Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор натурных наблюдений за плотинами за последние 60 лет (1955-2015) 9
1.1. О натурных наблюдениях за грунтовыми плотинами 9
1.1.1. Поровое давление 9
1.1.2. Фильтрация 15
1.1.3. Осадка и смещения в период строительства и эксплуатации 16
1.2. Натурные наблюдения и сравнение НДС плотин с расчётами 31
1.2.1. Плотина Эль-Инфернилло 31
1.2.2. Плотина Захара 34
1.2.3. Плотина Талбинго 36
Выводы по главе 1 38
ГЛАВА 2. Поровое давление и консолидация в ядре нурекской плотины
2.1. Поровое давление с низовой стороны ядра плотины 40
2.2. Поровое давление с верховой стороны ядра плотины 52
2.3. Неустановившаяся фильтрация в ядре плотины 56
Выводы по главе 2 67
ГЛАВА 3. Прогноз фильтрации, порового давления, осадок от консолидации в теле рогунской плотины
3.1. Прогноз неустановившейся фильтрация в ядре плотины 68
3.2. Прогноз порового давления и осадки от консолидации в теле плотины 74
Выводы по главе 3 80
Глава 4. Осадки и горизонтальные смещения в плотине
4.1. Строительные осадки 81
4.2. Осадки в эксплуатационный период 88
4.3. Горизонтальные смещения в строительном и в эксплуатационном периоде 94
Выводы по главе 4 97
Заключение 98
Список литературы
- Фильтрация
- Плотина Захара
- Поровое давление с верховой стороны ядра плотины
- Прогноз порового давления и осадки от консолидации в теле плотины
Введение к работе
Актуальность темы. В пятидесятых и последующих годах в мире строилось большое количество высоких и сверхвысоких грунтовых (главным образом каменно-земляных) плотин. Высота таких плотин достигла 300м (Нурекская плотина), а в настоящее время в Таджикистане на р. Вахш выше Нурекской плотины строится плотина высотой уже 336м (плотина Рогунской ГЭС). Естественно, что наличие таких плотин создаёт повышенную опасность в нижних бьефах гидроузлов. Известны катастрофы, которые имели место при разрушении арочной плотины Мальпасе во Франции или при оползне в водохранилище арочной плотины Вайонт в Италии, разрушении земляной плотины Титон в США. В 2017г. была паника в Калифорнии (США) при появлении угрозы разрушения плотины Оровилл, тогда из поселений вблизи плотины было эвакуировано более 200 000 жителей. Всё это говорит о необходимости выполнения требований о безопасности плотин и в том числе о безопасности грунтовых плотин.
В грунтовых плотинах обычно не происходит мгновенного разрушения. Размывы грунтовых плотин длятся несколько часов, но размыв сопровождается мощным селевым потоком.
Натурные наблюдения за грунтовыми плотинами проводятся для анализа
работоспособности сооружений, сопоставления расчётов фильтрации, порового давления в материале ядра, осадок, смещений с натурными наблюдениями за этими параметрами в плотине и для оценки связанных с этими наблюдениями качества возведения плотины.
Современные численные методы расчёта напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтовых плотин проводятся с учётом нелинейности деформации грунтов под нагрузкой, с учетом ползучести, т.е. деформаций во времени. Такие вопросы требуют уточнений или даже новых разработок при исследовании НДС с учётом поэтапности возведения.
Сопоставление результатов натурных наблюдений и проведенных расчетов позволяют верифицировать расчетную методику, вносить в нее изменения, а также составлять прогнозные модели для анализа поведения гидротехнического сооружения во времени. Естественно, что работа, посвященная анализу натурных наблюдений за грунтовыми плотинами, особенно актуальна для Таджикистана, где возобновились работы по строительству Рогунского гидроузла.
