Отслаивание и контактный выпор

При сопряжении дренажного сооружения с глинистым грунтом первый слой фильтра рассчитывается из условия отслаивания и контактного выпора.

В подводном состоянии влажность глинистого грунта, не имеющего нагрузки на поверхности, увеличивается из-за расклинивающего действия тонких слоев воды между частицами грунта и их агрегатами. Уравновешивание расклинивания и изменения влажности наступает при отодвигании частиц и их агрегатов друг от друга, поэтому некоторые группы частиц и агрегатов выходят из радиуса действия молекулярных сил и молекулярное сцепление (по Б. В. Дерягину) при определенных диаметрах этих агрегатов перестает действовать.

Экспериментально В. С. Истоминой установлено, что отсутствие отслаивания глинистого грунта на всей поверхности контакта грунт-фильтр можно считать обеспеченным, если максимально возможный размер пор будет удовлетворять неравенству

    мм.                                  (14.6)

Как уже говорилось выше, деформации отслаивания происходят только на свободной поверхности глинистого грунта, на которой отсутствует нагрузка, т. е. на той части контакта, которая приходится на поры между частицами.

Основной вид фильтрационных деформаций глинистого грунта -контактный выпор, который может иметь место под действием фильтрационного потока.

Допустимый градиент контактного выпора можно определить по формуле, предложенной Г. В. Мишуровой.

 ,                                (14.7)

где ср - сцепление на разрыв глинистого грунта; k3 - коэффициент запаса на точность определения ср, который следует принимать от 3 до 5 в зависимости от класса капитальности сооружения; - объемный вес воды;  - расчетный диаметр свода, образующегося в глинистом грунте в подводном состоянии вследствие отслаивания грунта на контакте с фильтром над расчетной максимальной порой.

Величина ср должна определяться опытным путем, как и прочие характеристики грунта, и только для приближенного определения можно воспользоваться зависимостью

                 ,                         (14.8)

где  - диаметр частиц, см (80% обеспеченности).

Величина ср определяемая по выше приведенной формуле, соответствует сцеплению на разрыв при влажности на пределе текучести, так как в подводном состоянии в глинистом грунте на контакте с порами (в ненагруженном состоянии) постепенно влажность повышается за счет расклинивающего действия воды. Глубина, на которую распространяется повышение влажности, небольшая (по данным В. С. Истоминой) и зависит от размера пор фильтра, и нагрузки.

Величину диаметра свода можно определить из условия

 ,                      (14.9)

где  - расчетный диаметр частиц фильтра;  - диаметр пор, создаваемых расчетными частицами фильтра.

Таким образом,

   .                   (14.10)

Отсутствие выпора будет обеспечено, если  (максимальный расчетный выходной градиент, определяемый согласно фильтрационным расчетам по гидродинамической сетке).

Приведенные выше расчеты справедливы, если противофильтрационное устройство монолитно и опасности образования сквозных трещин нет.

Если анализ напряженно-деформированного состояния показывает, что образование трещин возможно, что может иметь место в ядрах или экранах каменно-земляных плотин, то подбор первого слоя фильтра следует производить из условия самозалечивания трещин, что достигается кольматацией фильтра на контакте с трещиной выносимыми потоком частицами.