РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ БЕТОННЫХ ПЛОТИН НА НЕСКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ
Потеря устойчивости бетонной плотины на нескальном основании под действием собственного веса может происходить по контакту подошвы плотины и основания плоский сдвиг, по некоторой поверхности в основании достаточно сложного очертания [184].
На основе исследований было устанонлено, что если контактные нормальные напряжения не превосходят некоторого критического значения, то сдвиг носит плоский характер; в противном случае глубинный.
Рассмотрим процесс сдвига плотины на примере сдвига плиты. Схема вертикальной и горизонтальной а действующие на штамп силы; б график сил. На рис. 7.35, а показана плита, на несущей способности основания которую действуют вертикальная сила, вызывающая появление осредненных нормальных напряжений а, и горизонтальная сила, вызывающая появление касательных напряжений т. Представим, что действует только вертикальное напряжение а (рис. 7.35, б). В этом случае предельное касательное напряжение т связано с напряжением а законом Кулона. До тех пор, пока (рис. 7.35, б), возможные максимальные касательные напряжения будут подчиняться закону Кулона. Когда нормальные напряжения начнут превышать касательные напряжения начнут снижаться по сравнению с касательными напряжениями по закону Кулона, так как по краям штампа начнут развиваться зоны предельного равновесия (на рис. 7.35, а) пунктирная линия). Развитие зон предельного равновесия под действием вертикальной нагрузки будет быстро нарастать и при ст = Стпр штамп под действием вертикальных сил потеряет устойчивость. Зоны предельного равновесия под штампом сомкнуться, и его несущая способность иссякнет, т.е. горизонтальную нагрузку приложить к штампу не удастся.
Таким образом, расчет несущей способности плотины разбивается на два этапа:
а) определение критических нормальных напряжений;б) выбор метода расчета в зависимости от действительных нормальных напряжений по отношению к критическим.
Для определения критического нормального напряжения существует несколько рекомендаций [40]. Наиболее обоснованная включает параметры прочности основания
В ширина подошвы плотины; ф и с — параметры прочности грунта основания.
Расчёт по схеме плоского сдвига. Если Стпии в основании плотины окажется меньше, чем как это часто бывает, то рассматривается плоский сдвиг. Различные варианты плоского сдвига представлены на рис. 7.36, а, в, г. Выбор варианта определяется конструктивными особенностями плотины и геологическим строением основания. Например, наличие ослабленной прослойки в основании приводит к расчетной схеме, показанной на рис. 7.36, г. Коэффициент надежности можно в этих случаях оценить согласно условию прочности на сдвиг Кулона, но в интегральной форме:
В случае наклонной плоскости скольжения необходимо все сдвигающие в удерживающие силы спроектировать на плоскость скольжения [40].
Расчеты согласно формуле (7.31) обычно выполняют применительно к секции, т.е. подсчитывают все силы, действующие на секцию.
Устройство анкерного понура позволяет повысить устойчивость плотины и несколько перераспределить контактные напряжения под плотиной. Обычно анкерные понуры (см. п. 7.3) применяют при строительстве плотины на глинистом основании, так как низкий коэффициент трения бетона по основанию приводит к необходимости строительства очень распластанного профиля. Анкерный понур включает в работу вес воды над понуром.
Сила сдвига, которую воспринимает одна секция анкерного понура (поперечное сечение), определяется как (рис. 7.37):
Сила Ra вводится в числитель формулы (7.31), где эта сила суммируется с остальными членами внутри квадратных скобок, что естественно, повышает коэффициент надежности.
Анкерный понур применяется и при строительстве плотины на песчаном основании, что позволяет несколько уменьшить объем бетона в плотине благодаря устройству полостей и выравнить эпюру контактных напряжений (рис. 7.14,7.12,7.4 строительство 1951 и 1954 гг.).
Расчёт по схеме глубинного сдвига. Если имеет место глубинный сдвиг, т. е. сдвиг с частью основания. Следует отметить, что необходимость использования методов расчета устойчивости с захватом части основания встречается чрезвычайно редко.
Если равнодействующая вертикальных сил (по данным М.М. Гришина) проходит в верховой половине подошвы плотины, то опасные кривые скольжения проходят через верховое ребро плотины (рис. 7.38). Один из способов расчета основан на предположении, что движение плотины с частью основания проходит по круглоцилиндрической поверхности (метод М.М. Гришина и Б.Н. Фёдорова), при этом плотина с основанием при движении не деформируются (гипотеза отвердевшего отсека обрушения, как сформулировал это допущение P.P. Чугаев).
Из центра кривой О описывают произвольную круговую поверхность сдвига основания. Переносят на эту поверхность все вертикальные силы, расположенные над сектором сдвига, раскладывают их на составляющие и определяют коэффициент надежности основания (при пс= т = 1)
Проводя ряд окружностей, находят наименьшее значение к, т. е. наиболее опасную (вероятную) кривую сдвига.
Равнодействующую всех горизонтальных сил Q переносят в точку А (см. рис. 7.38). Для этого равнодействующую всех вертикальных сил V=V1+V2+V3 передвигают на такое расстояние, чтобы момент горизонтальных и вертикальных сил относительно точки О не изменился. Вес сегмента грунта, взвешенного в воде:
В случае неоднородного основания расчет следует проводить аналогично расчету для однородного основания, но вес грунтового сегмента подсчитывать по аналогии с расчетом устойчивости откосов грунтовых плотин (см. л. 12.5), разбивая грунтовую область на отсеки и подсчитывая силы в каждом отсеке. Минимальный коэффициент надежности находят, как и в случае однородного основания. р,с. 7J9. awle сбитого «ш.
Решение может носить и более строгий характер (СНиП 2.02.0285. Основания гидротехнических сооружений) на основе статики сыпучей среды, разработанной В.В. Соколовским [184].
Если равнодействующая вертикальных сил проходит в низовой половине плотины или по ее центру, то поверхность скольжения не проходит через верховую грань плотины, а начинается с точек внутри подошвы плотины (рис. 7.39). В этом случае можно воспользоваться строгими решениями статики сыпучей среды или методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения, передавая на сегмент только соответствующую нагрузку от плотины. В остальном этот метод аналогичен изложенному выше.
