Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Опыт применения железобетонных экранов в гидротехническом строительстве 7
1.1. История развития и применения железобетонных экранов в полтиностроении 7
1.2. Материалы и их зонирование в теле каменной плотины с железобетонным экраном 27
1.3. Деформация тела некоторых каменных плотин с железобетонными экранами.Смещение экрана и утечка воды ...36
1.4. Характеристика работы 44
Вывод к первой главе 46
Глава 2. Метод расчёт напряженно-деформированного состояния каменных плотин с ж/б. экранами.Тестовые задачи 47
2.1. Основы метода конечных элементов и особенности сочетания МКЭ и локальных вариаций 50
2.2. Энергетическая модель материала... 65
2.3. Вычислительная программа и тестовые задачи 73
2.4. Иной (также реализованный) алгоритм решения задачи 80
2.5. Решение тестовых задач 80
Выводы к второй главе 110
Глава 3. Напряженно деформированное состояние плотин с железобетонным экраном высотой - 100 м 112
3.1. Постановка и задачи 112
3.2. Плотина с железобетонным экраном без подэкрановой зоны 113
3.3. Влияние на НДС экрана подэкрановой зоны из грунтобетона 148
3.4. Влияние на НДС экрана поперечных швов 169
3.5. Влияние на НДС экрана смазки между экраном и подэкрановой зоной 174
3.5.1. Влияние на НДС экрана смазки между экраном и подэкрановой зоной с учётом смазки послойно 174
3.5.2. Влияние на НДС экрана смазки между экраном и подэкрановой зоной с учетом смазки с помощью шовных элементов 189
Выводы к третьей главе 204
Глава 4. Напряженно деформированное состояние плотин с железобетонным экраном высотой — 200 м 208
4.1. Особенность постановки данной задачи 208
4.2. Исследование НДС плотины в зависимости от различных факторов 210
4.3. Факторный анализ для обобщения результатов исследований 245
Выводы к главе IV 249
Общие выводы 252
- Материалы и их зонирование в теле каменной плотины с железобетонным экраном
- Деформация тела некоторых каменных плотин с железобетонными экранами.Смещение экрана и утечка воды
- Влияние на НДС экрана смазки между экраном и подэкрановой зоной с учётом смазки послойно
- Исследование НДС плотины в зависимости от различных факторов
Введение к работе
В настоящее время в строительстве гидротехнических сооружений встречаются многие разновидности каменных плотин с негрунтовыми экранами (железобетонными и асфальтобетонными). Конструкция типа "негрунтовой экран" широко принимается для создания противофильтрационного устройства. Эти противофильтрационные конструкции должны выдерживать очень большие напоры воды и от их надёжности зависит не только целостность сооружений гидроузла, но часто и жизнь многих людей.
Противофильтрационные устройства создаются из различных материалов, возводятся по различным технологиям и, следовательно, их расчеты прочности и устойчивости выполняются различными методами. Но работ в этой области мало и эти работы имеют много ограничений, особенно в методах расчета сооружений.
Вопрос о возможности создания высоких каменных плотинах с железобетонными экранами рассматривались в сентябре 2000 году на Международном Конгрессе по "Строительству Каменно-набросных плотин с железобетонными экранами (CFRD)".
Железобетонные экраны - тонкие элементы и требуют высокой точности расчетов. В особенности учитывая, огромную разницу деформативных свойств железобетона и горной массы, которую они защищают и на которую передают давление воды ВБ. Исследование НДС плотины с железобетонным экраном позволяет выявлять необходимые конструктивные элементы в плотине вообще и экране в частности для её надёжной работы.
Для внедрения железобетонных противофильтрационных конструкций в строительстве в России, Вьетнаме и других странах имеется ряд нерешенных вопросов. Некоторые из них вызваны недооценкой или недостаточной
интенсивностью проведения исследований. В частности, это относится к разработке методов расчета железобетонных противофильтрационных устройств совместно с горной массой или гравиино-галечникового грунта основного тела плотины.
Применение МКЭ позволяет решить задача об НДС противофильтрационного железобетонного экрана, но с определёнными дополнениями для повышения точности решения. Для описания нелинейности свойств грунтов используется энергетическая модель грунта Л.Н.Рассказова.
