Введение к работе
Актуальность проблемы и постановка задачи. В последние десятилетия интенсивное плотиностроение в развивающихся странах и, в особенности, в странах Латинской Америки и, в частности, Центральной Америки характеризуется преобладающим (85% случаев) строительством грунтовых плотин в основном средней высоты (40-100 м). Среди этих плотин - камекно-земляные: Чонгон (55 м, Эквадор), Сабанета (60 м, Доминиканская республика), Серрос Гранде (90 м, Сальвадор), Лос Лаурелес (60 м, Гондурас) и др.
В то же время недавно построены и строятся высокие и сверхвысокие каменно-земляные плотины такие как Чикоасен (261 м, Мексика) , Гуавно (245 м, Колумбия), Чивор (237 м, Колумбия), ПуэОло Бьехо (137 и, Гватемала), проектируются - Борука (236 м, Коста-Рика), Ла Миель (185 м, Колумбия), Наранхито (120 м, Гондурас), Сан Фернандо (113 и, Гондурас) и ряд других грунтовых плотин.
Характерной особенностью большинства из перечисленных ка-менно-земляных плотин является использование в качестве глинистых материалов ядер сильно переувлажненных пластичных разнозер-нистых элювиальных суглинков и супесей (лютитов, сапролитоз, ли-молитов, латеритов и др.) - продуктов полного выветривания и разрушения полускальных и скальных пород (песчаников, сланцев, туфов, гранитов, базальтов и др.).
Ввиду этого в глинистых ядрах и экранах этих плотин, часто строящихся без строгого контроля плотности-влажности глинистого грунта и недостаточно хорошо оснащенных контрольно-измерительной аппаратурой, развивается во время строительства высокое поровое давление воды, приводящее к значительному снижению прочности на сдвиг, образованию трещи в ядре и оползанию откосов плотин в конце строительства и начальный период эксплуатации.
Поэтому проблема достоверности расчета порового давления консолидации и напряженно-деформированного состояния (НДС) в каменно-земляных плотинах с ядрами и зонами из переувлажненных пластичных глинистых грунтов в конце их строительства и при начальном наполнении водохранилища является чрезвычайно актуальной задачей для стран Центральной Америки и, в частности, Гондураса.
Достоверность результатов расчетов НДС и порового давления консолидации в таких грунтовых плотинах, оценка трещиностойкости и их устойчивости зависит прежде всего от того, является ли решаемая задача связанной, т.е. решаются ли совместно уравнения неразрывности (консолидации), равновесия и состояния грунта или
определяются ли одновременно норовое давление воды и эффективные напряжения в скелете глинистого грунта. При этом должно учитываться взаимодействие всех трек фаз этого грунта и сжимаемость воздухосодеркащей воды, нелинейные деформационные характеристики грунтов всех зон плотины, включая переходные зоны, реальный график возведения плотины и наполнения водохранилищ к т.д.
Критерием достоверности результатов эткх расчетов является соответствие их данным натурных наблюдений за поведением камен-но-земляных плотин-аналогов по своим геометрическим, конструктивным и геотехническим параметрам проектируемым плотинам.
Необходимо также учитывать экономическую целесообразность и важность проведения расчетов НДС и консолидации на начальных стадиях проектирования, когда рассматриваются различные варианты плотин, в т.ч. грунтовых, и выбирается основной вариант.
Цель работы. Целью диссертационной работы являются:
а) Оценка достоверности нормативных методов расчета порово-
го давления консолидации в каменно-земляных плотинах и уточнение
некоторых расчетных положений для этих плотин.
б) Изучение современных методов и программ расчета НДС и
парового давления консолидации в этих плотинах с использованием
нелинейных моделей грунтов.
в) Разработка метода и программы расчета плоской нелиней
ной и связанной задачи НДС и порового давления консолидации
(в рамках деформационной теории пластичности и фильтрационной
теории консолидации квазидвухфазного грунта) в каменно-земляных
плотинах при действии статических нагрувок в строительный и на
чальный эксплуатационный периоды.
