Влияние слоистости, крупных и ослабленных зон, наличия пород разной жесткости в основании на распределение контактных напряжений по подошве плотин

В последнее время проведен ряд экспериментальных лабораторных исследований, осветивший осо­бенности напряженного состояния в контакте плотины и основания в некоторых типичных случаях.

Так, в случае слоистого основания распределение напряжений зависит от направления слоев по отношению к поверхности осно­вания, от этого же зависит изменение модуля деформации осно­вания, Е₀ по тому или иному направлению действующей силы. На рис. 10.15 видно, как меняется эпюра напряжений с изменением отношения Е_п/Е_о, где Е_п - модуль деформации плотины (на рис. 10.15,б учитывалось Е_п/Е₀ в направлении действующей силы Р).

 Рис. 10.15 Эпюры нормальных напряжений в слоистом основании в зависимо­сти от направления слоев:
а - от собственного веса плотины  G; б - от гидростатической   нагрузки   Р   (пунктир - напряжения, получаемые элементарным расчетом)

Когда основание сложено двумя-тремя породами разной жест­кости, происходит перераспределение напряжений (по сравнению со случаем однородного основания) в зависимости не только от жесткостей пород, но и от местонахождения их в основании. На рис. 10.16 рассмотрен пример (по лабораторным опытам на трех моделях, когда основание сложено массивами с модулями дефор­мации Е₁ и Е₂, причем Е₁/Е₂ = 5 и плотина имеет модуль Е₁. В мо­дели №1 и основание, и плотина имеют модуль Еьв модели №2 более податливая порода (Е₂) расположена под напорной зоной плотины, а в модели №3, наоборот, - в низовой части основания. Из рисунка видно, что когда менее жесткая зона находится в вер­ховой стороне основания (модель №2), улучшается напряжение состояния у напорной грани по сравнению со случаем однородного основания (модель № 1) и увеличивается сжатие при некотором уменьшении его под низовой гранью плотины, а в случае модели №3, наоборот, на напорной грани плотины появляются даже растя­гивающие нормальные напряжения. Следовательно, всегда жела­тельно иметь более жесткие породы у низовой грани плотины и не ­желательно их иметь у верховой. С этой точки зрения укрепитель­ная цементация основания  под низовой частью плотины при обязательном дренаже основания всегда полезна. Это же пока­зали специальные опыты по влиянию цементации на напряженное состояние в подошве плотины. При нескольких породах в основании всегда наблюдается увеличение напряжения сжатия под более жесткими породами в соответствии с увеличением их модулей дефор­мации, т. е. более жесткие зоны берут на себя большую нагрузку, чем менее жесткие.

Надо отметить также, что в зоне контакта разных пород, а тем более, если эта зона ослаблена трещиной, наблюдается всегда кон­центрация напряжений (рис. 10.16).

 Рис. 10.16 Влияние жесткости пород, слагающих   основание при
Е1/Е2 =5, изменение нормальных напряжений у подошвы плотины:
а - схемы моделей;    б - эпюры нормальных   напряжений    для    модели;
1 - №1;  2 - №2; 3 - №3;