Гидравлические методы решения безнапорной фильтрации в грунтовых плотинах

С помощью гидравлических методов опреде­ляют с достаточной для практики точностью депрессионную кри­вую, средние скорости и градиенты, фильтрационный расход.

В гидравлическом методе используется тот факт, что фильтра­ция в грунтовых плотинах в большинстве случаев является плавно изменяющейся.

При плавно изменяющейся фильтрации изогнутые, проведенные по эквипотеициалям сечения (например, с'd, а' на рис. 3.1, в) снебольшой погрешностью можно заменить сечениями плоскими и вертикальными (cd, а) площадью . Тогда для плоского сечения можно применить формулу Дюпюи. Осредненная по сечению ско­рость будет , где q - фильтрационный расход, проходящий через площади, равный ; J - осредненный градиент напора по всему пути фильтрации.

При резко изменяющемся течении использование гидравлического метода приводит к большим ошибкам, поэтому приходится пользоваться гидромехани­ческими и экспериментальными методами.

В смешанном гидравлико-гидромеханическом способе расчета для участков с плавно изменяющимся движением используют формулу Дюпюи, на других участках - гидромеханические методы.

Следует отметить, что принимать среднюю скорость в живом се­чении можно только на значительном удалении от дренажа. У дре­нажа другой характер фильтрационного потока и здесь такое до­пущение может дать значительную погрешность.

Существуют различные предло­жения по гидравлическим методам расчета безнапорной фильтрации. Наибольшее распространение полу­чил метод, предложенный Н. Н. Павловским, в который внесены теперь поправки и уточнения.

Фильтрация    через    однородную плотину на  водоупоре.  Решая задачу гидравлическим   методом,   напри­мер, для плотины  на непроницаемом основании,   с  наслонным  дренажом, Н. Н. Павловский рассматривает три области  фильтрации:   1 - через  вер­ховой клин - до   сечения А-А; 2 - через среднюю часть - между сечениями А-А и Б-Б; 3 - через низовой клин - за сечением 5-5. Естественно, фильтрационные расходы, проходящие через данные области, равны между собой (рис. 3.19).

Решая совместно три уравнения

 
 (3.52)

Рис. 3.19. Однородная плотина с наслон­ным дренажем на непроницаемом осно­вании

найдем три неизвестных - а, h, h₃.

Влияние в расчете верхового клина, определяемое различными методами различно, а результаты расчета могут весьма существенно отличаться друг от друга. Так, например, подсчитанная для Акуловской плотины методом В. Г. Айвазьяна и А. А. Угинчуса кривая депрессии примерно на 25% расположена выше, чем при использовании метода П. А. Шанкина и С. И. Бильдюга.

Основываясь на гидромеханических решениях, Г. М. Михайлов предлагает верховой клин 1-2-3' для расчета заменять прямо­угольной вставкой 2-3'-4-5 шириной (рис. 3.19, а) .

При пологих откосах значение не превышает 0,673. Рекомен­дуется при всех заложениях верхового откоса т принимать

          (3.53)

 
При .

При этом плотину не приходится расчленять на отдельные фраг­менты, и фильтрационные расчеты упрощаются.

Для однородной плотины (рис. 3.19)

 
             (3.54)

Высоту высачивания h₃ рекомендуется  (в СНиП II-И.4-62)  определять по формуле

         (3.55)

где

    (3.56)

При .

Уравнение кривой депрессии

            (3.57)

Из точки 2 (рис. 3.19) ортогонально к откосу проводят  линию и плавно соединяют с линией 5-3.
Аналогично получены решения для других типов плотин.

 
Рис. 3.20 Однородная   плотина   на прони­цаемом основании

          (3.58)

           (3.59)

           (3.60)

 
Рис. 3.21 Однородная плотина с дренажным банкетом на непроницае­мом основании

                 (3.61)

 
          (3.62)

 
           (3.63)