Практика и опыт строительства, экономические факторы указывают на целесообразность расширения области применения железобетонных противофильтрационных конструкций. Учитывая это - необходимо научное обоснование проектирование и строительство железобетонных экранов в высоконапорных каменных плотинах. Необходимо, тем более, что сколько -нибудь серёзных исследований НДС железобетонного экрана совместно с призмой из крупнообломочного грунта в литературе не встречалось.
Материалы и их зонирование в теле каменной плотины с железобетонным экраном
В настоящее время основным принципом организации строительства каменных плотин является выбор наиболее рациональной и оптимальной схемы и соответствующей механизации для разработки, транспортировки и укладки пород в различные зоны. Основные критерии для зонирования в теле каменной плотины с железобетонным экраном при строительстве таких плотин позволяют использовать лучшие по качеству и удобные материалы, расположенные близко к месту плотины. Использование различного по прочности и крупности камня в некоторых случаях приводит к необходимости его сортировки и всегда к зональной укладке такого камня в плотину. В Китайских нормах проектирования (1999 г.) для каменной плотины с железобетонным экраном широко применялось два типичных поперечных разреза. Первый тип- это поперечный разрез плотины на скальном основании (рис. 1.18), второй - на нескальном основании: гравий Ф или аллювий (рис. 1.19). Утечка через экран для второго случая представлает проблему безопасности плотины. В зависимости от применяемого в отдельных зонах тела плотины каменного материала, различного по крупности и прочности, выбирается и технология его укладки и уплотнение. Для каждой зоны выбирается определенная толщина слоя отсыпки и число проходов виброкатков. Распределение каменного материала в теле плотины с железобетонным экраном производится по 4 основным зонам (рис. 118, 1.19, и рис. 1.20): Зона 1- Состоит из горной массы, прикрывающей глину или отложения мелкого заглинизированного песка, которые расположены поверх железобетонного экрана около контурного шва. Заглинизированный песок -это грунт, который должен заполнять трещины и швы в случае отказа их водоуплотнения, чтобы снизилась фильтрацию воды. Эта зона разделяется на 2 части: зона 1А и зона 1В.
Зона 1А расположена около контурного шва. Эта зона может быть устроена из мелкого аллювиального заглинизированного песка или зольной пыли. Объём этой зоны маленький, поскольку материал необходим только для заполнения открытых швов или трещин в экране около шва. Зона 1В устроена из разнозернистого материала, чтобы ограничивать и защитить материал зоны 1А. Отсыпка мелкого материала зоны 1А производится слоями 0,2 -0,3м с уплотнением вибрирующей плитой, а уплотнение зон 1В - производится обычным способом. Зона 2- Состоит из фильтров, расположенных под железобетонным экраном. Эта зона разделена на две подзоны 2А и 2В. Зона 2А расположена ниже контурного шва. Это фильтр для задержки мелкого заглинизированного песка, перемещающегося в открытые швы или трещины, за счёт этого и снижающий утечку воды. Максимальный размер частиц подстилающей зоны 2А - 19 мм (Dmax - 3/4"). Отсыпка материала производится в основном слоями 0,2м и уплотняется виброкатками. На наклонном откосе для уплотнения используются виброплиты. В некоторых проектах добавлается 3- 4% цемента для этого чтобы повысить сцепление и устойчивость водонепроницаемой защиты. Зона 2В — является подстилающей зоной для железобетонного экрана. В теле плотины Гоухоу высоты 70 м (Китай) был использован песчаник и гравий. Авария на плотине Гоухоу показала, что подэкрановая зона, должна состоять из слоев с увеличивающейся крупностью.
