Работоспособность конструкции каменно-набросной плотины с бетонным экраном для условий Пскемской ГЭС

Введение.

При проектировании высоконапорного Пскемского гидроузла в Узбекистане каменно-набросная плотина с бетонным экраном (КНБЭ) рассматривается как альтернатива традиционной каменно-земляной плотине. Это связано с наличием у КНБЭ несомненных преимуществ. Однако геологическое строение створа Пскемского гидроузла осложняет применение КНБЭ - на бортовых участках залегает мощный слой гравелитов. Потребовалось провести исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) плотины высотой 190 м в плоской и пространственной постановках.

Материалы и методы.

Исследование НДС проведено путем численного моделирования методом конечных элементов. Принималось, что модуль линейной деформации каменной наброски в верховой части составляет 480 МПа, а в низовой - 240 МПа. Расчет проводился для случая, когда модуль деформации бетона составляет 29 и 12 ГПа. Учитывалось, что на границах центрального и береговых участков в экране выполняется разделяющий шов, а на контакте экрана с телом плотины - слой эмульсии, снижающей трение.

Результаты.

Исследования позволили проанализировать не только перемещения и напряжения экрана, но и продольные силы и изгибающие моменты.

Выводы.

При восприятии статических сил каменно-набросная плотина с железобетонным экраном является вполне надежной конструкцией. Однако для этого необходимо, чтобы каменная наброска была тщательно уплотнена, а заполнение водохранилища было продолжительным. В этом случае в пространственных условиях прочность бетона экрана на сжатие и растяжение будет обеспечена. Неоднородность геологического строения основания плотины не угрожает нарушением целостности экрана - вертикальные межсекционные швы дают возможность компенсировать растягивающие напряжения в экране.

1. Салямова К.Д., Турдикулов Х.Х., Мифтахо-ва И.Р. Расчет высокой грунтовой плотины с учетом напряженного состояния и порового давления (с учетом данных натурных наблюдений) // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. № 7. С. 24-32. DOI: 10.34031/article_5d35d0b7694ea7.79490804

2. Саинов М.П., Юрьева Е.А. Конструкции каменно-набросных плотин с железобетонным экраном в исторической ретроспективе // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2018. № 9 (72). С. 46-60. DOI: 10.18720/CUBS.72.3

3. Радченко В.Г., Глаговский В.Б., Кассирова Н.А., Курнева Е.В., Дружинин М.А. Современное научное обоснование строительства каменнонабросных плотин с железобетонными экранами // Гидротехническое строительство. 2004. № 3. С. 2-8.

4. Ma H., Chi F. Technical progress on researches for the safety of high concrete-faced rockfill dams // Engineering. 2016. Vol. 2. Pp. 332-339. DOI: 10.1016/j.eng.2016.03.010

5. Chen S.-H. Rockfill Dams // Hydraulic Structures. 2015. Pp. 593-642. DOI: 10.1007/978-3-662-47331-3_10

6. Wen L., Chai J., Xu Z., Qin Y., Li Y. A statistical review of the behaviour of concrete-face rockfill dams based on case histories // Géotechnique. 2018. Vol. 68. Issue. 9. Pp. 749-771. DOI: 10.1680/jgeot.17.p.095

7. Marques Filho P., De Pinto N.L.S. CFRD dam characteristics learned from experience // The International Journal on Hydropower & Dams. 2005. Vol. 12 (1). Pp. 72-76.

8. Hu K., Chen J., Wang D. Shear Stress Analysis and Crack Prevention Measures for a Concrete-Face Rockfill Dam, Advanced Construction of a First-Stage Face Slab, and a First-Stage Face Slab in Advanced Reservoir Water Storage // Advances in Civil Engineering. 2018. P. 2951962. DOI: 10.1155/2018/2951962

9. Johannesson P., Tohlang S.L. Lessons learned from Mohale // The International Water Power & Dam Construction. 2007. Vol. 59. Issue 8. Pp. 16-18, 20-22, 24-25.

10. Ma H.Q., Cao K.M. Key technical problems of extra-high concrete faced rock-fill dam // Science in China. Series E: Technological Sciences. 2007. Vol. 50 (1). Pp. 20-33. DOI: 10.1007/s11431-007-6007-5

11. Freitas M.S.Jr. Concepts on CFRDs Leakage Control - Cases and Current Experiences // ISSMGE Bulletin. 2009. Vol. 3. Issue 4. Pp. 11-18.

12. Zhang B., Wang J.G., Shi R. Time-dependent deformation in high concrete-faced rockfill dam and separation between concrete face slab and cushion layer // Computers and Geotechnics. 2004. Vol. 31. Pp. 559-573. DOI: 10.1016/j.compgeo.2004.07.004

13. Pinto N.L., Marques P.L. Estimating the Maximum Face Slab Deflection in CFRDs // Hydropower & Dams. 1998. Vol. 5. Issue 6. Pp. 28-30.

14. Xavier L.V., Albertoni S.C., Pereira R.F., Antunes J. Campos Novos dam during second impounding // The International Journal on Hydropower & Dams. 2008. Vol. 15. Pp. 53-58.

15. Song W.J., Sun Y., Li L., Wang Y. Reason analysis and treatment for the 1st phase slab cracking of Shuibuya CFRD // Journal of Hydroelectric Engineering. 2008. Vol. 27. Issue 3. Pp. 33-37.

16. Саинов М.П., Затонских М.А. Повреждение железобетонных экранов каменно-набросных плотин: факты, возможные причины и способы предотвращения // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2019. № 10 (73). С. 16-27. DOI: 10.18720/CUBS.73.2

17. Саинов М.П., Егоров И.М., Пак К.В. Влияние неоднородности строения каменно-набросной плотины на напряженно-деформированное состояние железобетонного экрана // Строительство: наука и образование. 2019. Т. 9. Вып. 2. С. 5. URL: http://www.nso-journal.ru/public/journals/1/issues/2019/02/05_02_2019.pdf. DOI: 10.22227/2305-5502.2019.2.5

18. Zhou W., Hua J.-J., Chang X.-L., Cao Y.-H. Cause analysis of cracking of concrete slab for high CFRD based on concrete crushing-type side wall technology // Yantu Lixue/Rock and Soil Mechanics. 2008. Vol. 29. Pp. 2037-2042.

19. Cui Z., Sun Z., Li M., Liu J. Repair Technology for Joint Damage of Sealing Cover Plate of Concrete Faced Rockfill Dam // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 136. P. 04051. DOI: 10.1051/e3sconf/2019136040