РАСЧЕТЫ ПЛОТИН НА ФИЛЬТРАЦИЮ

Фильтрационные расчеты для каменно-земляных плотин должны установить:

• основные параметры фильтрационного потока в теле и основании плотины (градиенты напора, направление линий токов);
• положение кривой депрессии;
• значение фильтрационного расхода.

Линией депрессии определяется область водонасыщения в пределах ядра и упорных призм, что весьма существенно при расчетах устойчивости откосов плотины; градиенты напора являются основным показателем при установлении размеров ядра, экрана, а также фильтров, обеспечивающих их фильтрационную прочность; фильтрационный расход характеризует потери воды из водохранилища.

Расчеты фильтрации обычно производятся в условиях плоской задачи для следующих характерных случаев уровней воды в бьефах: в верхнем бьефе нормальный подпорный уровень, в нижнем — минимальный меженный уровень; в верхнем бьефе форсированный подпорный уровень, в нижнем — уровень, соответствующий расходу, сбрасываемому в нижний бьеф при форсированном подпорном уровне в верхнем бьефе.

В каменно-земляных плотинах коэффициент фильтрации грунтовых экранов и ядер обычно бывает достаточно низким (0,1 м/сут и менее) по сравнению с коэффициентом фильтрации упорных призм, вследствие этого кривая депрессии в пределах верховой упорной призмы практически проходит почти горизонтально на уровне верхнего бьефа. Профильтровавшая через ядро (или экран) вода при выходе на его низовую грань легко просачивается в каменную наброску или гравелистый грунт и кривая депрессии круто падает вниз. В пределах низовой призмы она проходит с малым гидравлическим уклоном и выклинивается у откоса на уровне нижнего бьефа, или у подошвы откоса, если бьеф сухой. В результате указанного низовая призма в преобладающей части находится в состоянии естественной влажности и лишь у основания (на сравнительно небольшой высоте) в насыщенном водою состоянии. При наличии воды в нижнем бьефе низовая призма до уровня воды находится во взвешенном состоянии.

Для высоких плотин I и II классов, а также при сложном геологическом строении основания необходимо построение гидродинамической сетки фильтрационного потока для определения градиентов напора в любой точке ядра или экрана и на контакте последних с переходными зонами, а также в основании.

Расчеты фильтрации и построение гидродинамической сетки можно выполнить также экспериментальным путем, чаще — моделированием по методу электрогидродинамических аналогий (ЭГДА). Этот метод применим при рассмотрении как плоской задачи установившейся фильтрации, так и пространственной, и дает наиболее точное и сравнительно быстрое решение задачи.

Расчет фильтрационной прочности грунтов в экранах и ядрах каменно-земляных плотин следует производить для нормальной, т. е. установившейся, фильтрации и так называемой «казуальной» (случайной) фильтрации.

Последняя возникает от случайных и непредвиденных причин, например при наличии местных зон рыхлого грунта в результате его некачественного уплотнения или разуплотнения отдельных участков насыпи вследствие неравномерной осадки тела или основания плотины и т. п. Указанные причины создают сосредоточенные ходы для казуальной фильтрации и развития казуальной суффозии грунта.

Нормальная суффозионная прочность грунта в экране или ядре плотины может быть обеспечена использованием грунтов несуффозионного состава, а также устройством переходных зон (фильтров) на контакте с крупнозернистым материалом боковых призм. Весьма существенным является обеспечение казуальной суффозионной прочности грунта.

Р.А. Айрапетян, Проектирование каменно-земляных и каменнонабросных плотин, М., Энергия, 1975