ГРУНТОВАЯ СЕЙСМОСТОЙКАЯ ПЛОТИНА Российский патент 1994 года по МПК E02B7/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении плотин из местных материалов в сейсмических районах.

Известна плотина из местных материалов, преимущественно из однородного связного грунта, разделенная на отсеки поперечными деформационными швами из несвязного материала, покрытыми противофильтрационными диафрагмами и соединением отдельных отсеков гибкими связями (авт. св. N 1093749, кл. Е 02 В 7/06).

Недостатком такой плотины является то, что на участках деформационных швов, выполненных из несвязного материала, при горизонтальных смещениях может произойти раскрытие этих швов с губительными последствиями.

Известна также земляная плотина, сейсмостойкость которой обеспечивается выполнением ее из вертикальных грунтовых столбов, с разным отношением модуля Юнга к плотности, причем на одном ярусе в соседних столбах расположены разные грунты, а в основании столбов расположен грунт с меньшим отношением модуля Юнга к плотности (авт. св. N 1301912, кл. Е 02 В 7/06).

Недостаток этой плотины заключается в том, что на площадке строительства необходимо иметь, как минимум, два местных строительных материала, отличающихся отношением модуля Юнга к плотности. Кроме того, возникают повышенные требования к технологии возведения плотины для обеспечения необходимой раскладки грунтов по ярусам и столбам.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является плотина из грунтовых материалов, выполненная из ориентированных перпендикулярно к ее продольной оси вертикальных слоев, где каждый слой выполнен из материала с отношением модуля Юнга к плотности не равным ему в соседнем слое [1] .

Недостаток этого решения состоит в том, что для обеспечения ее сейсмостойкости на площадке строительства необходимо иметь как минимум два вида грунта, имеющих различные отношения модуля Юнга к плотности. Процесс строительства таких плотин требует очень четкой организации работ, дополнительных расходов на доставку недостающего материала, увеличения трудоемкости работ.

Кроме того, известная плотина конструктивно выполнена и предназначена для восприятия сейсмических нагрузок только в продольной плоскости, так как слои различного грунтового материала перпендикулярны ее продольной оси, а в поперечном направлении, где наиболее вероятны смещения грунта при землетрясении, препятствий для возникновения резонансного режима колебаний нет, так как любое поперечное сечение плотины выполнено из однородного материала.

Целью изобретения является возведение плотины с восприятием сейсмических воздействий в горизонтальном и вертикальных направлениях по всему поперечному и продольному профилю с необходимыми физико-механическими и фильтрационными свойствами.

Это достигается тем, что тело плотины выполнено из одного карьерного грунта и содержит в поперечном сечении не менее трех зон: напорного волноустойчивого экрана, низового откоса, промежуточной центральной зоны с образованием плотной зоны ее основания с контуром, подобным геометрическому профилю плотины соответственно нормальным давлениям и физико-механическим свойствам, отличающихся друг от друга плотностью, коэффициентом фильтрации, отношением модуля Юнга к плотности, скоростью распространения упругих волн. При этом целенаправленное формирование зон с заданными параметрами и трансформация физико-механических и фильтрационных свойств карьерного грунта произведена средствами гидромеханизации с постоянным контролем.

Контроль за динамической, статической и фильтрационной устойчивостью тела плотины осуществлен (одновременно) несколькими способами: сейсмическими, электроизмерительными, радиоизотопными и акустическими, охватывающими изменение свойств во времени от начала до завершения строительства.

Отличие данного решения от известных заключается в том, что строительство сейсмостойкой плотины ведется из любого карьерного грунта, расположенного на площадке строительства.

Известные решения, как правило, требуют наличия не менее двух различных грунтовых материалов, имеющих различные отношения модуля Юнга к плотности.

В предлагаемом решении возведение плотины ведется из одного карьерного грунта, расположенного на площадке строительства, с дальнейшей трансформацией его физико-механических и фильтрационных свойств в нужном направлении. Формирование трех или более зон путем раскладки различных по физико-механическому составу грунтов с различными значениями плотности, коэффициента фильтрации, скорости распространения упругих волн и отношения модуля Юнга к плотности в горизонтальном и вертикальном направлениях по всему поперечному и продольному сечению плотины препятствует возникновению резонансного режима колебаний плотины в целом, а следовательно, разрушению при сейсмических воздействиях.

На чертеже показана плотина и ее основание, поперечный профиль.

Плотина состоит из волноустойчивого экрана 1, низового откоса 2, переходной центральной зоны 3 и основания 4.

Такая конструкция плотины обеспечивает ее статическую, динамическую и фильтрационную устойчивость. Интенсивное гашение фильтрационного напора происходит на участке первых двух третей профилю плотины со стороны верхового откоса, имеющих наименьший коэффициент фильтрации и наибольшую плотность суглинистых грунтов, откладывающихся в верховой части плотины и выполняющих одновременно волногасящие функции.

В третьей части профиля плотины, со стороны низового откоса, облегчается путь фильтрации, проходящей в супесчаных и песчаных грунтах, имеющих больший, чем в верховой части, коэффициент фильтрации, что способствует снижению депрессионной кривой и улучшению статической устойчивости за счет оптимального соотношения сдвигающих и удерживающих сил.

Такая конструкция плотины, а именно волноустойчивого распластанного профиля, предопределяет и способ ее возведения - гидромеханизация, т. к. только в этом случае возможна трансформация карьерного грунта.

Особенностью данного технического решения является, кроме того, введение поэтапного обжатия тела плотины после завершения консолидации, что регулируется устройством на низовом откосе бермы, отметка которой лежит на уровне верхней границы удерживающей призмы по кривой скольжения.

Таким образом, тело плотины сформировано из частей, плавно сопрягающихся друг с другом, имеющих разные функциональные и физические особенности. Сейсмическая устойчивость данной плотины достигается раскладкой грунта по фракциям с образованием зон, отличающихся друг от друга скоростями распространения упругих волн и отношением модуля Юнга к плотности. (56) Авторское свидетельство СССР N 808581, кл. Е 02 В 7/06, 1981.

Использование: в гидротехническом строительстве, а именно при возведении плотин из местных грунтовых материалов. Сущность: тело плотины выполнено из одного карьерного грунта и содержит в поперечном сечении не менее трех зон, отличающихся друг от друга плотностью, коэффициентом фильтрации, отношением модуля Юнга к плотности и скоростью распространения упругих волн. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ГРУНТОВАЯ СЕЙСМОСТОЙКАЯ ПЛОТИНА , выполненная из матеpиалов, обpазующих зоны с pазличным отношением модуля Юнга к плотности в смежных зонах, отличающаяся тем, что тело плотины выполнено из одного каpьеpного гpунта и содеpжит в попеpечном сечении не менее тpех зон и плотную зону основания плотины, отличающихся одна от дpугой pазличным отношением модуля Юнга к плотности, а также скоpостью pаспpостpанения упpугих волн, коэффициентом фильтpации и плотностью. 2. Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что тело плотины содеpжит зоны напоpного волноустойчивого экpана, низового откоса, пpомежуточной центpальной зоны, а контуp плотной зоны основания плотины подобен геометpическому пpофилю плотины.