Учет анизотропности фильтрационных свойств грунтов

Предположение изотропности фильтрационных свойств грунтов тела плотины в большинстве случаев не приводит к серьезным отклонениям от действительности, но тем не менее бывают случаи, когда необходимо учитывать анизотропные свойства.

Если тело плотины (противофильтрационного элемента) выполнено из достаточно однородных глинистых или песчаных грунтов, то коэффициент анизотропности сравнительно невелик, и задача может решаться как изотропная. Анизотропия в таких грунтах возникает чаще всего при возведении плотины за счет технологии уплотнения грунта горизонтальными слоями методом укладки. В таких случаях , где  - коэффициент фильтрации грунта в горизонтальном направлении;  - коэффициент фильтрации этого же грунта в вертикальном направлении.

Если грунт, из которого выполняется противофильтрационный элемент, очень неоднородный по своему зерновому составу, то при отсыпке грунта на карту часто возникает расслоение, т.е. внизу оказывается более крупный и более, проницаемый грунт, чем сверху. В результате коэффициент фильтрационной

 Рис. 14.1 Орто-Токойская плотина:
1 - грунт тела плотины - материал конуса выноса фракций крупностью d<2 мм - 24,5%; 2 - положение кривой депрессии в плотине до построения глино-цементной завесы; 3 - положение кривой депрессии после построения глино-цементной завесы; 4 - глино-цементная завеса; 5 - дренажная призма; 6 - аллювий основания; 7 - скальное основание - гранит; 8 - крепление верхового откоса камнем

 Рис. 14.2 Гидродинамические сетки в плотине с плоским дренажем: а  - изотропная проницаемость; б - анизотропная проницаемость

анизотропии (отношение большего коэффициента-фильтрации к меньшему) в пределах одного слоя отсылки может достигнуть величин  и даже 10. Такое положение сложилось при постройке Орто-Токойской плотины на р. Чу, результатом чего явилось выклинивание фильтрационного потока на низовом откосе практически на уровне верхнего бьефа. Возникли опасения относительно устойчивости низового откоса плотины и пришлось создавать противофильтрационное ядро (диафрагму) инъекцией в грунт глинисто-цементного раствора (рис. 14.1).

Возможность возникновения анизотропных свойств грунта должна тщательно анализироваться и в полученное решение необходимо вносить соответствующие поправки на эту возможность, особенно в расчетах положения кривой депрессии.

На рис. 14.2 показаны гидродинамические сетки для однородной плотины из изотропного и анизотропного грунта . Как видно, роль плоского дренажа при анизотропных свойствах грунта в плотине резко уменьшается и следует переходить на вертикальный дренаж. Положение кривой депрессии повышается. В пределе, когда , выклинивание фильтрационного потока практически будет на уровне верхнего бьефа - кривая депрессии горизонтальна. Решение анизотропной задачи методом ЭГДА возможно.

В том случае, когда грунты сильно сжимаемы, а разница между средними нормальными напряжениями  в различных точках плотины большая, возникает фильтрационная неоднородность, так как под действием средних напряжений меняется пористость грунта, а следовательно, и коэффициент фильтрации. Для высоких и сверхвысоких плотин соотношение коэффициента фильтрации в нижних и верхних точках ядра (реже экрана) может достигать 10 и более (по В. П. Недриге). Даже если , то фильтрационный расход и характер гидродинамической сетки зависят от изменения  по координатам.