Расчет устойчивости бетонной водосливной плотины гравитационного типа при плоском сдвиге

Существуют две схемы возможной потери устойчивости сооружения:

— по схеме плоского сдвига;

— по схеме глубинного сдвига.

Для плотин на скальном основании дополнительно рассматривают схему потери устойчивости при опрокидывании.

Выбор той или иной схемы определяется соотношением контактных нормальных напряжений по подошве фундамента и некоторого критического значения.

Если , то имеет место плоский сдвиг;

В противном случае — глубинный.

Критическое значение напряжения можно определить по зависимости:

,

где — эмпирический коэффициент, =2,5;

— удельный вес взвешенного в воде грунта;

— угол внутреннего трения грунта основания;

— длина флютбета плотины;

— удельное сцепление;

Проверка устойчивости при плоском сдвиге

Наиболее распространенным вариантом потери устойчивости плотины по схеме плоского сдвига является смещение сооружения по подошве флютбета. В некоторых случаях при наличии прослоек слабых грунтов в основании сооружения выполняю проверку устойчивости плотины на сдвиг по поверхности слабых грунтов.

Проверка устойчивости бетонной плотины выполняется для первой группы предельных состояний по формуле:

,

где — коэффициент сочетания нагрузок и воздействий (в период нормальной эксплуатации, равный 1,00);

F — сдвигающая сила — гидростатическое давление воды со стороны верхнего бьефа E₁ (рис. 7.1);

γ_c — коэффициент условий работы, принимаемый при нескальных и полускальных грунтах равным 1,00; при скальных грунтах — 0,95;

— коэффициент надежности по ответственности сооружений, принимаемый в зависимости от класса сооружения равным: для I кл. — 1,25; для II кл. — 1,20; для III кл. — 1,15; для IV кл. — 1,10;

R — удерживающая сила, определяемая следующим образом:

,

где — вес секции тела плотины;

— вес разделительных бычков, входящих в состав секции плотины;

— вес воды над телом плотины и понуром (вес воды над понуром учитывается только для анкерного понура);

— вес понура (учитывается только для анкерного понура);

— вес затвора, , F=b_пр·Н₀, м²; — количество затворов в секции;

— взвешивающее давлением воды на флютбет и понур плотины (давление на понур учитывается только для анкерного понура);

— фильтрационное противодавление на флютбет и понур (давление на понур учитывается только для анкерного понура);

— коэффициент трения; =tgφ, φ — угол внутреннего трения; для плотин на скальном основании при предварительных расчетах рекомендуется принимать =0,75—0,8;

— гидростатическое давление воды со стороны нижнего бьефа;

— сила сцепления, =сF_c; с — удельное сцепление; F_c — площадь флютбета и понура в пределах рассматриваемой секции (площадь понура учитывается при анкерном понуре).

Рис. 7.1. К расчету устойчивости на плоский сдвиг бетонной плотины
и определению контактных напряжений в основании