Плотина из грунтовых материалов Советский патент 1993 года по МПК E02B7/06 E02B3/16 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к ci роительству плотин из грунтовых матери- а/ ов, и может быть применено при сооружении энергетических, ирригационных и других водохозЯйственных гидроузлов, а также объектов промышленной гидротехника

Цель изобретения - повышение надеж- Hi сти работы плотины за счет предотвращения размыва грунта водоупорного элемента потоком воды, движущимся по сквозным поперечным трещинам, образующимся в п жгребневой зоне в результате неблагоприятного напряженно-деформированного с( стояния, сейсмических и других воздейстBt

и.

На чертеже изображено продольное сечение плотины из грунтовых материалов (фиг.1), содержащей водоупорный элемент из связного грунта 1, противоразмывной элемент, находящийся в исходном положении с прижатыми друг к другу плоскими диафрагмами 2, нижние ребра которых шар- нирно и герметично соединены между собой, а гибкие перепонки 3 между диафрагмами 2 сложены гармошкой. К наружным граням диафрагм 2 периметрапьно и герметично прикреплена противофильтрационная пленка 4, ориентированная вдоль продольной оси плотины.

На фиг. 2 показано продольное сечение плотины на скальном основании с противо- размывным элементом, расположенным в зоне растяжения 1Р гребня плотины. ГЬотиVIЧЭ Ю О 4

СО

воразмывной элемент находится в рабочем состоянии, т.е. плоские диафрагмы 2 раскрыты и образуют V-образный желоб, внутренние грани которого соединены друг с другом гибкими перепонками. Высота диафрагм 2 выполнена равной НПру. К наружным граням диафрагм 2 периметрально и ,герметично прикреплена противофильтра- ционная пленка 4. На фиг. 3 показано поперечное сечение плотины, содержащей водоупорный элемент 1 в виде тела плотины, и противоразмывной элемент, включаю щий плоские диафрагмы 2, гибкие перепонки 3 и противофильтрационные пленки 4.

На фиг. 4 показано поперечное сечение каменно-земляной плотины, содержащей водоупорный элемент 1 в в иде ядра, и противоразмывной элемент-, включающий плоские диафрагмы 2, гибкие.малопроница- емые, например перфорированные, пленки 3, выполненные разной высоты, убывающей в сторону нижнего бьефа, и противофильт- рационную пленку 4.

Плоские диафрагмы 2 могут быть выполнены из полимерных, прорезиненных и других материалов.

Плотина работает следующим образом. В период эксплуатации на плотину действуют различные нагрузки и воздействия, в том числе; такие, как собственный вес, давление воды верхнего бьефа, сейсмические воздействия и т.д., которые приводят к неблагоприятному напряженно-деформированному состоянию плотины в пригребневой части, особенно в областях береговых примыканий и над резкими переломами основания. При этом плоские диафрагмы 2 противораз- мывного элемента раскрываются, образуя V-образный желоб и тем самым погашая растягивающие напряжения в окружающем массиве грунта водоупорного элемента 1. Опережающее раскрытие диафрагмы 2 без образования трещин в водоупорном элементе 1 обеспечивается-практическим отсутствием какого-либо .сопротивления этому в противоразрывном элементе, в то время, как связный грунт водоупорного элемента 1 обладает определенным сцеплением на разрыв. При раскрытии V-образного желоба распрямляются также, гибкие перепонки 3, предварительно сложенные в исходном положении гармошкой, которые соединяют внутренние грани диафрагм 2 и преграждают тем самым движение потока воды через V-образный желоб из верхнего бьефа в сторону нижнего бьефа. Таким образом предотвращается размыв грунта водоупорного элемента 1 потоком воды по сквозным поперечным трещинам, что повышает надежность работы сооружения. Кроме этого вода, находясь в плоскости V-образного желоба со стороны верхнего бьефа от перепонки 3, оказывает гидростатйческое давление на диафрагмы 2, прижимая их к грунту водоупорного элемента 1. Указанное снижает возможность появления сосредоточенных ходов фильтрации вдоль наружных граней диафрагм 2. Периметральное и герметичное прикрепление к последним противофильтрационных пленок 4, ориентированных вдоль продольной оси плотины, практически полностью исключает возможность указанной сосредоточенной

фильтрации, повышая тем самым фильтра- ционную прочность грунта водоупорного элемента 1 в этой области.

