Продолжительность консолидации грунта ядра каменно-земляной плотины

Введение. В глинистом грунте противофильтрационного ядра высокой каменно-земляной плотины всегда возникает избыточное поровое давление воды. Оно может достигать высоких значений и представлять угрозу для безопасности плотины. Со временем поровое давление уменьшается, но консолидация грунта может быть длительной, продолжительность процесса консолидации можно определить аналитическими и численными методами. Предыдущие исследования авторов показали, что только численное моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) и нестационарного фильтрационного режима сооружения может адекватно воспроизвести процесс формирования и рассеивания порового давления. В этой связи интерес представляет применение численного моделирования также и для оценки длительности процесса консолидации грунта в ядре каменно-земляной плотины.

Материалы и методы. Исследование продолжительности рассеивания избыточного порового давления выполнено путем численного моделирования НДС и фильтрационного режима на примере сверхвысокой каменно-земляной плотины с центральным ядром. Расчет проводился для нескольких вариантов коэффициента фильтрации глинистого грунта ядра.

Результаты. Результаты численного моделирования показали, что поровое давление в ядре оказывает существенное влияние на НДС всей плотины, на ее перемещения и напряжения. Установлено, что при коэффициенте фильтрации более 1 · 10–7 см/с консолидация грунта завершается еще в период строительства, а при коэффициенте фильтрации менее 1 · 10–8 см/с консолидация продолжается десятки лет. По сравнению с простым аналитическим методом теории фильтрационной консолидации длительность процесса консолидации оказалась примерно в 2 раза короче. Это связано с тем, что численное моделирование учитывает, что движение фильтрационного потока осуществляется не только в дренаж, но и в зоны с меньшим поровым давлением.

Выводы. По результатам численного моделирования консолидация грунта ядра завершается примерно в 2 раза быстрее, чем по результатам расчета простым аналитическим методом.

1. Akhtarpour A., Salari M. The deformation mechanism of a high rockfill dam during the construction and first impounding // Scientia Iranica. 2020. Vol. 27. Issue 2. Pp. 566–587. DOI: 10.24200/sci.2018.20778

2. Sainov M.P. Assessment of crack resistance of ultra-high earth core rockfill dam by pore pressure // Magazine of Civil Engineering. 2022. Nо. 6 (114). DOI: 10.34910/MCE.114.11. EDN BACLUE.

3. Rasskazov L.N., Yadgorov E.Kh., Nikolaev V.B. Field Observations of Soil Settlements, Displacements, and Pore Pressure in Dams // Power Technology and Engineering. 2018. Vol. 51. Issue 6. Pp. 611–620. DOI: 10.1007/s10749-018-0881-9

4. Rasskazov L.N., Yadgorov E.Kh., Burenkov P.M. Pore Pressure Dissipation in the Core of the Nurek Dam // Power Technology and Engineering. 2016. Vol. 50. Issue 1. Pp. 54–59. DOI: 10.1007/s10749-016-0658-y

5. Wu Y., Zhang B., Yu Y., Zhang Z. Consolidation analysis of Nuozhadu high earth-rockfill dam based on the coupling of seepage and stress-deformation physical state // International Journal of Geomechanics. 2016. Vol. 16. Issue 3. DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000555

6. Salari M., Akhtarpour A., Ekramifard A. Hydraulic fracturing: a main cause of initiating internal erosion in a high earth-rock fill dam // International Journal of Geotechnical Engineering. 2018. Vol. 15. Issue 2. Pp. 207–219. DOI: 10.1080/19386362.2018.1500122

7. Komasi M., Beiranvand B. Study of Hydraulic Failure Mechanism in the Core of Eyvashan Earth Dam with the Effect of Pore Water Pressure and Arching // Journal of Stress Analysis. 2020. Vol. 4. Issue 2. Pp. 55–67. DOI: 10.22084/jrstan.2020.20022.1110

8. Ma H., Chi F. Major Technologies for Safe Construction of High Earth-Rockfill Dams // Engineering. 2016. Vol. 2. Issue 4. Pp. 498–509. DOI: 10.1016/J. ENG.2016.04.001

9. Lv X., Chi S. Strain Analysis of the Nuozhadu High Rockfill Dam during Initial Impoundment // Mathematical Problems in Engineering. 2018. Pp. 1–12. DOI: 10.1155/2018/7291473

10. Hosseini S.M.M.M., Fard R.A. Pore pressure development in the core of earth dams during simultaneous construction and impounding // Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2003. Vol. 8.

