Устойчивость плотины против сдвига

Явление сдвига плотины в последнее время изучали, главным образом, опираясь на модель­ные лабораторные опыты и некоторые теоретические построения. Были сделаны предложения считать критерием сдвига появ­ление недопустимых растягивающих напряжений в зоне контакта, предлагались критерии второй теории прочности и др.

Однако еди­ного мнения в этом вопросе нет, исследования продолжаются, по­этому рекомендуется и в новых нормах положить в основу расчета   сдвига   известную   формулу   касательных   напряжений  .

Основная формула расчета по предельным состояниям (6.1) в применении к расчету сдвига плотины по горизонтальной поверхности (плоский сдвиг) имеет вид:

          (10.1)

 где N_р - расчетное значение обобщенной силы, вызывающей сдвиг, обозначим через Q (давление воды и другие горизонтальные силы);

R - обобщенное значение сил, сопротивляющихся сдвигу, в данном случае , где f и с - известные параметры сдвига;

V - равнодействующая всех нормальных к плоскости сдвига сил;

F - площадь контактного сечения между плотиной и основанием (рис. 10.19, а); пс=1,0; m = 0,9; kн- согласно табл. 6.3.

 Рис. 10.19 Схема к расчету устойчивости плотины на сдвиг:
а - плоский  горизонтальный сдвиг;  б - сдвиг по наклонной  поверхности;    в - сдвиг по наклонной зубчатой поверхности; г - сдвиг по трещине; д - по ослабленной зоне

 Формула (10.1) при учете сказанного   выше  будет иметь вид, удобный для практики:

       или     (10.2)

 Расчетные значения f рекомендуются СНиП II-16-74, они зна­чительно выше, а с ниже, чем по ранее действовавшему СН 123-60. Это основано на данных многих натурных опытов по сдвигу мас­сивов и увязано со значением коэффициента k_н (табл. 10.3).

Этой таблицей рекомендуется пользоваться во всех случаях на первых стадиях проектирования и для сооружений III-IV классов в технических проектах и даже в стадии рабочих чертежей (кроме сложных случаев). В технических проектах сооружений I-II клас­сов рекомендуется пользоваться данными полевых опытов по опре­делению f  и с на створе.

Если плоскость сдвига наклонена под углом а к горизонту (рис. 10.19, б), то формула (10.2) примет вид (m=1):

 или    и   

где F₁ - площадь подошвы плотины.

Таблица   10.3

Этой же формулой можно пользоваться в случае устройства зуб­чатой поверхности основания с наклоном зубьев под углом  к горизонту. В этом случае экономится часть бетона в плотине и часть скальной выемки (на рис. 10.19, в - заштриховано).

Применение наклона подошвы плотины в сторону верхнего бье­фа повышает устойчивость плотины на сдвиг, что видно из рассмот­ренных формул (10.3).

Повышение сопротивления сдвигу плотины достигается также использованием естественных скальных упоров со стороны нижнего бьефа при заглублении подошвы плотины в скалу или специальных бетонных массивов, в которые упирается плотина, или сопротивле­ния здания ГЭС, непосредственно примыкающего к плотине, как это сделано, например, у Красноярской плотины (см. рис. 10.3,2).

Пользуясь формулой (10.3), можно делать поверку, возможна ли потеря устойчивости плотины при сдвиге по трещинам в скале основания, по ослабленным слоям слоистого основания. Например, при косой трещине в основании или слабом слое может произойти сдвиг по слабому слою (линия ас, рис. 10.19, д); в том случае, если имеются (или могут образоваться) трещины аbd(рис. 10.19, г) также возможен сдвиг по ним. В этих случаях в расчетах по фор­муле (10.3) в состав силы Vнадо включить вес G скалы в объеме bсd (или аdе), а силу Q увеличить за счет фильтрационного давле­ния на участок скалы а'd.

При расчетах сдвига внутри скального основания необходимо проанализировать все возможные опасные трещины. При расчетах по формуле (10.3) можно пользоваться данными табл. 10.3 по гра­фам 3, 4, 5, если нет опытных данных или аналогов. В случае рых­лого заполнителя трещины необходимо брать f и с по характери­стикам последнего.

В скальных основаниях реже, но может иметь место и глубинный сдвиг, аналогично такому    же сдвигу    в нескальных    основаниях, и смешанный сдвиг, частично по контакту плотины с основанием, час­тично внутри массива осно­вания, иногда по ломаным поверхностям скольжения. Такого рода сдвиги могут иметь место в раздроблен­ных, мелкоблочных основа­ниях, а иногда и в сложных слабых основаниях, в полу­скальных основаниях. На рис. 10.20 приведен пример глубинного сдвига (по модельным     исследованиям Д. Крсмановича) в блочном основании: вверху - первый этап развития трещин в глу­бину, внизу - конечный этап, образование «призмы выпирания» АВСИ.

 Рис.   10.20   Схема    глубинного   сдвига (по Д. Крсмановичу):

 а  и  б - фазы сдвига  I и II;  R- нагрузка от плотины;  R₁  и  - от блока  породы  основа­ния АВСЕ, кривая скольжения АВСD