Степень разработанности темы исследования. Натурные наблюдения за Нурекской плотиной позволили оценить рассеивание порового давления в ядре плотины и оценить изменение коэффициента фильтрации в ядре за счёт консолидации грунта. При оценке рассеивания порового давления оценивалась скорость проникновения воды со стороны верхнего бьефа (ВБ) в ядро плотины. Оказалось, что при глинистом грунте ядра, за редким
исключением (при недостаточном уплотнении грунта), процесс фильтрации протекает, очень медленно и решение задач фильтрации на основе гипотезы об установившейся фильтрации (уравнение Лапласа) не даёт полного представления о фильтрации в ядре плотины. Подтверждаются эти результаты и данными натурных наблюдений. Это указывает на необходимость использования уравнения неустановившейся фильтрации (уравнения Пуассона) или численные приближённые решения. Решения неустановившейся фильтрации были проведены в работе для строящейся Рогунской плотины численным методом и методом среднегармонического анализа (Зельдович Я.Б. и Яглом И.М.).
Величины осадок и смещений в плотине Нурекской ГЭС при их сопоставлении с
соответствующими осадками и смещениями в других плотинах из аналогичных материалов позволили оценить качество возведения плотины.
Цели и задачи исследований. Целью исследований был анализ натурных наблюдений за Нурекской плотиной и сопоставление этих данных с данными по другим плотинам. В ходе сопоставлений исследовались вопросы надёжности при дальнейшей эксплуатации плотины, особенности в распределении порового давления по ядру плотины, скорости рассеивания порового давления по измерениям датчиков, которые устанавливались с низовой ядра и с верховой стороны ядра относительно центральной оси.
Одной из основных целей в работе являлось определение времени достижения установившейся фильтрации в ядре, наблюдение за осадками и смещениями в плотине и сопоставление этих данных с расчётами, проведенными во время строительства Нурекской плотины.
Задачей исследований являлось разработать рекомендации для проектирования и исследований подобных плотин, разработки приближённых методов оценки времени установившейся фильтрации и проникновения фильтрационного потока в ядро плотины, что имеет значение для исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости откосов грунтовой плотине с центральным или наклонным ядром.
Задачей исследования являлось изучения процессов рассеивания порового давления и анализ осадок и смещений в теле плотины, их сопоставление с расчётами при проектировании и данными по другим плотинам может дать возможность оценки качества строительства.
Наименьшее расхождения между датчиками натурных наблюдений и расчётом было получена при исследовании рассеивания порового давления и его прогноза, которые основывались на условиях предположениях о нормальных напряжениях в ядре у=гру. На самом деле в ядре действовал арочный эффект, который мог снижать напряжения у до ~ 50%. Т.е. поровое давление зависит не только от фильтрационных свойств материала ядра, но и от конструкции ядра, поэтапности возведения и условий возникновения арочного эффекта.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в анализе рассеивания порового давления в ядре плотины по натурным данным и сопоставлении их с расчётными методами. В результате этих сопоставлений было получено, что процесс консолидации ядра, длящейся годы, вызывает изменение коэффициента фильтрации в сторону его уменьшения, что ещё более удлиняет процесс консолидации ядра.
Показано, что фильтрационной процесс в ядрах плотин практически не может описываться теорией установившейся фильтрации и требуется решение уравнения Пуассона для прогноза движения фильтрационного потока в ядрах каменно-земляных плотин. Уравнения установившейся фильтрации (уравнения Лапласа) могут использоваться, только если Кф>А10"5 см/с.
Теоретическая значимость работы заключается в проверке методов численных исследований на основе натурных наблюдений за построенной Нурекской плотиной: методов расчёта порового давления, коэффициентов фильтрации материала ядра, напряжённо-деформированного состояния плотины с учётом ползучести грунтов под нагрузкой в оценке осадок и смещений в плотине с точки зрения качества выполненных работ.
Практическая значимость работы заключается в возможности прогноза порового давления и фильтрации в ядре плотины во время эксплуатации на сколь угодно длительный срок. Такие прогнозы были выполнены для строющейся каменно-земляной плотины Рогунской ГЭС.
Методология и методы исследований. Для анализа порового давления использовались данные натурных наблюдений по струнным датчикам (ДДС), заложенным в тело ядра плотины и сопоставления этих данных с методом оценки порового давления по решению А.А. Ничипоровича и Т.И. Цыбульник.
