Учет податливости основания в расчетах арочных плотин

При расчетах арочных плотин или отдельных ее элементов (арок и консолей) в зависимости от конструкции плотин и жесткости (по­датливости) основания задаются различные граничные условия по контуру опирания сооружений с основанием.

В случае заделки арочной плотины в берега наиболее просто решается задача расчета при задании жесткого защемления по контуру опирания сооружения, т. е. где - переме­щения арочной плотины на контуре ее опирания. Простая схема расчета сооружения в этом случае объясняет распространенность данных граничных условий.

Вместе с тем многочисленные исследования (теоретические и экспериментальные) указывают на существенное влияние подат­ливости основания на напряженное состояние сооружения. В арочных плотинах увеличение податливости основания, вызывающее увеличение перемещений плотины, обычно благоприятно сказы­вается на их напряженном состоянии, приводя к снижению макси­мальных сжимающих напряжений, которые возникают в пяте арки.

Наиболее распространенным методом учета податливости ос­нования является способ, предложенный Фогтом.

По этому способу перемещение в сечениях контакта плотины с основанием определяется как среднее перемещение некоторой площадки упругого полупространства, загруженной силами, передаваемыми плотиной на основание в указанном сечении контакта.

 Рис. 12.16 Деформации скального основания при действии единичных факторов

Решение указанной задачи представляется через так называе­мые коэффициенты Фогта и в следующем виде (рис. 12.16): для определения угла наклона опорной плоскости

               (12.2)

 для определения горизонтального перемещения

               (12.3)

для определения вертикального перемещения  (осадки)  

          (12.4)

 где - момент, сдвигающая и нормальная силы в рас­четном опорном сечении плотины с основанием; Е_о - модуль деформации основания; - толщина арочной плотины в рассматриваемом сечении.

Коэффициент Фогта определяют в зависимости от отношения размеров контактной площадки b/a и коэффициента Пуассона скалы основания      приближенные значения их определяются следующими выражениями:

 Рис. 12.17 Схема учета податливости основания по приближенному методу

Отношение размеров контакт­ной площадки b/а принимается для всех сечений опорной поверх­ности плотины с основанием оди­наковым и определяется по раз­вертке контактной поверхности плотины на плоскость и замены ее на эквивалентный по площади прямоугольник.

В некоторых схемах расчета арочных плотин используется бо­лее приближенный метод учета податливости основания по спо­собу Фогта-Тельке. По прибли­женному способу производится фиктивное заглубление контура плотины в основание и ее жест­кое защемление    по фиктивному контуру (рис. 12.17). Размер указанного заглубления выбирается исходя из условия равенства перемещений плотины для фиктивно удлиненной жестко защемленной плотины и реального основания по действительному опорному сечению сооружения. Величина фик­тивного заглубления для принимается равной (0,45- 0,5) е₀.

Расчет устойчивости береговых примыканий арочных плотин. Для обеспечения надежной работы арочных плотин помимо проч­ности ее конструкции должно быть выполнено условие устойчиво­сти ее береговых примыканий. Арочные плотины, опираясь на берега долины, передают на них значительные усилия. При недо­статочно надежной врезке сооружения в берега под действием указанных усилий может произойти скол берегового скального массива или сдвиг его по ослабленным плоскостям в сторону нижнего бьефа.