Подэкрановая зона (зона 2В) - переходные слой с содержанием фракций меньше 5 мм — от 30% до 50%, коэффициентом фильтрации от 103 см/сек до 10"4 см/сек (плотина Тяныценэцяо). Верхний предел фракций 5см - 20%, чтобы не допустить осадку экрана от просыпания мелкозернистых грунтов в горную массу. Для Китайских плотин ширина подстилающей зоны колеблется от 1м до Зм. Для Колумбийных плотин, ширина этой зон колеблются от 4м до 5м. При подборе состава материала этой зоны зарубежных высоких плотин учитывался критерий Терцаги (Sherard) [3]. Максимальный размер частиц подстилающей зоны 2В (рис. 18)- от 76 мм до 101 мм (Dmax = 3"- 4") . В Бразилии и Южной Африке используется базальт. Наблюдается тенденция к применению материалов дресвы, щебня гравия. Отсыпка производится слоями от 0,3м (для гравия) до 0,5м (для отсортированной камня) с уплотнением в основном виброкатками (10 тон) за 4-6 проходов. Это позволяет повышать водонепроницаемость зоны 2В в случае утечки воды через возможные трещины в экране. Опыт возведения многих плотин показывает, что обилие осадков влияет на стабилизацию откоса зоны 2В, где будут происходить явления сегрегации, эрозии. Концентрация дождя на поверхности и особенно между понуром и заполнением, может причинять серьёзные проблемы. Кроме того, в качестве материалов фильтров используются несвязные естественные (пески, гравелисто-галечниковые грунты) или искусственные (щебень, гранулированные шлаки) грунты. Эти материалы должны состоять из твердых и плотных частиц, не подверженных действию химической суффозии и обладающих достаточной морозостойкостью. В практике проектирования фильтров в основном широко используются две методики и ВНИИ "ВОДГЕО" и ВНИИГ им Б.Е. Веденеева. Зона 3 - Это каменная насыпка, главная часть тела плотины. Эта зона разделена натри подзоны ЗА, ЗВ;ЗС. Зона ЗА — переходная зона, расположенная между зоной 2В и зоной ЗВ. Материалы этой зоны иногда обработаны, но обычно используются камни, отобранный в карьере и, особенно, отвал грунта. Укладка материала слоями от 0,3м до 0,5м. Зона ЗВ - главная каменная насыпка. Уплотнение в слоях с максимальной толщиной 1 м производится в основном виброкатками (10 тон) за 4-6 проходов. Эта зона расположена рядом с зоной ЗА, с переменной низовой границей, зависящей от типа гранулометрического состава материала, высоты плотины я спецификаций проекта. На практике, материалы зоны ЗВ укладываются 1/3 ширины поперечного разреза. Выбор высоты отсыпаемого слоя зависит от интенсивности работ по возведению плотины, от сезонных климатических условий, от условий безопасности работ, также от степени разнородности состава камня и его качества. При большой высоте падения происходит сильное дробление камня, поэтому наброска приемлема лишь для твёрдых и вязких пород. При большой высоте отсыпки явление сегрегации усиливается, тем более при значительной разнородности состава камня; с другой стороны, для интенсивности работ по отсыпке желательно иметь большую высоту, особенно в летнее время, когда нет препятствий в применении гидроуплотнения но эта технология всё же уже уходит из практики строительства. Явление же сегрегации значительно смягчается при интенсивном промыве камня гидромонитором при наброске или даже пионерной наброске. Рабочее давление в сопле гидромонитора рекомендуется из практики строительства высоких плотин принимать 7-8 атм при размерах насадки 70-100 мм. Минимальный расход воды 100 л/1м3,а обычно расход воды для гидромонитора принимается 2-4м3 на 1м3 наброски. Зон ЗС - зона отсыпана из того же камня и уплотнена слоями до 2м. В ней могут применяться более мягкие камни. Эта зона расположена за осью плотины со стороны нижнего бьефа и занимает 2/3 объёма насыпи. Существует "мертвая зона" между зоной ЗВ и зоной ЗС, где помещены материалы с более низким качеством, улучшая экономичность проекта. Это имеет место в проектах плотины Синго и Тяньщеэцяо N 1.
Деформация тела некоторых каменных плотин с железобетонными экранами.Смещение экрана и утечка воды
С ростом высоты плотины возрастают и трудности их проектирования. На рис.1.25, 1.26, 1.27 показаны смещение и прогиб экрана каменных плотин (Синго, Арейа, Ита) в Бразилии от гидростатического давления в зависимости от этапа заполнения водохранилища и высоты плотины. Максимальный прогиб экрана плотины замерен на высоте от 0,4Н до 0,5Н, а экрана плотины Арейа (69 см) наблюдается на высоте 0,5Н. Прогиб экрана плотины Синго составил 30см после полного заполнения водохранилища, а через 5 лет эксплуатации (май 2000г) прогиб достиг 51см [93]. Наибольшее смещение экрана плотин Ита по гребню составило 55см. Максимальное перемещение ж/б экрана плотины Агиамилпа (30 см) представлено на рис. 1.29. Смещения с высотой плотины возрастают по квадратичному закону и с некоторой высоты становятся опасными для железобетонного экрана. Наибольшее горизонтальное перемещение экрана плотины Тяньщеэцио в сторону нижнего бьефа измеренное в декабря 1999 г, составляет в трёх поперечных сечениях 13,5см ; 60,3см и 93,3см (рис.1.30ч-.1.35) Наибольшая осадка по гребню плотины Арейа и Шегредо после заполнения водохранилища составила соответственно 209 мм и 159мм, а самая высокая осадка по гребню плотины Ита достигла 450 мм. По натурным наблюдениям фильтрация, воды из водохранилища после заполнения водохранилища плотины Арейа была приблизительно равной 240 л I сек.