В этом решении учитывалась фильтрационная анизотропия материала ядра, возникающая при послойной укатке грунта. Это позволило оценивать также коэффициент фильтрации в горизонтальном направлении.
Осадка и смещения в процессе строительства и эксплуатации определялись не только геодезическими методами по внешнему контуру плотины, но и с помощью инклинометрических замеров и замеров в галереях ядра плотины, имеющихся на трёх уровнях в теле ядра. На этой основе выявлены недостатки расчётов НДС плотины имевших место в 70-х годах, т.е. в период бурного развития расчётных мотодов. Сформулированы требования к совершенствованию расчётных методов в настоящее время.
Положение выносимые на защиту. На защиту выносятся вопросы оценки наблюдений за поровым давлением, причины уменьшения коэффициента фильтрации грунта в процессе эксплуатации, как следствие, необходимость перехода к прогнозу фильтрации с
использованием дифференциального уравнения неустановившейся фильтрации Пуассона. Необходимость учёта ползучести грунта при решении НДС плотины.
Степень достоверности. Определяется самим фактом проведения натурных наблюдений на плотине Нурекской ГЭС. Именно натурные наблюдения за поровым давлением, фильтрацией, осадками и смещениями позволили оценить расчётные методы и сформулировать рекомендации к их совершенствованию.
Апробация данной работы. Результаты диссертационного исследования докладывались на следующих научно-практических конференциях:
19-я Международная межвузовская научно-практическая конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Строительство-формирование среды жизнедеятельности", НИУ МГСУ, 2016 год;
20-я Международная межвузовская научно-практическая конференция студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Строительство-формирование среды жизнедеятельности", НИУ МГСУ, 2017 год;
Личный вклад автора. Автор был полноправным участником всех исследований порового давления, неустановившейся фильтрации, осадок и деформации Нурекской плотины и сопоставления результатов с натурными данными других плотин. Кроме того в каждом из рассмотренных в диссертации вопросов проводил расчёты, анализировал результаты при сопоставлении различных расчётных методов между собой. Он также самостоятельно разработал приближённый расчётный метод с использованием понятия среднегармонического. Занимался сопоставлением численного метода и приближённого (анизотропная фильтрация ).
Публикации. Основные результаты диссертации полно изложены в 6 опубликованных работах, обладающих научной ценностью, в том числе 4 научных статей в журнале «Гидротехническое строительство», входящий в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук», МинОбрНауки РФ, в том числе 3 статьи проиндексированы в международной базе Scopus.
Структура и объем диссертации: Диссертационная работа включает в себя: введение, четыре главы, заключение и список литературы из 80 наименований. Объем диссертации составляет 117 страниц, 1 приложение, в том числе 47 рисунков и 7 таблиц.
Фильтрация
Грунтовые плотины в береговых примыканиях Братской ГЭС
Гидроузел был построен в 1967 г. Напорный фронт поддерживает три плотины: бетонную гравитационную высотой 124,5 м и две береговые плотины высотой 40 и 36 метров. Постоянные наблюдения за фильтрацией ведутся по береговым плотинам.
Левобережная грунтовая плотина. В основание и тело левобережный плотины заложено 28 пьезометров, и 138 пьезометров, установлено в нижним бьефе и в зоне обходной фильтрации [34].
Изменение уровня воды в пьезометрах, которые контролируют фильтрацию через тело и основание плотины вдоль напорного фронта и обходную фильтрацию, связано с изменением уровня верхнего бьефа. Пьезометры, расположенные в районе туннелей, почти не реагируют на изменение уровня водохранилища. Фильтрационные расходы в дренажный системе левого берега составляют 2,0 м3/с и в пади Турока 1,5 м3/с. В районе пади Турока и в области обходной фильтрации со временем наблюдалось снижение пьезометрических напоров и увеличение расходов.
Исследованиями, проводившимися Гидропроектом и ВНИИГом по изучению условий фильтрации вдоль напорного фронта, было выявлено наличие в районе ПК 3 зоны интенсивной фильтрации, установлено, что со временем интенсивность фильтрации на этом участке увеличивается. По данным Гидропроекта скорость движения подземных вод выросла с 990 м/сут в 1966 г. до 1830 м/сут в 1973 г.
