Трещинообразование в грунтовых плотинах

Трещины сдвига появляются, когда в грунте достигается предел прочности на сдвиг. Они опасны с точки зрения разрыхления грунта при сдвиге (дилатансия) и, как следствие этого, повышения коэффициента фильтрации в зоне предельного состояния ядра.

В результате эта зона может стать дренажем к неразрыхленной части грунта, и будут повышены средние градиенты движения воды в ядре, что в свою очередь может привести к образованию локальных прорывов («свищей») ядра (экрана). Эти зоны требуют пристального внимания с точки зрения подбора состава и укладки фильтров переходной зоны. Такую информацию можно получить из решения поперечной и продольной задач о напряжениях в плотине. На рис. 14.20, д показаны эти зоны предельного состояния.

Трещины отрыва обычно появляются на гребне плотины и опасны с точки зрения возможности их размыва водой со стороны верхнего бьефа.

Трещины часто образуются в бортовых примыканиях при малом значении коэффициента створа , на гребне над местом излома профиля каньона и имеют простирание из верхнего бьефа в нижний (рис. 14.22, 14.23).

Трещины отрыва появляются и в продольном сечении параллельно оси плотины за счет разных деформативных свойств материала ядра и упорных призм. О трещинах отрыва за счет «арочного» эффекта говорилось выше.

В последнее время появляются сведения о трещинообразовании в крупнообломочных грунтах и на границе крупнообломочных грунтов и ядра плотины. Раскрытие трещин достигает  см и они уходят вглубь до  м, причем грунт держит обратный уклон. Простираются такие трещины обычно вдоль гребня плотины. Наличие их говорит о реализации в крупнообломочных грунтах зацепления.

Характерной особенностью образования трещин является тот факт, что появляются они спустя некоторое время после возведения сооружения. Действительно, крупная плотина строится несколько лет и, если в процессе строительства образовались трещины отрыва вследствие появления растягивающих напряжений и недопустимых величин деформаций удлинения, то они немедленно были бы устранены. Грунт обладает ползучими свойствами (деформируемость под нагрузкой во времени), причем, чем ближе состояние грунта к предельному, тем интенсивней проявляются эти свойства, кроме того в грунте протекает процесс консолидации. В результате после окончания строительства идет процесс неравномерного деформирования и перераспределения напряжений: в отдельных зонах грунт достигает предела прочности на разрыв и образуются трещины. Если расчет напряженно-деформированного состояния выполняется без учета ползучих свойств, то он не может выявить этот процесс, но позволяет очертить зоны, опасные с точки зрения трещинообразования.

Рис. 14.22. Трещины в примыканиях к бортам каньона на гребне с простиранием из верхнего бьефа в нижний

Рис.14.23. Трещины на гребне плотины, возникающие из-за излома профиля каньона

Опытные данные и натурные наблюдения позволили установить (по данным А. А. Ничипоровича), что грунты с числом пластичности  более склонны к трещинообразованию, чем грунты с мелкими фракциями и более высокими числами пластичности, которые выдерживают значительно большие деформации растяжения без образования трещин.

Увлажненные и недоуплотненные грунты менее склонны к трещинообразованию, чем неувлажненные и хорошо уплотненные. Эти данные заставляют иногда рекомендовать верхнюю часть ядра высоких плотин выполнять или из более пластичных грунтов, если они имеются, или из переувлажненных (влажность на границе раскатывания и выше) и несколько недоуплотненных глинистых грунтов.

Распределение напряжений в противофильтрационном элементе плотины (ядре или экране) позволяет также правильнее оценить поровое давление.