Гидротехнические сооружения (Часть 1)
Общая теория фильтрации воды. Понятие о фильтрации
Как было уже сказано выше, фильтрационный поток проходит через пористую среду основания водоподпорного сооружения, через само сооружение, если оно достаточно пористое, и в обход его (рис. 3.1).
Фильтрация под сооружением является напорной, так как на верхней границе потока давление не равно атмосферному. В этом случае коэффициент фильтрации тела сооружения, обтекаемого фильтрационным потоком, намного меньше коэффициента фильтрации основания.
Теоретические решения фильтрационных задач. Гидродинамические сетки
B общем виде задача фильтрации в какой-то области решается уравнениями гидромеханики.
B каждой точке однородной области фильтрации давления р и скорости U различны по величине и направлению. Компоненты скорости для условий плоской задачи могут быть записаны уравнениями Жуковского:
Использование гидродинамических сеток
Построив гидродинамическую сетку фильтрации, по ней можно получить характеристики фильтрационного потока в любой точке области фильтрации.
Экспериментальные и другие методы построения гидродинамической сетки фильтрации
Если отсутствуют теоретические решения фильтрационных задач, то могут быть применены приближенные экспериментальные и другие методы.
Метод электрогидродинамических аналогий, или ЭГДА, получил особенно широкое распространение. Этот метод основан на том, что движение электрического тока через электропроводящую среду описывается теми же дифференциальными уравнениями, что и движение фильтрационного потока в пористой среде.
Решение практических задач напорной фильтрации воды. Точные решения
Определение взвешивающего давления основывается на законе Архимеда и не представляет затруднений. Решение уравнений Лапласа в заданных граничных условиях представляет значительные трудности, поэтому методами комплексной переменной, конформных преобразований решены в основном частные задачи: для ламинарного, установившегося движения фильтрационного потока, подчиняющегося закону Дарси, изотропных сред, причем только в условиях плоской схемы фильтрации.
Приближенные методы решения задач напорной фильтрации воды
Существует несколько приближенных методов: метод фрагментов, предложенный акад. Н. Н. Павловским и развитый В. С. Козловым; метод коэффициентов сопротивления, предложенный Р. Р. Чугаевым, метод последовательного отображения шпунтов, предложенный акад. М. А. Лаврентьевым и развитый Н. Т. Мелещенко, П. Ф. Фильчаковым и др.
Дренажи и их влияние на фильтрацию
Дренажом называют устройство в виде отверстий (галерей) в сооружениях, полостей или скважин в основании, в виде легко проницаемых для воды тюфяков из гравия, щебня и других горизонтальных, наклонных (так называемые дренажные тюфяки) или в виде отдельных лент - ленточный дренаж (рис. 3.8), облегчающих выход воды в нижний бьеф.
Учет водопроницаемости шпунтов при фильтрационных расчетах
Шпунтовые противофильтрациояные завесы являются водопроницаемыми ввиду наличия щелей в замках стальных шпунтов и в стыках деревянных и железобетонных. Проницаемы также завесы, выполненные цементацией грунтов основания.
Для «висячих» шпунтов и завес, не доходящих до водоупора, в песчаных грунтах водопроницаемость шпунтовых завес можно не учитывать.
Влияние относительной проницаемости бетона сооружения на фильтрацию воды в основании
Режим фильтрации воды зависит не только от схем подземного контура бетонных сооружений и соотношения его размеров, но иот соотношения коэффициентов фильтрации бетона сооружения и основания.
Фильтрационные расчеты при анизотропных породах основания
При однородном анизотропном грунте, имеющем коэффициенты фильтрации в вертикальном направлении кв и горизонтальном кг, поступают следующим образом. Горизонтальные размеры схемы подземного контура увеличивают путем умножения на 
:
Фильтрационная (гидродинамическая) сила в грунте
Каждую элементарную частицу грунта, омываемого фильтрационным потоком, схематично можно представить как находящуюся под действием
Механическая суффозия грунтов
Это - процесс выноса мелких частичек грунта с его поверхности, называемая поверхностной суффозией, или подвижка частичек внутри объема -внутренняя суффозия. Суффозия на контакте различных по составу грунтов называется контактной суффозией.