Для снижения скорости фильтрации в основании земляной плотины в районе ПК 3 была проведена цементация основания по проекту гидроцеха Братской ГЭС.
Правобережная грунтовая плотина. Наблюдения за режимом фильтрации ведутся по 159 пьезометрам, расположенным в 14 створах, и по расходом фильтрации в дренажной системе [34].
Гидродинамическое давление, связанное с разницей напоров грунтовых вод верхнего и нижнего потоков фильтрации (через тело и основание плотины), направлено снизу вверх. Максимальный напор существует в районе дренажной галереи и достигает при максимальных уровнях верхнего бьефа 3,5 м.
Общий расход фильтрации через дренаж не превышает 220 л/с (по проекту 177 л/с).
В дренажной галерее на двух участках ПК 36-37 и ПК 46-47 наблюдался вынос грунта на ее дно, через зазоры между облицовочными кольцами. Дренажная галерея расположена в низовом клине и частично врезана в основании на 2-4 м.
Вынос грунта в галереи был обнаружен в 1966-1967 гг. с наступлением НПУ и обусловлен тем, что при проходке траншея в некоторых местах перерезала слой суглинков или полностью вскрыла нижележащий слой супеси или остался очень тонкий слой суглинка.
По проекту гидроцеха Братской ГЭС в июне 1971 г. на участке ПК 35+95…37+00 и в марте 1976 г. на участке ПК 46+10…46+53 был выполнен поверхностный обратный фильтр в виде песчаной подушки толщиной 20 см, ограниченный шпунтовым деревянным коробом. По вертикальным стенкам песчаный фильтр поднят на высоту 0,5-0,8 м. После установки лотков вынос грунта прекратился.
На основании очень скудных данных по фильтрации в грунтовых плотинах Братской ГЭС можно сделать вывод, что не были перекрыты многие из трещин в основании плотины, что и приводит к большой скорости расхода фильтрации.
С 50-х годов во всем мире при строительстве высоких и сверх высоких каменно-земляных плотин устанавливались приборы для контроля за их работой под нагрузкой от собственного веса и подъёма воды в верхнем бьефе и сейсмических нагрузок. Особый интерес вызывали и вызывают эксплуатационные показатели таких плотин как: Нурекская [35] и Чарвакской [22] (СССР), плотины Эль-Инфернилло [36, 37, 38] (Мексика), Асуанской плотины [30] (Египет), плотины Гепач [8] (Австрия) и т.д. Эти натурные наблюдения интересны главным образом тем, что позволяют выявить роль поэтапности возведения плотин. Но кроме поэтапности возведения особое значения имеет развитие и рассеивание порового давления в противофильтрационных элементе (в ядре, экране) каменно-земляных плотин. К сожалению, как правило, отсутствуют замеры напряжения в теле плотины, а в противофильтрационных элементах они есть в очень малом количестве, то в крупнообломочных грунтах попытки измерений напряжения возникали только при строительстве Чарвакской плотины. Особое значения приобретают осадки и смещения плотин в период эксплуатации т.к. позволяют, оценит качество построенной плотины.
Осадка плотины, т. е. вертикальные перемещения точек ее профиля, происходит вследствие консолидации во времени ядра и боковых призм под воздействием собственного веса и воды. Если в основании плотины залегают сжимаемые грунты, то осадка происходит и за счет основания, в результате чего полная осадка плотины складывается из осадки самой плотины и осадки основания.
Плотина Эль-Инфернилло
Одна из первых плотин высотой около 120 м оснащенной большим количеством аппаратуры для замера перемещений и деформаций была плотина Эль-Инфернилло. В плотине была установлена 9 инклинометров, 10 горизонтальных экстензометров, 10 пьезометров, 3 акселерографов (рисунок 1.7). Она проектировалось в Мексике как энергетический объект. Строительство плотины было выполнено за три года. Наполнение водохранилища началось в октябре 1964 г. [36].