г) Проведение с помощью разработанной программы расчетных
параметрических исследований влияния основных геометрических и
геотехнических параметров материалов ядра, переходных зон и бо
ковых призм и режимов начального наполнения водохранилища на НДС
и консолидацию каменно-земляной плотины средней высоты.
Основные задачи работы определялись необходимостью всестороннего исследования следующих вопросов, связанных с решением поставленных целей.
1. В результате анализа и обобщения натурных данных за консолидацией и НДС каменно-аемляных плотин в период строительства и начальной эксплуатации и сравнения этих данных с результатами расчетов порового давления консолидации и устойчивости уточнить некоторые положения нормативных методов расчета консолидации. 2
-
Изучить и проакялиэпровотв содртмшпыс кстндщ й ЩЗИг'ЕйМ-мы расчета І-ЩС и порового давления консолидации в каменно-земляных плотинах с использованием нелинейных моделей грунтов и выбрать оптимальную'модель, наиболее проверенную трехосными опытами и практикой ее использования в подобных расчетах.
-
С помощью отлаженной программы провести расчетные параметрические исследования влияния основных геометрических характеристик ядра (узкое и широкое центральное, наклонное) и геотехнических параметров материала ядра (пластичное или жесткое), переходных зон и боковых призм (жесткие или податливые) на НДС и консолидацию каменно-земляной плотины средней высоты с учетом постепенности ее возведения при двух различных режимах наполнения водохранилища (одновременное со строительством - длительное и после его окончания - быстрое).
Научная новизна работы. Впервые разработана методика, алгоритм и программа связанного расчета НДС и консолидации грунтовых плотин с использованием нелинейной гиперболической модели грунтов и теории Био-Флорина консолидации квазидвухфазного глинистого грунта с учетом сжимаемости воздухосодержащей воды, различных графиков возведения плотины, наполнения и сработки водохранилища.
В результате расчетных параметрических исследований с помощью разработанной программы исследовано влияние основных геометрических и геотехнических характеристик ядра, переходных зон и боковых призм, режимов наполнения водохранилища на НДС и консолидацию каменно-земляной плотины средней высоты.
Достоверность основных результатов исследований и выводов диссертации подтверждается результатами проведенного анализа и обобщения данных натурных наблюдений за поведение каменно-земляных плотин в период их строительства и начальной эксплуатации.
Практическая ценность работы:
-
Уточнены некоторые важные расчетные положения нормативных методов расчета консолидации каменно-земляных плотик, позволяющие получить более достоверные результаты расчетов.
-
Разработан достаточно простой и достоверный метод связанного расчета НДС и консолидации грунтовых плотин, позволяющий учитывать основные конструктивно - технологические особенности этих плотин и факторы, влияющие на поведение грунтовых материалов при действии статических нагрузок при различных графиках
строительства плотины, наполнения и опорожнения водохранилища.
3. Разработанная программа может быть использована на более ранних стадиях проектирования плотины, когда применение других более сложных программ с использованием упруго-пластических моделей грунтов затрудкеко или невозможно. Это позволяет заранее обосновано выбрать рациональную и экономичную конструкцию грунтовой плотины и в дальнейшем провести оптимизацию ее конструкции и технологии возведений с учетом уточненных геотехнических характеристик грунтовых материалов, реальных графиков строительства плотины, начального наполнения и опорожнения водохранилища.
Апробация результатов работы. Материалы диссертации докладывались на XXVII, XXVIII и XXIX конференциях профессорско-преподавательского состава инженерного факультета РУДН (Москва 1991, 1992, 1993 Г.Г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликована і работа объёмом 0,5 п.л., 1 работа (0,7 п.л.) сдана в издание.
Объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы, насчитывающего наименований, в т.ч. иностранных авторов. Работа изложена на страницах машинописного текста, в т.ч. таблиц и рисунков.
