ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
При проектировании грунтовых плотин важно знать свойства применяемого материала. Грунты обладают очень разнообразными и часто весьма специфическими свойствами, которые подробно рассматриваются в курсе «Механика грунтов». Некоторые из них изложены в п. 3.1 и п. 7.1. В настоящей главе обращается внимание на прогноз деформативных, прочностных и фильтрационных свойств фунтов в теле плотины после их укладки.
Для укладки в тело плотины пригодны фунты всех типов. Офаничения на использование имеют засоленные фунты (содержание растворимых соединений более 5%) и фунты, содержащие неразложивпшеся органические остатки. Но и эти фунты могут использоваться, если применение обосновано необходимостью. Классификацию фунтов см. в п. 7.1.
При проектировании фунтовых плотин основное внимание необходимо уделять рациональному размещению того или иного фунта в конструкции для наиболее эффективного использования его свойства, а также знать и в некоторой степени уметь регулировать свойства фунтов, предназначенных к укладке в тело плотины. При проектировании бетонных гидротехнических сооружений состав бетона подбирается в зависимости от требований. В фунтовых сооружениях свойства фунта можно регулировать, изменяя фанулометрический состав, влажность, метод укладки (укатка при послойной отсыпке, отсыпка в воду, наброска и т.д.). Все перечисленное существенным образом влияет на плотность укладки фунтов, которая во многом определяет водопроницаемость, прочность и деформируемость фунта.
Глинистый грунт в теле плотины чаще всего используют для создания про тивофильтрационных устройств в виде ядра или экрана, но иногда из него строят и однородные плотины, чаще всего низкие Ш или IV класса. В тело плотны глинистый фунт стремятся укладывать при оптимальной влажности. Под оптимальной влажностью понимают влажность, при которой при выбранном методе уплотнения (например, тип катка, число его проходок, толщина слоя) достигается максимальная плотность. В общем случае оптимальная влажность зависит от типа катка и числа его проходок. Приближенно можно принять
Прогноз плотности грунта по формуле (11.5) предполагает, что за счет уплотнения из грунтов практически удается удалить воздух, т.е. Wp близка к максимальной молекулярной влагоемкости и, следовательно, больше понизить влажность за счет укатки (т.е. сравнительно быстровыдавить воду) уже не удастся.
В формуле (11.5) расчетную влажность следует принимать равной или несколько ниже оптимальной, а объем защемленного в порах грунта возt духа V равным 0,03-0,05 и даже несколько выше для лессового грунта.
При использовании уравнения (11.5) для грунта с влажностью в карьере выше оптимальной возникают сложности, так как требуется подсушка грунта или укладка в тело плотины переувлажненного грунта. Применяют и тот и другой способ. Подсушку грунта осуществляют: а) защитой карьера от увлажнения, созданием дренажной системы и покрытием карьера пленкой от инфильтрации (в случае необходимости); б) в сушильных барабанах.
Если влажность грунта в карьере ниже оптимальной, то целесообразность доувлажнения очевидна.
За последние десятилетия наметилась тенденция использования для возведения противофильтрационных устройств щебенистодресвяных или гравийно галечниковых грунтов с содержанием глинистого или песчаного заполнителей более 50%. К таким грунтам относятся моренные грунты, а в горных районах так называемые материалы конуса выноса. Иногда такие смеси создают искусственно. Если частицы крупностью d>l мм не создают замкнутого скелета, т. е. частицы «плавают» в массе мелкозернистого грунта, что имеет место при содержании мелкозернистого грунта 38%, то
При определении плотности сложения смеси влажность крупнозернистой части фунта принимают равной 23 %. На рис. 11.2,6 приведен график, характеризующий плотность укладки глинистых грунтов с крупнозернистыми включениями (построен B.C. Истоминой).
При назначении удельного веса сухого сыпучего грунта необходимо руководствоваться не абсолютным показателем плотности укладки грунта в тело плотины, а коэффициентом относительной плотности [см. формулу (7.12)], который обычно принимают. Достигается такой показатель послойным уплотнением сыпучего фунта виброкатками. Следует иметь в виду, что при отсыпке грунта с автосамосвалов и уплотнения проходящим транспортом коэффициент относительной плотности достигает 0,7-0,75, а при намыве песчаного фунта 0,3-0,35.
Для определения величины с согласно формуле (7.12), а следовательно, необходимо задаться требуемым и найти для данного сыпучего фунта
После прогноза плотности сложения грунта в теле плотины (кН/м3) находят коэффициент фильтрации. При этом следует учитывать дополнительное уплотнение грунта за счет развития напряженнодеформированного состояния грунта в теле плотины (см. п. 12.4).
Как и для глинистого грунта, наиболее точные значения получают в результате лабораторных экспериментов. Полевые эксперименты также дают достаточно точные результаты.
Прогноз деформативных и прочностных свойств грунтов дается ниже в пп. 11.3 и 11.4. Теплофизические характеристики грунтов см. в работе [48].