Плотина Захара
Прошло более 30 лет (вообще 38 лет после завершения строительства и подъёма уровня ВБ до НПУ) после официальной приёмки плотины Нурекского гидроузла в постоянную эксплуатацию. Появилась возможность подвести итоги тридцатилетней эксплуатации плотины и рассмотреть вопрос рассеивания порового давления, которые стали фиксировать датчики с 1984 года. Поровое давление вызвано собственным весом плотины, весом и давлением воды со стороны ВБ и фильтрационным потоком, но влияние фильтрационного потока на формирование порового давления в низовой части ядра (т.е. за вертикальной осью плотины) требует анализа.
Для исследования в период проектирования плотины была принята фильтрационная теория консолидации, разработанная В.А.Флориным [49,50,51]. Составив уравнение неразрывности для трёхфазного грунта, каковым является глинистый грунт тела плотины, В.А.Флорин получил уравнение консолидации. Это уравнение для условий плоской деформации имеет вид где, - коэффициент пористости; Р - коэффициент водоотдачи и водопоглащения грунта; Рв - поровое давление; - коэффициент фильтрации в горизонтальном направлении; - коэффициент фильтрации в вертикальном направлении; Я- напорная функция; t - время; Учитывая, что глинистый грунт при послойной укатке, становится анизотропным в фильтрационном отношении, т.е. и соотношение / 3 - 10 (чаще 3 - 6). В ядре Нурекской плотины Сафедобская супесь послойно укатывалась катком ПВК - 70 (динамическое воздействие 70 т). Учитывая эти факты проф. А.А.Ничипорович предложил рассматривать отток поровой жидкости только в горизонтальном направлении, учитывая фильтрационную анизотропию. Это допущение резко упростило задачу: задача стала одномерной. Допущение не приводит к серьёзным отклонениям от действительности, а результаты более точные по сравнению с изотропной в фильтрационном отношении плоской задачи.
Это допущение позволило А.А.Ничипоровичу и Т.И.Цыбульник получить решение о консолидации грунта в ядре в аналитическом виде. Кроме того, авторы приняли коэффициент фильтрации грунта и среднее напряжение постоянным вдоль горизонтального сечения ядра и предположили, что на поровое давление (объёмные деформации) девиатор напряжений не влияет. На самом деле девиатор напряжений вызывает не только деформации формоизменения, но и объёмные изменение, что влияет на поровое давление (рисунок 2.1.). Рисунок 2.1 - Зависимости коэффициента порового давления от состояния суглинистого грунта в процессе его разрушения при тсух=17 кН/м , 1 - при 3=0,06 МПа; 2 - при 3=0,12 МПа; 3 - при 3=0,24 МПа; 4 - при 3=0,48 МПА; 5 - при 3=0,96 МПа Решение А.А.Ничипоровича и Т.И.Цыбульник [9,10,20] имеет вид где = —; с = – коэффициент консолидации, - коэффициент уплотнения. Величина = -/, как и є, а, ф - принимаются постоянной и равной среднему значению в диапазоне изменений напряжений от 0 до максимальных на рассматриваемом уровне у.
Скорость нарастания нагрузки равна: = , (2.3) где (y,t) - максимальное среднее напряжение к концу строительства на уровне у, (t - время строительства ядра до уровня Н=у). Цель настоящей работы - определение изменения коэффициента фильтрации грунта ядра, плотины в результате рассеивания порового давления в различных точках ядра по данным натурных наблюдений [52]. Следует иметь в виду, что огромное количество исследований, которые проводились до строительства плотины или во время строительства, вводили условную исходную информацию: время строительства принималось 3 года, а плотина в действительности строилась 3287 суток, начальный коэффициент фильтрации был принят см/с, а оказался несколько выше: (1,5…5)- см/с, скорость нарастания нагрузки уменьшалась до величины =0,1834 т/(м2сут) и т.д. Из этого следует, что замеренные в ядре плотины датчиками величины порового давления не могли соответствовать расчётным значениям.