11. Razavi B., Parehkar M., Gholami A. Investigation on Pore Water Pressure in Core of Karkheh Dam // International Journal of Civil and Environmental Engineering. 2011. Vol. 5. Issue 11. Pp. 539–542. DOI: 10.5281/zenodo.1335522

12. Balanji S.G., Davoudi S., Merufinia E. Investigation the Effects of Pore Water Pressure and Arching on Karkheh Earth Dam Considering the Instrumentation Results // Advances in Environmental Biology. 2014. Vol. 8. Issue 12. Pp. 1345–1353.

13. Emadali L., Motagh M., Haghighi M.H. Characterizing post-construction settlement of the Masjed-Soleyman embankment dam, Southwest Iran, using TerraSAR-X SpotLight radar imagery // Engineering Structures. 2017. Vol. 143. Pp. 261–273. DOI: 10.1016/j.engstruct.2017.04.009

14. Feng R., He Y.L., Cao X.X. Different deformation patterns in high core wall rockfill dams: A case study of the Maoergai and Qiaoqi dams // Advances in Civil Engineering. 2019. Vol. 2019. Issue 1. DOI: 10.1155/2019/7069375

15. Guo Q., Pei L., Zhou Z., Chen J., Yao F. Response surface and genetic method of deformation back analysis for high core rockfill dams // Computers and Geotechnics. 2016. Vol. 74. Pp. 132–140. DOI: 10.1016/j.compgeo.2016.01.001

16. Farajniya R., Poursorkhabi R.V., Zarean A., Dabiri R. Analysis and monitoring of the behavior of a rock fill dam ten years after construction: a case study of the Iran-Madani Dam // Geoenvironmental Disasters. 2024. Vol. 11. Issue 1. DOI: 10.1186/s40677-024-00295-4

17. Ничипорович А.А., Цыбульник Т.И. Одномерная задача консолидации глинистого грунта при напряженном состоянии, соответствующем случаю плоской деформации // Труды ВОДГЕО, Гидротехника. 1972. № 34.

18. Rashidi M., Heidar M., Azizyan Gh. Numerical Analysis and Monitoring of an Embankment Dam During Construction and First Impounding (Case Study: Siah Sang Dam) // Scientia Iranica. 2018. Vol. 25. Issue 2. Pp. 505–516. DOI: 10.24200/sci.2017.4181

19. Sari U.C., Wardani S.P.R., Partono W. Influence of pore water pressure to seepage and stability of embankment dam (case study of Sermo Dam Yogyakarta, Indonesia) // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 101. P. 05007. DOI: 10.1051/matecconf/201710105007

20. Soroush A., Pourakbar M., Nabizadeh A. 3D numerical analyses of behavior of a high rockfill dam with clay core in narrow canyon // 16th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019.

21. Ramsheh F.A., Rashiddel A., Dias D. FDM analysis of earth dams — end of construction and water seepage (case study: Ivshan Iran dam) // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1973. Issue 1. P. 012201. DOI: 10.1088/1742-6596/1973/1/012201

22. Саинов М.П., Болдин А.А. Формирование порового давления в ядре каменно-земляной плотины от собственного веса // Гидротехника. 2024. № 2 (75). С. 10–14. EDN WEKFRK.

23. Саинов М.П., Болдин А.А. Оценка методик расчета порового давления в ядре каменно-земляной плотины // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева. 2024. Т. 312. С. 115–126. EDN RKTLGY.