряжения; активные касательные напряжения; дуга обрушения. Возьмем n-ый отсек и приложим действующие силы к отсеку: собственный вес отсека Gn, Tn и Tn+1 – силы трения по боковым граням отсека; En и En+1 – давление грунта от рядом расположенных отсеков на боковые грани рассматриваемого отсека; Wn и Wn+1 – фильтрационное давление по боковым граням отсека; соответственно нормальные и касательные напряжения по поверхности обрушения. С учетом всех сил получим:

где и cn – угол внутреннего трения и сцепления грунта в n — ом столбике массива обрушения.

Для определения коэффициента запаса устойчивости откоса необходимо выполнить цикл расчетов, задаваясь различными положением кривой обрушения и отыскивая такую кривую, которая даст минимальное значение Поиск наиболее опасной кривой выполняют последовательно, задаваясь центрами дуги обрушения. Из каждого центра проводят несколько поверхностей и за основу сравнения выбирают такую поверхность, которая дает минимальный коэффициент запаса.

Все расчеты устойчивости низового откоса обычно выполняют при уровне воды в ВБ на отметке НПУ, ФПУ и мин и макс уровнях воды в НБ.

Расчет устойчивости верхового откоса выполняют при различных положениях воды в ВБ на отметке НПУ, УМО, на 1/3Н от основания.

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Устойчивость откосов грунтовых плотин

Откосы грунтовых плотин при некоторых условиях могут потерять устойчивость, произойдет их деформация в форме оползания (скольжения) части грунтового массива по некоторой криволинейной поверхности в пределах части высоты откоса, по всей высоте откоса или с захватом части основания (рис. 5.30). Устойчивость откосов грунтовых плотин должна быть обеспечена при любой из приведенных схем.

Разработано несколько методов расчетов: метод горизонтальных сил взаимодействия при круглоцилиндрической поверхности скольжения и метод весового давления при круглоцилиндрической поверхности скольжения. В гидромелиоративной практике широко используют метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения грунтового массива с разбивкой его на отсеки. Задача расчетов состоит в определении коэффициентов запаса устойчивости откосов, который должен быть не менее нормативного, приведенного в СНиП [102].

При расчете устойчивости откосов сдвиговые характеристики грунта ф, С относятся только к поверхности скольжения. Покрытие откосов камнем, железобетоном или другим материалом практически не влияет на повышение устойчивости откосов.

Расчет устойчивости откосов по круглоцилиндрической поверхности скольжения. В этом методе считают, что скольжение призмы обрушения будет происходить по радиальной кривой относительно некоторого центра вращения, расположенного выше гребня плотины.

Устойчивость откоса оценивается коэффициентом запаса Кзяп, представляющим отношение суммы моментов сил удерживающих к сумме моментов сил сдвигающих относительно центра вращения

Читайте так же:
Расценка сметы покраска стен с грунтовкой

В большинстве случаев грунты призмы обрушения имеют различные показатели, поэтому использовать формулу (5.31) для всего оползневого массива затруднительно. Учитывая это, применяют искусственный прием, основанный на рассмотрении устойчивости отдельно выделенных из массива отсеков (рис. 5.31), образованных вертикальными плоскостями произвольной ширины.

При расчете принимают допущение, согласно которому взаимодействие между отсеками отсутствует, и их рассматривают как недеформируемые тела, удерживаемые силами трения н сцепления.

Отсеки по высоте имеют различные грунты. Для удобства расчетов вычисляют приведенную высоту отсека по формуле:

При определении высоты по формуле (5.32) за приведенную плотность грунта упр можно принять любое значение у, но обычно задают значение, соответствующее грунту естественной влажности (выше кривой депрессии). Вес отсека, равный переносят по линии действия на кривую скольжения и раскладывают на две составляющие.

Нормальная составляющая собственного веса вызовет появление силы трения, которая будет равна.

Коэффициент запаса на устойчивость любого отсека:

Подсчет составляющих, входящих в формулу, целесообразно вести в табличной форме; следует учитывать, что сила 5 влево от вертикали, проходящей через центр вращения, будет действовать как сдвигающая, а справа — как удерживающая.

В теле и основании плотины при наличии фильтрационного потока появляется фильтрационная сила, определяемая по формуле (2.35), снижающая устойчивость откоса; поэтому момент от этой силы в формуле (5.34) входит в знаменатель.

