Гидротехнические сооружения (Часть 1)
Фильтрация в теле бетонных плотин
Как уже было сказано, бетон как материал для плотины обладает пористостью в зависимости от его марки, поэтому в теле бетонной плотины возникает фильтрация воды, аналогичная фильтрации в грунтовых плотинах.
Фильтрация воды в скальных основаниях гидросооружений. Особенности скальных оснований
Скальные породы обладают малой влагоемкостью и пористостью 0,5-0,8% в изверженных породах и 4-35% в осадочных породах (песчаники, известняки). Размер пор их так мал, что коэффициент фильтрации составляет обычно А-10-6-А- 10-9 см/с. Для сильно трещиноватых пород К<А-103-А-10-4 см/с, что имеет место в верхних слоях скалы.
Определение фильтрационного противодавления
Фильтрация происходит по порам, трещинам и фильтрационное противодавление, передаваемое на сооружение, логично считать действующим не по всей площади подошвы, а по площади этих трещин и пор. Если коэффициент площади передачи давления обозначить через а2, то тогда объемная сила взвешивания фильтрационного потока будет передаваться на площадь подошвы сооружения а2b, где b - площадь 1 м сооружения. Значение коэффициента а2 связано с конкретной скальной породой, размерами трещин. Определению его посвящена большая литература. По соображениям М. М. Гришина, а2 = 0,74-0,95, по экспериментальным данным значения а2 могут быть намного меньше. Учитывая неопределенность в этом вопросе и важность его, рекомендуется принимать (в запас) а2 = 1 чего физически быть не может.
Суффозия пород основания
Наиболее существенную роль в скальных основаниях может играть химическая суффозия, проявляющаяся в тех случаях, когда в составе породы имеются легковыщелачиваемые вещества: гипс, ангидрит, каменная соль. Для предотвращения ее используют обычно четыре метода:
Общие условия обходной фильтрации. Меры ее регулирования
Всякое жесткое водоподпорное сооружение из бетона, дерева сопрягается с земляными плотинами или с берегами с помощью сопрягающих конструкций.
В зоне примыкания подпорного сооружения к водопроницаемому грунту берега, земляной плотине возникает обходная фильтрация.
Расчет фильтрационного давления на стены сопрягающих конструкций (устоев)
Линию контакта устоя с грунтом примыкающей земляной плотины или берегом 1-2-3-4-5-5-7-8-9 (рис. 3.1, б) можно по аналогии с фильтрацией под плотиной назвать обходным контуром устоя.
Если устой не сопрягается с водоупором в основании, то обходная фильтрация представляет сложную пространственную картину, так как фильтрационный поток формируется из напорной фильтрации под плотиной и безнапорной фильтрации в обход устоя и со стороны берега.
Определение фильтрационного расхода
Связь удельного расхода за устоем при безнапорной фильтрации с приведенным расходом qr для флютбета при напорной фильтрации рассчитывают по формуле
Учет при расчете плотины фильтрационного потока в обход устоя
Фильтрационное давление на продольную стенку устоя и ее подошву больше, чем на подошву рядом расположенного водоподпорного сооружения, так как
Учет фильтрационного потока со стороны берега
Гидрогеологические условия речной долины могут осложнить фильтрационный поток из верхнего бьефа в нижний за счет притока грунтовых вод со стороны берегового склона. Задачи по фильтрации воды в обход сопрягающих сооружений с учетом притока воды со стороны берега, а также при наличии в основании пластов грунтов с различными, коэффициентами фильтрации решены В. И. Аравиным, Н. Н. Веригиным. В. П. Недрига.
Фильтрационная прочность грунта обратной засыпки устоя
На контакте грунта обратной засыпки с бетоном устоя возможно наличие случайных облегченных ходов фильтрации за счет несовершенства расчетов по деформации устоя при изменении нагрузки, температуры, разрыхления грунта или недоуплотнения в отдельных местах контакта, оставления опалубки и т. п.
Значение температурно-влажностных воздействий для гидротехнических сооружений
Гидротехнические сооружения работают в сложных температурно-влажностных условиях, непрерывно изменяющихся во времени. Изменение температуры в сооружениях происходит вследствие воздействия колебаний температуры окружающей среды (воды, воздуха), искусственного разогрева или охлаждения конструкции, теплового потока из недр основания и других факторов.