При выполнении гибких перепонок 3 малопроницаемыми (перфорированными) и

разной высоты, убывающей в сторону нижнего бьефа, величина гидростатического давления, действующего в V-образном желобе, распределяется на несколько гибких перепонок 3, повышая тем самым надежность их работы. Кроме этого, оказывает давление и на диафрагмы 2 почти по всей их длине, прижимая их к грунту водоупорного элемента 1, что повышает фильтрационную прочность последнего на контакте снаружными гранями диафрагм.

При возведении плотины в скальном каньоне противоразмывной элемент выполняется на расстоянии р по гребню плотины от борта каньона, равном Гр (0,3...0,6)1, где

L - длина гребня плотины от оси каньона до его борта, а высоту плоских диафрагмы Нпру принимают не менее величины НПру 2: hTp, где Ьтр - ожидаемая глубина поперечной трещины, равная

2 Сс cos p

тр Ал (1-sin р)

в которой/Овл, Сс и -соответственно плотность влажного грунта водоупорного элемента, его сцепление при сдвиге и угол

внутреннего трения.

Формула изобретения 1, Плотина из грунтовых материалов, содержащая водоупорный элемент из связного грунта, отличающаяся тем, что, с

целью повышения надежности работы плотины за счет предотвращения размыва грунта водоупорного элемента потоком воды по сквозным поперечным трещинам, образующимся в пригребневой зоне водоупорного

элемента плотины в результате ее неблагоприятного напряженно-деформированного состояния, сейсмических и Других воздействий, водоупорный элемент снабжен проти- вор.азмывным элементом, состоящим из

Двух плоских диафрагм, нижние ребра которых шарнирно и герметично соединены между собой и образуют V-образный желоб, внутренние грани диафрагмы соединены о|дна с другой гибкими перепонками, а Наружные грани прикреплены к грунту в одоупорного элемента, при этом противо- размывной элемент расположен в пригреб- невой зоне плотины вертикально поперек оси плотины в местах появления растягивающих напряжений, .причем перепонки меж- ;у диафрагмами сложены гармошкой и обе диафрагмы противоразмывного эле- ента устройства прижаты одна к другой.

2. Плотина по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тгм, что к наружным граням диафрагм про- т /шоразмывного элемента периметрально и зрметично прикреплена противофильтра- иионная пленка, ориентированная вдоль продольной оси плотины.

3. Плотина по пп.1 и 2, отличающая с я тем, что диафрагмы противораз- ывного элемента выполнены гибкими.

4. Плотина по пп. 1-3, отличающая- я тем, что при ее расположении в скаль0

5

0

ном каньоне противоразмывной элемент выполнен в пределах участка зоны растяжения р, равного расстоянию по гребню плотины от борта каньона р « (0,3...0,6)1, где L - длина гребня плотины от оси каньона до его борта.

5. Плотина по п.4, отличающаяся тем, что высота плоских диафрагм противоразмывного элемента НПру определена по формуле Нпру hyp, где hTp - ожидаемая глубина поперечной трещины, равная 2 Сс cos p

РВЛ (1 - Sin р)

в которой/Зал, Сс и р- соответственно плотность влажного грунта водоупорного элемента, его сцепление при сдвиге и угол внутреннего трения.

6. Плотина по пп. 4 и 5, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что перепонки выполнены малопроницаемыми, например перфорированными.

7. Плотина по п.6, отличающаяся тем, что перепонки выполнены разной высоты, убывающей в сторону нижнего бьефа. 2

Игр

Фиг. 3

Использование: при возведении гидротехнических сооружений, а именно плотин из грунтовых материалов. Сущность изобретения: плотина содержит водоупорный элемент из связного грунта. Противораз- мывной элемент, например, камённо-земля- ной плотины с водоупорным элементом в виде ядра включает плоские диафрагмы, в исходном положении (при отсутствии трещин) прижатые друг к другу. Диафрагмы шармирно соединены между собой нижними кромками. Между диафрагмами размещены гибкие перепонки, сложенные гармошкой в исходном состоянии. К наружным граням диафрагм герметично прикреплена противофильтрационная пленка, ориентированная вдоль продольной оси плотины. 6 з.п.ф-лы, 4 ил, Ю

Фиг Л