Суффозия

Подбор фильтров с учетом суффозии следует проводить при сопряжении дренажа с песчаным грунтом тела плотины и при подборе второго и последующих слоев фильтра.

Если толщина (ширина) первого слоя фильтра невелика и кривая депрессии может выйти из первого слоя фильтра во второй, то может возникнуть контактный размыв грунта первого слоя фильтра потоком воды, движущимся по контакту между слоями.

Размыв не будет иметь место, если

                                ,                                  (14.1)

 где  и  - соответственно диаметр частиц, меньше которых, в первом и во втором слоях фильтра 10%. Степень неоднородности слоев фильтра должна быть . Аналогичным образом следует поступить при рассмотрении контакта: грунт тела плотины - первый слой фильтра, причем роль первого слоя будет выполнять грунт тела плотины, а роль второго слоя в зависимости (14.1) - грунт первого слоя фильтра. Такой расчет следует выполнять, если линия контакта грунт тела плотины - фильтр с подошвой образует угол, равный или больший 90°, что имеет место в каменно-земляных плотинах с ядром и земляных плотинах с дренажными сооружениями типа I, IIIa, IIIб, IIIв.

Кроме условий устойчивости грунта от контактного размыва, если он может иметь место, следует рассмотреть непросыпаемость частиц грунта первого слоя во второй, второго в третий и т. д.

Для того чтобы построить такой критерий, необходимо знать соотношения между размерами частиц, слагающих грунт, и образуемыми ими порами. Задача очень сложная и в настоящее время далека от строгого решения. Для практических целей удобно пользоваться предположением, что размеры пор в грунте зависят от интегральной кривой его зернового состава и кривая распределения размера пор в грунте подобна кривой зернового состава. В этом случае
                                                                           (14.2)

 где  - диаметр пор, меньше которых по кривой распределения пор i, %; di - диаметр частиц, меньше которых по кривой зернового состава i, %;  - коэффициент, учитывающий пористость грунтов п.

Значение коэффициента  в зависимости от пористости грунта и коэффициента разнозернистости приведено на рис. 14.8. Как видно из этого рисунка, величину  в большинстве случаев можно принимать равной 0,155, имея в виду, что этот коэффициент соответствует уплотненному грунту. В случае отсутствия уплотнения величина .

 Предельное значение , что соответствует предельно рыхлому (неустойчивому) сложению или однородному грунту.

 Рис. 14.8 Зависимость  от пористости грунта (п) и степени его неоднородности

 Отсутствие проникновения частиц одного грунта в поры другого выражается соотношением

                                         (14.3)

где  определяется в соответствии с пористостью второго слоя фильтра.

Если линии контакта грунт тела плотины - фильтр с подошвой образует угол меньше 90°, что имеет место в земляных плотинах с дренажными сооружениями типа IIг,IIд, IIIа и в каменно-земляных плотинах с наклонным ядром или экраном, то проверка на суффозию выполняется только на непросыпаемость.

В каменно-земляных плотинах ядра и экраны выполняются обычно из глинистых грунтов, поэтому проверку на суффозию выполняют для подбора состава второго слоя фильтра и проверку контакта второго слоя с дренажем (грунт низовой упорной призмы, и случае каменно-земляной плотины). В этом случае выявляется необходимость подбора состава третьего слоя фильтра.

Подбор состава второго слоя фильтра (переходной зоны) каменно-земляной плотины с центральным ядром по условию контактного размыва может не производиться, если толщина фильтра достаточна, чтобы фильтрационный поток не вышел во второй слой. Толщину первого слоя фильтра можно в этом случае определять исходя из максимального радиуса растекания потока при выходе его из трещины в ядре, если таковая может иметь место в сооружении.

Ширина первого слоя фильтра в плотине с ядром может быть определена согласно предложению ВНИИ ВОДГЕО

 ,                                               (14.4)

 где  - ширина первого слоя фильтра;

R - радиус растекания потока из трещины, где

 ,                (14.5)

где  - раскрытие трещины, м;

 - глубина воды в трещине, м;

 - запас ширины фильтра, равный 0,5 м.
Часто толщину фильтров в каменно-земляных плотинах (переходная зона) назначают, из удобства производства работ не менее 3 м.