Условия работы каменнонабросных плотин
1. Устойчивость элементов плотины. Устойчивость откосов каменнонабросных плотин в случае скального основания будет обеспечена, если угол его наклона к горизонту меньше угла естественного откоса данной каменной наброски; в случае пескального основания может возникнуть опасная поверхность сдвига ABC, заглубленная в тело откоса и основание (рис. 4.3). В связи с этим устойчивость такого откоса (на нескальном основании) проверяют, например, по методу круглоцилиндрических поверхностей обрушения так же, как и общую устойчивость земляного откоса (см. § 2.15), причем используют соответствующие сдвиговые (прочностные) характеристики для каменной наброски и грунта основания. В результате такой проверки может возникнуть необходимость значительно уположить откос.
2. Устойчивость экрана на сдвиг по подэкрановому выравнивающему слою. Экран каменнонабросной плотины (см. ниже) располагается на выравнивающем слое, выполненном или сухой кладкой, или крупнообломочным грунтом (или мелким камнем). Коэффициент трения экрана по сухой кладке, а также коэффициент трения для каменной наброски значительно выше, чем коэффициент трения для крупнообломочного грунта. Поэтому в случае выравнивающего слоя из крупнообломочного грунта верховой откос плотины приходится делать положе, чем в случае выравнивающего слоя из сухой кладки, что влечет за собой увеличение объема плотины.Имея это в виду и учитывая, что кладка камня (в отличие от отсыпки и уплотнения крупнообломочного грунта) не поддается широкой механизации, в каждом конкретном случае приходится сопоставлять в техникоэкономическом отношении варианты выравнивающего слоя — из сухой кладки и крупнообломочного грунта (или мелкого камня).
3. Устойчивость низового клина каменнонабросной плотины с диафрагмой. Как видно из рис. 4.4, можно еще различать (дополнительно к сказанному выше) возможность сдвига каменнонабросного массива по плоскости АВ. Устойчивость указанного массива будет обеспечена, если
Элементарный анализ уравнения (4.1) показывает, что в случае глинистого основания устойчивость на сдвиг плотины по поверхности основания АВ будет обеспечена, если: при наличии экрана т. обеспечивает устойчивость откосов (такое значение пг нельзя допускать по соображениям устойчивости откоса, см. п. 1); при наличии диафрагмы тп (3,0...4,0).
При глинистом основании низовой откос каменнонабросной плотины с диафрагмой приходится значительно уполаживать сравнительно с углом естественного откоса самой каменной наброски (с тем чтобы обеспечить устойчивость на сдвиг низового клина плотины по поверхности глинистого основания).
4. Деформации тела каменнонабросной плотины. Различают следующие деформации каменнонабросных плотин: вертикальные деформации (осадки) и горизонтальные (перемещения) каменной наброски плотины от берега в сторону русла и в сторону нижнего бьефа.
Горизонтальные перемещения гребня плотины в сторону нижнего бьефа, вызванные гидростатическим давлением, оценивают обычно в долях от величины вертикальных деформаций ДГР. Значения этих горизонтальных смещений принимают равными ДГР, 0,5 Дгр и т. п. (см. § 2.9). Основными факторами, вызывающими упомянутые деформации каменной наброски, являются: смятие выступающих углов отдельных камней, раздавливание и переупаковка (перемещение) их, выветривание и размокание камней, вдавливание (втапливание) в грунт основания. Раздавливание камней должно возникать в случае, когда максимальные напряжения, действующие в теле плотины (и отнесенные к контактам отдельных камней), оказываются большими предела прочности данной горной породы.
При сооружении высоких каменнонабросных плотин получают некоторую область каменной наброски (у подошвы плотин), где упомянутые выше напряжения оказываются столь большими, что под их действием происходит раздавливание всех камней; в этом случае осадки каменной наброски могут быть настолько большими, что будут способствовать расстройству диафрагмы или экрана. Чтобы уменьшить контактные напряжения и избавиться от указанных весьма больших осадок, можно применять или замыв нижних слоев каменной наброски песком, или возведение этих слоев из уплотненной так называемой горной массы, т. е. смеси камня с карьерной мелочью.
5. Дополнительные замечания. К сказанному выше приходится учитывать свойства некоторых горных пород выщелачиваться, а также терять свою механическую прочность в связи с намоканием камней (насыщением их водой) и их физическим выветриванием (обусловленным многократным замерзанием и оттаиванием их и т. п.). Эти обстоятельства могут способствовать существенному увеличению осадки плотины. Рассматривая каменную наброску, следует различать: несущую часть ее скелета (твердую фазу), через которую передаются напряжения, и свободный заполнитель, не входящий в состав несущей части скелета. Указанное увеличение осадки возникает в связи с деформациями только несущей части скелета.