Как правило, откосы земляной плотины не являются однородными по составу; даже в плотине из однородного грунта часть последнего, лежащая ниже кривой депрессии, имеет иные физические свойства, чем вышележащей сухой грунт: иной объемный вес, иное сцепление, наличие фильтрационных сил. Кроме того, в большинстве случаев основание плотины может деформироваться вместе с откосами.
Целью расчета является определение коэффициентов запаса устойчивости откосов плотины заданного поперечного профиля.
При проверке устойчивости низового откоса основным расчетным случаем является схема с установившимся фильтрационным потоком в теле плотины, уровень верхнего бьефа на отметке НПУ, а уровень нижнего бьефа -максимальный.
Минимальные допускаемые коэффициенты запаса устойчивости откосов при основном и особом сочетании нагрузок, установленные СНиП в зависимости от классов капитальности сооружения приведены в таблице 10.
Таблица 10 | ||||||
Сочетание нагрузок | Допускаемые коэффициенты запаса устойчивости откосов плотины | |||||
I | II | III | IV | |||
Основное | 1,3-1,25 | 1,2-1,15 | 1,15-1,1 | 1,1-1,05 | ||
Особое | 1,1-1,05 | 1,1-1,05 | 1,05 | 1,05 | ||
Предполагается, что в грунте плотины и основания может образоваться поверхность обрушения, принимаемая за круглоцилиндрическую, по которой под действием сил веса грунта откоса произойдет сползание его и выпучивание основания. Оползание будет иметь место, если момент веса G грунта в пределах, отсекаемых круговой поверхностью, относительно центра вращения О M=Gg будет больше момента сил трения и сцепления по поверхности скольжения.
1) Выбор радиусов и положения центров кривых скольжения
Обычно расчет производится для ряда точек центров кривых скольжения, выбираемых в области центров наиболее опасных кривых.
По В.В.Фандсеву, эта область расположена между двумя прямыми, восстановленными из центра откоса (рисунок 38) под углом 85° и перпендикулярно к основанию плотины.
Между этими прямыми из центра откоса проводятся две дуги окружности радиусами, зависящими от заложения откоса и высоты плотины Нпл (таблица 11).
Таблица 11 | ||||||
Относительные радиусы | Заложение откосов | |||||
1:1 | 1:2 | 1:3 | 1:4 | 1:5 | 1:6 | |
r1/Нпл | 0,75 | 0,75 | 1.0 | 1,5 | 2.2 | 3,0 |
r2/Нпл | 1,5 | 1,75 | 2,3 | 3,75 | 4,8 | 5,5 |
Рисунок 38 - Области центров наиболее опасных поверхностей скольжения
При промежуточных значениях заложения откосов величины r1/Нпл и r2/Нпл принимаются по интерполяции. В этой области и принимаются ряд точек центров, последовательно приближаясь к наиболее опасной области. Лучше всего в начале принимать первым центром точку OI на расстоянии 0,5(r1 + r2) по прямой, проведенной под углом 85° к откосу. Затем точку 02 (рисунок 20) и точку 03 между ними. Если при этом величина kс растет, то переходят за область точки O1 во внешнюю сторону. После нахождения минимума на этой прямой от центра с минимальным значением kс выбирают ряд точек в направлении прямой 2-2 до тех пор, пока не отыщется центр с минимальным значением kс.
Для каждой точки значение предельных радиусов кривых скольжения, больше которых принимать не следует, определяется по таблице 12.
Таблица 12
Т/Нпл Т-глубина залегания водоупора зазазалегания водоупора | Значение R/Hпл, при | заложении откосов | ||||
1:1 | 1:2 | 1:3 | 1:4 | 1:5 | 1:6 | |
0,25 | 1,5-2,0 | 1,6-2,2 | 2,3-3,0 | 3-4,5 | 4-5,5 | 5-6,5 |
0,5 | 1,5-2,3 | 1,8-2,6 | 2,4-3,2 | 3-4,5 | 4-5,5 | 5-6,5 |