Основываясь на том, что перечисленные виды суффозии поддаются расчету, места их возникновения можно определить, проф. Р. Р. Чугаев выделяет суффозию, не поддающуюся расчету и места возникновения которой заранее определить нельзя.
Фильтрационный выпор
Происходит под воздействием объемных фильтрационных сил, когда часть грунта, отделившаяся от всего массива, увеличивается в объеме за счет
Контактный выпор грунтов
Контактный выпор в песчаных грунтах может возникнуть главным образом в местах выхода фильтрационного потока в дренаж. Этому вопросу посвящены исследования С. В. Избаша, Е. А. Замарина, Л. И. Козловой, Б. Ф. Караулова, А. П. Вощииина и др.
Контактный выпор в глинистых грунтах
В глинистых грунтах характерным видом фильтрационной деформации является выпор. Суффозия в них при числе пластичности больше 7-10 не наблюдается даже при весьма больших градиентах фильтрационного потока за счет значительных сил сцепления между частичками, препятствующих отрыву частичек друг от друга.
Контактный размыв
Это вид фильтрационных разрушений грунтов под воздействием фильтрационного потока, проходящего вдоль двух смежных грунтов с различной крупностью.
Этот вид деформаций может быть в основании бетонных гидросооружений, дренажах, расположенных под ними,
Суффозия в зоне контакта грунта основания с сооружением (случайная, казуальная суффозия)
Как уже отмечалось, в области контакта сооружения с основанием, и внутри пород основания земляного сооружения могут возникнуть облегченные ходы фильтрации, которые предвидеть заранее невозможно. Различные авторы (В. Бляй, Е. Лен, Р. Чугаев), анализируя характеристики разрушившихся и существующих плотин, предлагали установить предельные (величины градиентов напора по контакту подземного контура, непроницаемой его части, при которых можно гарантировать надежность сооружения в части фильтрационной прочности основания.
Обратные фильтры
Неотъемлемой частью дренажей являются обратные фильтры. Назначение их - защищать грунты основания от фильтрационных деформаций, которые возможны на выходе фильтрационного потока в дренаж, и сохранять водопропускную способность дренажа.
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.
Гидромеханические методы решения фильтрации в грунтовых плотинах. Методы построения фильтрационных сеток
Задача методов в основном заключается в получении такого аналитического решения, которое позволило бы построить гидродинамическую сетку фильтрации с тем, чтобы по ней можно было определять положение кривой депрессии, фильтрационный расход, скорости и градиенты в любой точке области фильтрации.
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.
Прочие методы решения задач по безнапорной фильтрации и использование расчетов
Существует большое количество предложений по фильтрационным расчетам плотин самых различных схем, в частности плотин с зубом или ядром, доведенным до водоупора, и др.
В частности, предлагаются таблицы для фильтрационного расчета земляных плотин с различными типами дренажей, а также плотин с зубом, которые могут ускорить выбор варианта.
Фильтрационная прочность земляных плотин
Фильтрационная прочность земляных плотин и их оснований обеспечивается хорошим проектированием с подробным анализом грунтов и качественным выполнением строительных работ. Однако случаи аварий земляных плотин показывают, что причинами разрушений явилась фильтрация на участках разрыхленных пород, по причине образования облегченных ходов фильтрации из-за плохой укатки и др., причинам, связанным, как правило, с ошибками в проекте или производстве строительных работ.
Так же рекомендуем посмотреть:
-
Виды торговой мебели
Оборудование для торговли необходимо для того, чтобы осуществлять хранение и демонстрацию различного товара. -
Особенности алюминиевых и медных листов
Современная промышленность нуждается в качественных материалах, которые не будут окисляться и подойдут для штамповки любого типа. -
Использование облицовочной керамической плитки
Сегодня, пожалуй, использованием облицовочной керамической плитки уже и не удивишь совсем никого: встретить ее можно если и не в каждом доме, то в трети точно. -
Как сделать подвесной потолок в офисе
Когда на рынке появился гипсокартон, заниматься ремонтом стало проще. Раньше для отделки можно было использовать кафельную плитку, обои. -
Аренда экскаватора: особенности выбора техники и ее эксплуатации
В строительстве, при проведении дорожных работ, в процессе демонтажа зданий активно используется землеройная техника.