УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛОТИН И ПРОЧНОСТЬ ИХ СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ
Нарушение устойчивости плотины и ее смещение могут произойти вследствие: сдвига сооружения при нарушении контакта его с основанием или по трещинам или ослабленным зонам основания; разрушения скального массива основания под действием развивающихся в нем напряжений.
Устойчивость плотины против сдвига. Сдвиг плотины по скальному основанию может произойти в случае нарушения сдвиговой прочности контакта ее с основанием, которая описывается теорией прочности Кулона-Мора,
Соответственно условие прочности запишется переходя к усилиям (рис. 8.19, а) и учитывая коэффициенты, входящие в формулу предельного состояния [см. формулу (6.67) ], в виде
Расчетные значения параметров сдвиговой прочности скального основания tg(p и с определяют для оснований сооружений I и П классов по результатам полевых или лабораторных испытаний, проводимых методом сдвига бетонных штампов или скальных целиков. Для оснований сооружений Ш и IV классов, а также для сооружений всех классов на стадии техникоэкономического обоснования строительства нормами (СНиП 2.02.0285) рекомендуются расчетные значения tgip и с, основанные на обобщении данных полевых опытов (табл. 8.1).
Если плоскость сдвига наклонена под углом а к горизонту (рис. 8.19,6), то формула (8.4) примет вид:
Этой же формулой можно пользоваться в случае устройства зубчатой поверхности основания с наклоном зубьев под углом а к горизонту. В этом случае экономится часть бетона в плотине и часть скальной выемки (на рис. 8.19, в заштриховано).
Применение наклона подошвы плотины в сторону верхнего бьефа повышает устойчивость плотины на сдвиг, что видно из формулы (8.5).
Повышение сопротивления сдвигу плотины достигается также использованием естественных скальных упоров со стороны нижнего бьефа при заглублении подошвы плотины в скалу или специальных бетонных массивов, в которые упирается плотина, или сопротивления здания ГЭС, непосредственно примыкающего к плотине, как это сделано, например, у Красноярской плотины (см. рис. 8.3, г).
По формуле (8.5) можно определить, возможна ли потеря устойчивости плотины при сдвиге по трещинам в скале основания и по ослабленным слоям слоистого основания. Например, по косой трещине в основании или слабом слое может произойти сдвиг по слабому слою (линия dc на рис. 8.19, д); в том случае, если имеются (или могут образоваться) трещины abd (см. рис. 8.19, г) также возможен сдвиг по ним. В этом случае в расчетах по формуле (8.5) в состав силы V надо включить вес G скалы в объеме bed (или adc), а силу Q увеличить за счет фильтрационного давления на участок скалы ad.
При расчетах сдвига внутри скального основания необходимо проанализировать все возможные опасные трещины. В этом случае при расчетах по формуле (8.5) можно пользоваться данными табл. 8.1, если нет опытных данных или аналогов. В случае значительной ширины раскрытия трещины и рыхлого заполнителя трещины необходимо брать tg
В скальных основаниях иногда могут иметь место глубинный сдвиг, аналогичный такому же сдвигу в нескальных основаниях (см. п. 7.6), и смешанный сдвиг частично по контакту плотны с основанием, частично внутри массива основания, иногда по ломаным поверхностям скольжения. Такого рода сдвиги могут быть в раздробленных, мелкоблочных основаниях, а иногда и в сложных слабых и полускальных основаниях. На рис. 8.20 приведен пример глубинного сдвига (по модельным исследованиям Д. Крсмановича) в блочном основании: вверху первый этап а и б фазы сдвига грузка от развития трещин В глубину, внизу КО блока породы основания, образование «призмы скольжения пнрания».
Прочность скального основания. Хотя скальные породы, как правило, более прочны «в куске», чем бетон, но в массиве, ослабленном многочисленными трещинами, основание может оказаться слабее бетона и в нем возникнут деформации, существенно большие, чем в бетоне (модуль деформации основания может падать до 23 ГПа, модуль упругости бетона доходит до 2025 ГПа). Прочность кусков скальной породы на раздробление, как правило, выше прочности бетона.
Однако в областях возможных растягивающих напряжений могут образоваться трещины или раскрыться имеющиеся. Эти области основания находятся со стороны верхнего бьефа, в зоне цементационной завесы (что поведет к усиленной фильтрации под плотиной). Эти области обнаруживаются при расчете напряженного состояния комплекса «плотинаоснование»; в этом случае должна быть проведена цементация основания.
Деформация плотин и их оснований. Вследствие большой жесткости скальных оснований плотин их вертикальные (осадки) и горизонтальные смещения невелики, измеряются миллиметрами, поэтому расчеты плотин и оснований по второму предельному состоянию проводятся (и то не всегда) для сооружений 1 класса, для неразрезных конструкций плотин в случае очень податливых оснований. Этот расчет нужен также при наличии резко отличных (по деформативности) пород в основании. Допустимые величины смещений устанавливают в каждом отдельном случае по соображениям эксплуатации плотины и соседних сооружений гидроузла.