Нахождение поверхности скольжения с минимальным значением. Для нахождения центра вращения О с минимальным значением коэффициента устойчивости существует ряд приемов. Среди них наиболее распространен прием, основанный на построении одного луча (рис. 5.32), на котором и возле которого лежат центры вращения О с минимальным значением Каап.

Построение этого луча сводится к следующему: из точки В на подошве плотины опускают вертикаль, на которой откладывают отрезок, равный Нпл. Из конца этого отрезка проводят горизонтальную линию и откладывают на ней отрезок, равный 5. Из конца этого отрезка через бровку откоса проводят луч ММ. Вдоль этого луча выше гребня плотины берут ряд центров вращения — 02, 03 и т. д. и строят эпюру изменения Кзап. Через точку с минимальным значением проводят нормаль NN и на ней берут ряд точек — 04, 05, 06 и т. д. и строят эпюру изменения. По минимальному значению из всех коэффициентов запаса судят об устойчивости откоса.

Приложение И (рекомендуемое). Расчет устойчивости откосов по способу наклонных сил взаимодействия

Информация об изменениях:

Приложение И изменено с 26 мая 2018 г. — Изменение N 1

Расчет устойчивости откосов по способу наклонных сил взаимодействия

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 сил взаимодействия может быть определен из условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии, которое достигается пропорциональным изменением характеристик прочности грунтов от расчетных значений и с до критических и . При произвольной поверхности сдвига для оценки устойчивости призмы обрушения сопоставляют проекции равнодействующих активных сил и сил сопротивления на направление сил взаимодействия. При круглоцилиндрической поверхности сдвига можно сопоставлять как моменты равнодействующих этих сил , относительно оси поверхности сдвига, так и их проекции.

Критерием устойчивости призмы обрушения является соотношение:

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

Читайте так же:
Сколько должно пройти времени после грунтовки стен

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

Проекции равнодействующих определяют из условия равновесия элементов призм обрушения (рисунок И.1) по формулам:

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

— угол наклона к оси х силы взаимодействия Е между элементами призмы обрушения;

dx — ширина призмы;

— угол отклонения силы Q от вертикали;

— угол наклона элемента поверхности сдвига к горизонту;

C = cds — сила сцепления, действующая на элемент поверхности сдвига, длина дуги которого ds.

Моменты равнодействующих определяют по формулам:

где r — радиус поверхности сдвига;

b — возвышение точки приложения силы Q над поверхностью сдвига.

Угол в обоих случаях допустимо определять по приближенной зависимости:

Устойчивость откоса в предположении круглоцилиндрической поверхности сдвига можно проверять по формулам (И.2) и (И.3). Отношения и — разные механические понятия, поэтому оценки устойчивости по ним получаются разными. Однако эти оценки совпадают при и достаточно близки при .

Если принять в качестве универсальной оценки устойчивости отношение , т.е. подобрать такие значения характеристик прочности, при которых и , результаты расчета обоими способами должны совпадать. Такой расчет может служить контролем правильности определения угла , т.е. соблюдения условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии для найденной наиболее опасной поверхности сдвига.

Влияние воды, насыщающей откос, допускается учитывать двумя способами:

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;

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 тождественные результаты и распространяются на неустановившуюся фильтрацию, в том числе при незавершенной консолидации грунта. При вычислении активной силы и активного момента давление воды по плоскостям раздела можно не учитывать: в сумме они равны нулю. При вычислении можно не учитывать также давление воды по круглоцилиндрической поверхности сдвига, так как его момент равен нулю.

Влияние сейсмических воздействий на откос определяют 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, а также в соответствующих случаях учитывают возникновение избыточного порового давления как следствия сейсмических толчков.

Сейсмические воздействия относятся к особым нагрузкам; при их учете другие особые нагрузки можно не учитывать.

>
К (рекомендуемое). Особенности расчета асфальтобетонных диафрагм и их влияние на работу плотины
Содержание
Свод правил СП 39.13330.2012 «СНиП 2.06.05-84* Плотины из грунтовых материалов». Актуализированная редакция СНиП.

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.

Программы для расчета грунтовых плотин

Солнечная
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от Солнечная
Шмидт
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от Шмидт
tyro41
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от tyro41

расчеты МКЭ и CFD. ктн

еще FLAC3d
abaqus
ansys/civilfem.