План-развёртка бетонной пробки в основании ядра представлен на рисунке 2.2. На нем указаны створы, по которым были установлены датчики, даны изолинии порового давления непосредственно над бетонной пробкой.
Поровое давление с верховой стороны ядра плотины
Натурные наблюдения за фильтрацией и поровым давлением в ядре Нурекской плотины позволило выявить совершенно новые процессы в её ядре. В период проектирования считалось, что в ядре из глинистого грунта процесс фильтрации устанавливается быстро и отклонения напора от значений по гидродинамической сетке (решение уравнения Лапласа) происходит только за счёт порового давления. Но в действительности процесс оказался существенно сложнее, так как грунт в ядре трёхфазный. Если грунт двухфазный, то давление со стороны верхнего бьефа передаётся по ядру со скоростью звука, т.е. близко к скорости звука в воде. В двухфазном глинистом грунте оснований бетонных плотин процесс передачи давления в воде тоже сложный, поскольку при подготовке основания к укладке бетона водосливной плотины, в силу технологического цикла, небольшой слой глинистого грунта переходит в трёхфазное состояние, и время распространения фильтрационного потока (время передачи фильтрационного давления на бетон основания плотины) резко замедляется. Так как влажность укладываемого грунта в ядро плотины принимается несколько меньше влажности на пределе раскатывания, что говорит о трёхфазности грунта, то процесс образования установившейся фильтрации затягивается. Только в ядрах плотин создаваемых из переувлажненных грунтов возможна быстрая стабилизация фильтрационного потока. В работе [11] при расчёте осадок бетонных плотин на нескальном основании фильтрационный поток даже не упоминается.
На рисунке 3.1 показано проникновение через 1 год, 5, 10, 20, 50 и 100 лет фильтрационного потока в ядро высотой 306,0 м плотины Рогунского гидроузла высотой 336,0 м [65]. Фильтрационный поток за 50 лет не достигает оси ядра плотины и только через 100 лет пересекает её. Нижнего бьефа фильтрационный поток не достигает. Начальный коэффициент фильтрации Кф=10-7 см/с в процессе консолидации уменьшается до А-10-9 см/с.
Эти исследования вызваны следующими обстоятельствами: 1. Полученные результаты наблюдений за Нурекской плотиной показали, что процесс установившейся фильтрации за 40 лет не был достигнут; 2. Процесс рассеивания порового давления быстро замедлился из-за доуплотнения грунта ядра за счёт начального процесса консолидации; Было интересно просмотреть процесс формирования фильтрационного потока в плотине близкой по своим характеристикам к Нурекской плотине, но с несколько измененной конструкцией и характеристиками: наклонное ядро и менее проницаемый грунт ядра. Приближенный аналитический расчёт производился при условии анизотропной фильтрации [1, 16]. В этом случае линии тока практически горизонтальны. Поскольку водохранилище, образованное плотиной, обеспечивает многолетнее регулирование, расчёты проводились при средней условно постоянной отметке уровня 271,75 м.
Подтверждением малой скорости проницаемости фильтрационного потока в ядро Нурекской плотины явились наблюдения за поровым давлением. Датчики, находящиеся в зоне фильтрационного потока у верховой грани, реагировали на колебания воды в верхнем бьефе. В остальной части ядра такая реакция датчиков порового давления отсутствовала. В нижней части ядра ф=А10-6 см/с и фильтрационный поток в течение 15-30 лет достигает нижнего бьефа [17]. При этом из-за большого расстояния до дренажа рассеивание порового давления мало.
Для сопоставления полученных результатов относительно Рогунской плотине по приближённой методике (под приближенной которой понимается решение при условии движения воды в области с резкой фильтрационной Рисунок 3.1– Приближённый расчёт проникновения фильтрационного потока в ядро Рогунской плотины анизотропией при использовании закона Дарси из методики среднегармонического) расчёта фильтрации и со строгим численным решением неустановившейся изотропной фильтрации [66-70] для случая неустановившейся фильтрации численно было решено уравнения Пуассона (формула (2.4)).
