Безнапорная фильтрация в сооружениях

Фильтрация воды в теле плотины, выполненном из грунта, вы­зывает неблагоприятные явления. В зоне насыщения водой грунт подвержен действию объемных фильтрационных гидродинамических сил, которые стремятся сдвинуть частицы грунта в направлении движения фильтрационного потока.

Ниже депрессионной поверхности грунт плотины насыщен во­дой, отчего геотехнические характеристики грунта обычно изменя­ются в худшую сторону. При установившейся фильтрации за опре­деленное время воздействие объемных сил будет направлено в сто­рону нижнего бьефа. Однако уровни воды в бьефах могут быстро изменяться, а для стабилизации положения депрессионной поверх­ности надо большее время, что может привести к изменению направ­ления объемных гидродинамических сил, напряженного состояния тела плотины. На рис. 3.18, а показан уровень верхнего и нижнего бьефа и соответствующее им положение кривой депрессии, устано­вившейся за длительное время. Объемная фильтрационная сила направлена в сторону низового откоса, что неблагоприятно для его устойчивости, возникновения суффозии. Верховой откос на­ходится в лучшем положении - его «уплотняет» объемная фильтра­ционная сила.

При относительно быстрой сработке водохранилища, когда кривая депрессии не успевает опуститься до стабильного положения, соответствующего уровням воды, гидродинамические силы будут направлены в сторону и низового, и вер­хового откоса (рис. 3.18, в). Это создает худшие условия для устойчивости верхового откоса, возможность возникновения и там суффозии, обрушения, опол­зания откоса.

Капиллярная вода участвует в движении воды в зоне насыщения. В этом случае рассматривается глубина фильтрационного потока

где h - глубина от линии депрессии;

h_к - высота   капиллярного   поднятия;

а =  0,3-0,4 - характеризует степень заполнения грунта водой.

Дренаж плотины существенно влияет на положение депрессионной поверх­ности и гидродинамическое воздействие фильтрационного потока на плотину (рис. 3.18, б,   где   показан   ленточный   дренаж).