Расчетные схемы сил и нагрузок, действующих на водоподпорные плотины, страница 3

Рис. 10.4 Схема глубинного сдвига плотины

Глубинный сдвиг наблюдается при значительном развитии областей пластических деформаций в основаниях, несущих большую вертикальную нагрузку.

Схема плоского сдвига для оснований, сложенных песчаными, крупнообломочными, твердыми и полутвердыми глинистыми грунтами, реализуется при выполнении условия

,                                                (10.4)

где s_mах - максимальное нормальное напряжение;

В - ширина подошвы шва;

g_гр - удельный вес грунта основания с учетом взвешивания водой;

Б - безразмерный критерий, для всех грунтов, кроме песка, Б=3, для песка Б=1.

Однако для сооружений I и II-го класса капитальности Б уточняется экспериментально.

Если неравенство (10.4) выполняется, то возможен только плоский сдвиг, если нет, т.е. правая часть этого неравенства меньше левой, то на однородных основаниях возможен смешанный сдвиг, а на неоднородных с большой вертикальной нагрузкой - глубинный сдвиг.

10.3.1 Расчет устойчивости плотины на сдвиг

Расчет устойчивости на плоский сдвиг выполняют по формуле

N_c * N_p £ m_nл * R / к_н ,                                                     (10.5)

где N_с - то же, что и gfс, т.е. коэффициент сочетания нагрузок (для основного сочетания gfс=1,0; для особого gfс = 0,9);

к_н - коэффициент надежности, учитывает степень ответственности сооружения  и  определяется  по  классу   капитальности.  Для  сооружений  I класса к_н=1,25; II класса к_н=1,2; III класса к_н=1,15; IV класса к_н=1,1.

m_пл - коэффициент условий работы плотины: для бетонных и железобетонных плотин на нескальном основании m_пл=1; для скального основания m_пл=0,75…0,95.

N_p - расчетные значения обобщенного силового воздействия,

Np = Тв + Еа.д. - Тн                                                   (10.6)

Здесь Т_в - сумма горизонтальных составляющих сил со стороны верховой грани, Т_н -  со стороны нижнего бьефа (кроме активного давления грунта)

Е_а.д. - активное давление грунта со стороны верхнего бьефа.

Далее в формуле (2.5) R- расчетное значение предельного сопротивления при плоском сдвиге в МПа; определяется по формуле

R = SG * tg j₁ + m₁*E_n.н.+F_под*С₁                          (10.7)

Здесь SG - сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок, включая фильтрационное и взвешивающее давление.

tg j₁ и C₁ - характеристики грунта  по плоскости сдвига, j₁ – угол внутреннего трения, с₁ – коэффициент сцепления грунта, для песка j₁=26…43°, С₁ = 0,1…0,8 т/м², для супесей j₁ = 21…30°, С₁ = 0,3…1,5 т/м², для суглинков j₁=12…26°, С₁ = 1,2…4,7 т/м² , для глин j₁ = 7…21°, С₁ = 2,9…8,1 т/м² .

m₁ - коэффициент условий работы, учитывающий зависимость пассивного давления от горизонтального смещения, m₁»0,7;

Е_n.н - расчетное значение пассивного давления с низовой стороны плотины;

F_под - горизонтальная проекция площади подошвы плотины, где учитывается сцепление.

Расчеты по схеме смешанного сдвига являются более сложными и выполняются по СНиП 11-16-76. Расчет гравитационных плотин на сдвиг в случае скальных оснований выполняется по тому же стандарту.

10.3.2 Расчет устойчивости на опрокидывание и всплывание

В гравитационных плотинах необжатого профиля при отсутствии растягивающих напряжений по контакту условие устойчивости на опрокидывание обычно выполняется и специальные расчеты не обязательны. Для сооружений обжатого профиля, где на верховой грани допускаются растягивающие напряжения и для разного вида подпорных стенок выполняются поверочные расчеты на опрокидывание низового ребра по формуле