хочется научиться самим считать или интересуетесь кто умеет?

СергейД
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от СергейД

Инженер (гидротехнические сооружения)

Солнечная
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от Солнечная
Читайте так же:
Силикатная грунтовка тиккурила концентрат

расчеты МКЭ и CFD. ктн

проще всего, думаю, плаксис.
но к трехмерным расчетам в нем было много вопросов на конференции пользователей (глюки и баги). двумерка- прекрасная.

математически лучше всего подходит FLAC3d (имхо).
НО он сложен и не слишком удобен. все через скрипты.

я считаю в ансис. но быстро его самостоятельно освоить может не получиться. нужны курсы или постоянные консультации. зато потом можно применять макросы и считать по отработанной методике очень разные сооружения.

СергейД
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от СергейД
Шмидт
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от Шмидт

проектирование гидротехнических сооружений

Шмидт, я думаю моделирование грунтов глубже чем в Plaxis — не проработано нигде. Модель грунта Кулона-Мора в Ansys по-моему есть, но в обычной своей постановке это влечёт множество проблем и несуразностей которые были в «первых» поколениях Плаксиса и ему подобных.

Вопрос про 3d Plaxis тем кто пользовался:
расчёт пространственной схемы, например, ограждения котлована в виде заанкерованной шпунтовой стенки, с учётом поэтапности строительства, с проверкой устойчивости («фи-с редакшин») на разных этапах вскрытия котлована и монтажа ограждения — сколько времени машинного требует? И на каком компьютере это считать? Имею в виду именно процедуру расчёта, выполняемую компьютером без участия пользователя.

— просто для меня как-то сомнительно, что обычный комп настольный современный может в приемлемые сроки с требуемой точностью просчитывать такие задачи в 3d. А в процессе проектирования и расчётов эти схемы бывает необходимо по 100 раз переделывать.

Серёга — Bilder
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от Серёга — Bilder

расчеты МКЭ и CFD. ктн

плаксис2d весьма хорош и удобен
плаксис3d плохо сделан программистски. плохой солвер, плохой мешер.
масса глюков и багов.
в этом я окончательно убедился на конференции в СПб позапрошлым летом. масса нареканий и слабые перспективы дальнейшего развитися.
задача на 50 тыс элементов (причем сетка ОЧЕНЬ сомнительно грубая) даже с низкой точностью решателя считалась у опытного юзера четверо суток. и результат показывать никому не стали. пересчитали на двумерном.

Flac3d намного качественнее сделан по математике. но сложнее и не всем удобен в пользовании. без программизма и наработки шишек там нельзя. хотя лично мне понравился..берешь из хелпа макрос и правишь.

abaqus и ansys вполне справятся.
если понимаете, что должно примерно получиться. начать нужно с воспроизведения ТРЕХосных испытаний и подобранные параметры перенести в большую задачу.
моделей там хватает. и их названия достаточно условны= масса опций и вариантов.
в ансис сейчас есть «расширенный друкер-прагер с шатром». подбирая
константы можно перейти на практически любую модель с упрочнением.
хоть на мор-кулона,но
Мор-кулона в ансис формально нет и не было никогда.
он в принципе (по определению) сходится хуже друкер-прагера и дает в принципе завышенные результаты.

уточню.в ansys-civilfem реализованы различные линейные алгоритмы в т.ч. устойчивость откосов, библиотеки грунтов, экспорт сетки во FLAC
но нелин считается в обычном ансис.

я порешал и тесты и практические задачи. сранвивали и с экспериментами и с плаксисом. проблемы есть, но есть с любой программой. просто в ансис математика намного быстрее и качественнее и сетку генерировать удобнее.
и дело только в понимании физики- те в квалификации пользователя.

ну если вопрос серьезный, коммерческий-
приезжай, передам накопленный опыт.

ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН

  • Авторы:БАЛЬЗАННИКОВ М.И 1 , ШАКАРНА С.М 2
  • Учреждения:
    1. Самарский государственный архитектурно-строительный университет
    2. «Арм-Проект», г. Санкт-Петербург
  • Выпуск: Том 1, № 1 (2011)
  • Страницы: 92-95
  • Раздел: Статьи
  • URL:https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/53990
  • DOI:https://doi.org/10.17673/Vestnik.2011.01.18
  • Цитировать
Читайте так же:
Силикатная грунтовка глубокого проникновения

Полный текст

  • Аннотация
  • Полный текст
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Статистика

Аннотация

Рассматриваются подходы к оценке устойчивости откосов грунтовых плотин с учетом изменчивости и неопределенности показателей свойств материалов сооружения и грунтов основания, а также изменчивости действующих нагрузок. Подчеркивается необходимость и целесообразность использования вероятностных методов оценки. Приводится алгоритм и пример анализа устойчивости откоса грунтовой плотины.

Ключевые слова

Полный текст

Нарушение устойчивости откосов является одной из главных причин аварий на грунтовых гидротехнических сооружениях. Кроме того, достаточно часто негрунтовые гидротехнические сооружения расположены на откосах естественных грунтовых массивов, нарушение устойчивости которых приводит к аварии сооружения. При оценке устойчивости откосов грунтовых плотин сталкиваются со значительными трудностями, среди которых выделяются следующие [1]: значительная изменчивость действующих нагрузок, что затрудняет подбор их расчётных параметров; существенная изменчивость, а иногда и полная неопределенность показателей свойств материалов и грунтов сооружения и его основания. В настоящее время существует много методов расчета устойчивости откосов грунтовых плотин, причем большинство их основано на сопротивлении активных сил, действующих на гипотетическую призму обрушения, и реактивных сил сопротивления, могущих возникнуть в предельном состоянии на поверхности сдвига, отделяющей призму от остального грунтового массива. Призма обрушения сохранит равновесие, а откос грунтовой плотины будет устойчив, если обеспечивается неравенство: , где F(k), R(k) – активный и реактивный члены уравнения предельного равновесия или соответственно обобщенное сдвигающее силовое воздействие и обобщенная несущая способность. Исходные параметры – характеристики грунтов, материал конструкции, действующие нагрузки и другие факторы – случайные по своей природе. Действующие нормы допускают производить оценку устойчивости откоса грунтовой плотины по методу предельных состояний, где изменчивость входных и выходных величин учитываются посредством задания их расчетных значений определенной обеспеченности и используют соответствующие нормативные коэффициенты. Условие недостижения предельного состояния при этом записывается в следующем виде [2]: ksp ≥ λnλfc/λc, где kspкоэффициент устойчивости, полученный при расчетных значениях показателей свойств грунтов и параметров нагрузок; λn, λfc, λc нормативные коэффициенты: надежности по ответственности, по сочетанию нагрузок, по условиям работы. Учитывая, что kS,P = RP/FP, где RP и FP расчетные (т. е. определенной обеспеченности) значения обобщенной несущей способности и обобщенного сдвигающего силового воздействия, определяемые как RP = RН/λg и FP = λfFН, где RН и FН так называемые нормативные (средние) значения R и F; а λg λf коэффициенты надежности по грунтам и нагрузкам, можно получить условие недостижения предельного равновесия по поверхности скольжения призмы в виде: RН ≥ λnλfcλfλgFН/λc, где RН и FН можно трактовать как средние значения или же приближенные значения математических ожиданий величин R и F. Соответствующее среднее значение коэффициента устойчивости kS,Н (т. е. приближенное значение его математического ожидания) при условии недостижения предельного равновесия выразится как: kS,Н ≥ λnλfcλgλf/λc. Из последнего выражения можно предположить, что предельное состояние по выбранной поверхности скольжения наступит при достижении математическим ожиданием коэффициента устойчивости kS значения λnλfcλgλf/λc. Следовательно, если область допустимых значений математического ожидания kS можно определить интервалом [λnλfcλgλf/λc, ∞], то любого kS, значение которого может оказаться как меньше, так и больше kS,Н, интервалом [1, ∞]. Таким образом, устойчивость грунтового откоса плотины может быть обеспечена при любом случайном значении kS, если kS ≥ 1. И наоборот, если kS ×

Об авторах

М. И БАЛЬЗАННИКОВ

Автор, ответственный за переписку.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

доктор технических наук, профессор, ректор Самарского государственного архитектурно-строительного университета, заведующий кафедрой природоохранного и гидротехнического строительства

С. М ШАКАРНА

ведущий специалист проектно-конструкторской организации «Арм-Проект», г. Санкт-Петербург

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector