Введение.
В условиях, когда каменно-набросная плотина с бетонным экраном возводится на нескальном основании, ее противофильтрационное устройство (ПФУ) дополняют «стеной в грунте» и понуром. Все вместе они образуют сложное составное ПФУ. В связи с тем, что по опыту эксплуатации ряда плотин бетонный экран и «стена в грунте» могут находиться в неблагоприятном напряженном состоянии, актуальным является вопрос о работоспособности и составного ПФУ.
Материалы и методы.
Исследование осуществлялось на примере реальной каменно-набросной плотины Miaojiaba с составным ПФУ. Эта плотина имеет высоту 111 м и длину 348 м, в русловой части она расположена на нескальных грунтах толщиной около 45 м. Изучение пространственного напряженно-деформированного состояния (НДС) плотины проводилось с помощью численного моделирования методом конечных элементов. Данные натурных измерений перемещений плотины были использованы для калибровки конечно-элементной модели.
Результаты.
Расчеты НДС плотины выполнялись для двух вариантов конструкции составного ПФУ. В первом варианте все элементы устройства (экран, стена, понур) состоят из бетона. По результатам расчетов в «стене в грунте» возникают сжимающие и растягивающие напряжения, которые превышают прочность бетона. Кроме того, стена отрывается от основания. Во втором варианте «стена в грунте» реализуется из глиноцементобетона. По результатам расчетов в этом варианте обеспечивается прочность всех составляющих противофильтрационное устройство элементов.
Выводы.
Для обеспечения прочности ПФУ, состоящего из бетонного экрана, «стены в грунте» и соединительного понура, рекомендуется выполнять стену и понур из менее жестких материалов.
Introduction.
When a rockfill dam with a concrete face is constructed on the earth foundation, its seepage control facility is complemented by a cutoff wall and an apron. Together they represent a complicated integrated seepage control facility. The performance of an integrated seepage control facility gains relevance, which is proven by the experience in the operation of a number of dams, whose concrete faces and cutoff walls may be in the adverse stress state. Towards this end, the authors studied the stress-strain state (SSS) of an integrated seepage control facility.
Materials and methods.
The study was conducted at the Miaojiaba rockfill dam that has an integrated seepage control facility. This dam is 111 m high and 348 m long; its riverbed is about 45 m thick. Numerical modeling using the finite element method was performed to study the spatial SSS of this dam. Measurements of the dam displacements were taken to calibrate the finite element model.
Results.
The SSS of the dam was analyzed to develop two alternative structural designs of an integrated seepage control facility. As for the first design option, each element (the face, the cutoff wall, the apron) is made of concrete. The analysis of this option has shown that compressive and tensile stresses, arising in the cutoff wall, exceed the strength of concrete. Besides, the cutoff wall gets separated from the foundation. Within the framework of the second option, the cutoff wall is made of clay-cement concrete. According to the results of the analysis, this design option ensures the sufficient strength of all components of a seepage control facility.
Conclusions.
To ensure the strength of a seepage control facility that has a concrete face, a cutoff wall and a connecting apron, the cutoff wall and the apron should be made of less rigid materials.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.