Решение задачи неустановившейся фильтрации численным методом показано на рисунке 3.2 а, б. На рисунке 3.2 а показаны линии проникновения фильтрационного потока в ядро Рогунской плотины за 5, 10, 15, 20, 25 и 30 лет при Кф=10-7 см/с. На рисунке 3.2 б показаны линии равных напоров через 30 лет. Как видно из рисунка 3.2 а проникновение фильтрационного потока очень мало. В таблице 3.1. сопоставлены результаты приближенного аналитического и численного решения.
Как видно из таблицы решение дифференциального уравнения Пуассона даёт существенно меньшие величины проникновения фильтрационного потока в ядро, чем приближённый метод, за исключением самого нижнего сечения, и то только в течение первых 10 лет. Это можно объяснить различными постановками задачи: анизотропное решение в случае расчётного метода на основе среднегармонического метода и изотропное – для численного решения уравнение Пуассона.
Прогноз порового давления и осадки от консолидации в теле плотины
На рисунке 4.6 показаны осадки внешнего контура плотины произошедшие за 36 лет. Максимальная осадка гребня составляет 0,759 м. Осадки по линии откоса (ползучие) имеют практически линейный характер. Минимальная осадка в горизонтальном створе 5 – 0,132 м. Расположение створов, к которым привязаны замеры, приведено на рисунке 4.7. На рисунке 4.8 показаны осадки в створах вдоль оси Z (от борта к борту) по внешнему контуру плотины.
Гребень плотины за последние 10 лет осел с 0,662 до 0,759 м горизонтальный створ 1 (отметка 275,00 м). За 10 лет вдоль горизонтального створа 2 (отметка 218,00 м) осадка поверхности увеличилась с 0,418 до 0,489 м. Аналогично в горизонтальном створе 3 (отметка 168,50 м) осадка увеличилась с 0,214 до 0,254 м, в горизонтальном створе 4 – с 0,137 до 0,165 м, в горизонтальном створе 5 – с 0,108 до 0,132 м.
После окончания строительства за 26 лет (до 2005г.) осадка гребня составила 0,02 м, т.е. за 10 лет прирост осадки 0,097 м. Аналогично по другим створам: горизонтальный створ 2 (высота плотины в этом створе 218,00 м) прирост осадки Рисунок 4.7 – План расположение створов в поперечном и продольном направлениях Рисунок 4.8 – Эксплуатационные осадки по створом 0,071 м, в горизонтальном створе 3 (высота плотины в створе 168,5 м) прирост 0,04 м, в горизонтальном створе 4 (высота плотины 121,0 м) прирост осадки 0,028 м, в горизонтальном створе 5 (высота плотины 74 м) прирост осадки 0,024 м. Если взять прирост ползучей осадки за последние 4…5 лет по отношению к высоте плотины, т.е. относительную ползучесть [77], то увидим, что осадки за год затухают в сравнении с предыдущими периодами (таблица 4.2).
Параметры Горизонтальный створ Среднее значение 2 3 4 5 Н вертикалей, м 275,00 218,00 168,50 121,00 74,00 за 26 лет, м 0,662 0,418 0,214 0,137 0,108 прирост ещё за 6 лет, м 0,069 0,053 0,032 0,021 0,019 прирост ещё за 4 года, м 0028 0,018 0,008 0,007 0,005 - относительная к высоте ползучесть 2,4-10-3 1,92-10-3 1,27-10-3 1,1310-3 1,46- 10-3 1,636- 10-3 – относительная к высоте ползучесть 2,5-10-4 2,4-10-4 1,8-10-4 1,73 10-4 2.37-10-4 2,22-10-4 – относительная к высоте ползучесть 1,0- 10-4 8,26- 10-5 4,75-10-5 5,78-10-5 6,76-10-5 7,1110-5
Интересно отметить, что показатель ползучести в горизонтальном створе 1 (скелетное ядро плотины) выше, чем в других створах, где осадки определяются гравийно-галечниковым грунтом или горной массой (песчаник). При этом видно, что показатель ползучести в горизонтальном створе 5 выше, чем в горизонтальном створе 4, так как в горизонтальном створе 4 лежит в основном гравийно-галечниковый грунт, в горизонтальном створе 5 горная масса.
Если сравнивать ползучесть по годам, то показатель ползучести сокращается. Ползучесть грунта стала на порядок меньше в последнее 4 года, чем в предыдущие 5 лет и на два порядка меньше, чем в первые 26 лет эксплуатации.
Если отнести осадки к 30 годам, то, видимо, первые 10 лет эксплуатации ползучесть была в 15 раз выше, чем в третьем десятилетии и в 5…7 раз была выше, чем во втором и третьем десятилетиях.
Можно поставить вопрос, почему за 36 лет эксплуатации, а со строительным периодом то за 45 лет, ползучесть не затухла, хотя тенденция к этому есть. Видимо, из-за выветривания верхних слоёв горной массы.
Расхождение в соотношении вертикальных осадок и горизонтальных смещениях в результатах натурных наблюдений, возможно, заключается в анизотропных деформационных свойствах грунта ядра [78, 79]. Эти анизотропные свойства, возможно, продукт укатки грунта. Укатка осуществляется горизонтальными слоями, а по вертикальным площадкам сохраняются более деформативные свойства (осадки эксплуатационного периода (рисунок 4.9) соизмеримы по величине с горизонтальными деформациями. Осадки с 1980 года приняты за начало отсчетов периода эксплуатации). Если рассмотреть максимальную вертикаль I-I, то 22.02. 1984 года (таблица 4.1.3) принято за нулевой отсчет эксплуатационной осадки, и к 2014 году осадка ползучести достигла 0,713 м, а осадка гребня к этому времени будет 0,759 м, т.е. гребень плотины осел на 46 мм больше, чем гребень ядра, так как основанием галереи яруса 3 является гребень ядра плотины. Осадка галереи яруса 2 к 2014 году достигла 1,014 м. Нарастание осадки во времени медленное: 2005 г. – 0,926; 2011 г. – 0,988 и 2014 г. – 1,014 м. Аналогичная картина и на уровне галереи яруса 1: максимальная осадка ползучести 0,856 м (2014 г.), а в 2011 г. – 0,838 м. По вертикалям II-II и III-III аналогичные результаты [35]. Размеры осадок даны на рисунке 4.9 и в таблице 4.3. В общем, горизонтальные смещения и вертикальные осадки в эксплуатационный период (за 36 лет) близки. Рисунок 4.9 – Осадки эксплуатационного периода Примечание: Вертикаль I-I проходит через ядро из скелетного глинистого грунта, вертикали II-II и III-III также проходят через скелетное глинистое ядро, но высота этих вертикалей существенно меньше. Отсюда осадки, вызванные ползучестью, существенно меньше. Осадки, вызванные, консолидацией грунта включены замеры в ползучесть.
Горизонтальные смещения строительного и эксплуатационного периодов представлены на рисунке 4.10. В 1978 г. были заново выставлены геодезические оси галерей и по ним определялись дальнейшие смещения.
К сожалению, по смотровой галереи третьего яруса смещения не определялись. В период от начала строительства до 1978 года по максимальной вертикали I-I на уровне смотровой галереи яруса 2 смещение достигло 36,5 см, в 8,9 раз меньше осадки, хотя по расчётам близки к осадкам или только в два раза меньше. Аналогичную картину видим в других точках плотины. В дальнейшем в точке вертикали I-I галереи яруса 2 за счет ползучести горизонтальные смещения нарастали: 1980 г. – +20,7 см, 2005 г. – +49,3 см, от 2005 к 2014 г. – 68 см, и таким образом, максимальное смещение достигло 104,5 см.
В галереи яруса 1 ось заново выставлялась в 1979 году, и её смещение по вертикали достигло 93,0 см (к тому времени уровень ВБ был поднят до НПУ-264), далее смещения к 2005 году достигли 93+31,2=124,2 см, к 2011 году – 125,8 см и к 2014г. – 126,2 см. Аналогично выглядит картина смещений по вертикалям II-II и III-III. Соответствующие значения смещений показаны на рисунке 4.10 и в таблице 4.4.