Влияние температурных воздействий на бетонные сооружения
Температурный режим бетонного сооружения начинает формироваться с момента его изготовления - укладки бетона в блоки, на которые разбит массив плотины. Температура бетонной смеси, укладываемой в блок, обычно отличается от температуры наружного воздуха. Зимой бетонную смесь приготавливают с более высокой температурой, летом - с более низкой по сравнению с температурой воздуха. Возникающий температурный перепад в дальнейшем изменяется за счет экзотермического разогрева бетона, при этом происходит одновременное охлаждение блока с поверхностей. Остывание бетонного блока прерывается (или замедляется) укладкой бетона в соседние блоки, осложняется воздействием температуры окружающей среды и мероприятиями по уходу за бетоном (поливом, искусственным охлаждением и др.).
После возведения сооружения и полного остывания бетонной кладки температурный режим определяется колебаниями температуры наружной среды. Непрерывное изменение температуры бетонного сооружения вызывает изменение его напряженного и деформированного состояния.
Влияние температурных воздействий на земляные сооружения
На работу земляных сооружений в основном влияет воздействие отрицательных температур.
Изменение температуры, вызывающее промораживание грунта, приводит к ряду нежелательных последствий: пучению глинистых грунтов, снижению их прочности при оттаивании и др. Для борьбы с этим следует располагать глиняные части плотины ниже зоны промерзания грунта или защищать их теплоизоляционным покрытием.
Основные задачи термических расчетов
Для учета влияния температурно-влажностных явлений в гидротехнических сооружениях, выработки мер по их регулированию и борьбы с ними необходимо при проектировании сооружений рассчитывать температурно-влажностный режим сооружения определять напряжения, возникающие в результате колебания температуры и влажности; оценивать физико-механические последствия указанных явлений.
Как температурные, так и влажностные изменения при постоянной температуре протекают по одинаковым закономерностям, что позволяет ограничиться рассмотрением только температурной задачи.
Факторы определяющие температурный режим сооружения
Температурный режим бетонных сооружений в строительном периоде определяется следующими факторами: температурой бетонной смеси, укладываемой в сооружение; экзотермическим разогревом бетона; температурой наружного воздуха; температурой основания, на которое укладывается бетон; мероприятиями по регулированию температурного режима и уходу за бетоном (применением теплоизоляционной опалубки,
Экзотермический разогрев бетона
Температурный режим бетонного сооружения в период его возведения определяется в основном тепловыделением (экзотермией) цемента. Общее количество тепла, выделяемое при гидратации цемента, зависит от рода и марки цемента и изменяется в пределах от 120 до 320 кДж/кг (30-80 ккал/кг) и более (рис. 4.5).
Основные зависимости теории теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности
Для учета температурных воздействий на работу гидротехнических сооружений необходимо знать температуру tв любой точке конструкции с координатами х, у, zв заданный момент 
, т. е. определять функцию
Виды краевых граничных условий
Для решения температурной задачи в конкретных условиях необходимо задать начальное распределение температуры в сооружении, которое обычно записывается в виде функции 
и граничные условия на контуре тела, которые имеют следующие виды:
а) I рода - в виде значения температурной функции;
Температурный режим плоских конструкций
В гидротехнических сооружениях весьма распространен случай движения тепла через плоскую стенку, когда температура является функцией одной координаты у. При некоторой схематизации к подобным случаям может относиться определение температурного режима плоских напорных перекрытий контрфорсных плотин, контрфорсов, быков водосливных плотин, блоков бетонирования сооружения при послойной укладке бетона горизонтальными слоями и др.
Решения некоторых температурных задач. Стационарный процесс
Решением дифференциального уравнения теплопроводности для одномерной задачи
Охлаждение или нагревание конструкции
При проектировании гидротехнических сооружений встречаются задачи, связанные с определением температуры в нагреваемых или охлаждаемых конструкциях, например, при экзотермическом разогреве и последующем охлаждении отдельных бетонных элементов, на которые разрезается сооружение в период его возведения.
При аналитическом методе решения подобных задач приходится схематизировать реальные формы сооружения в виде бесконечной стенки, колонны, куба и принимать, что разогрев конструкции происходит одновременно во всем объеме тела.
Температурный режим конструкций цилиндрической формы
В гидротехническом строительстве применяются элементы сооружений или конструкций цилиндрической формы, как, например, обделки туннелей, арочные перекрытия плотин и др. Для подобных, тел удобно решать температурные задачи в полярных координатах r и 
. При этом температура в таких конструкциях изменяется по их толщине и практически не зависит от 
(осесимметричная задача).
Решение температурной задачи для цилиндрических конструкций. Стационарный процесс
Для осесимметричной задачи дифференциальное уравнение Лапласа, описывающее стационарный процесс, записывают в виде
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.