Она до сих пор устойчива и непосредственно зависит от уровня воды в водохранилище. На рис. 1.28 представлена максимальная утечка воды плотины Агиамилпа. В плотине Шегредо фильтрационные потери достигли 400 л / сек и были уменьшены до 70 л /сек после насыпи на экран фильтра - песка. В плотине Синго имелась зарегистрированная фильтрация 160 л / сек после начального заполнения водохранилища и была уменьшена до 10 л /сек после насыпи фильтра- песка на поверхность экрана. Трещины в экране увеличили утечку до 200л / сек и после того как наносы и песок заполнили трещины, утечка уменьшилась до 150 л /сек. В плотине Ига, утечка достигла 1700 л / сек в течение 4 месяцев после начального заполнения водохранилища. Причиной утечки были трещины в железобетонном экране, которые обнаружены под водой на глубине от 80м до 90м. Особенно в понуре обнаружены зоны трещин от 10 м до 15м простирания около правого примыкания. Утечка была уменьшена до 380 л/сек после заполнения искусственными песками и илистыми песчанными материалами при постоянном наблюдении. Причина появления трещины в экране заключается в действии многих факторов: характеристики материала (модули упругости камня), технологии строительство (этап возведения, метод уплотнения грунта) и особено напряженно-деформируемого состояния плотины.
В последние десятилетия, интенсивное развитие строительства фунтовых плотин и особенно каменных плотин с тонкими негрунтовыми противофильтрационными элементами (железобетонными и асфальтобетонными экранами) повысило требование к исследованию более надежных и экономичных конструкций. Натурные измерения с помощью специальной аппаратуры, закладываемой в теле плотины, показали сложную картину напряженно-деформируемого состояния, что дало толчок к появлению методов прогнозирования поведения сооружения и оценки его работоспособности. Имеются методы, построенные на основе анализа натурных наблюдений, приближенные теоретические методы расчета напряжений, экспериментальные методы определения напряжений, как методом фотоупругости, так и методом центробежного моделирования. В последнее время появилась работа [48] построенная на исследовании пространственной работы плотины с железобетонным экраном, но, к сожалению подробностей связанных с методикой исследований не приводится. Приведённый обзор литературы позволил оценить актуальность выбранной темы, цели и задачу исследований. Бросается в глаза отсутствие исследований НДС плотины в целом и результат влияния взаимодействия экрана и горной массы или гравийно-галечникового грунта. Актуальность темы. В настоящее время в строительстве гидротехнических сооружений встречаются многие разновидности каменных плотин с негрунтовыми экранами (железобетонными и асфальтобетонными). Конструкция типа "негрунтовой экран" широко принимается для создания противофильтрационного устройства. Эти противофильтрационные конструкции должны выдерживать очень большие напоры воды и от их надёжности зависит не только целостность сооружений гидроузла, но часто и жизнь многих людей. Противофильтрационные устройства создаются из различных материалов, возводятся по различным технологиям и, следовательно, их расчеты прочности и устойчивости выполняются различными методами. Но работ в этой области мало и эти работы имеют много ограничений, особенно в методах расчета сооружений. Железобетонные экраны - тонкие элементы и требуют высокой точности расчетов.
В особенности учитывая, огромную разницу деформативных свойств железобетона и горной массы. Диссертационная работа посвящена исследованию НДС плотины с железобетонным экраном и выявлению необходимых конструктивных элементов в плотине для её надёжной работы. Цели и задачи исследований. В проблеме внедрени железобетонных противофильтрационных конструкций в строительстве имеется ряд нерешенных вопросов. Некоторые из них вызваны недооценкой или недостаточной интенсивностью проведения исследований. В частности, это относится к разработке методов расчета железобетонных противофильтрационных устройств совместно с горной массой основного тела плотины. Практика строительства и экономические факторы указываются на целесообразность расширения области применения железобетонных противофильтрационных конструкций. Учитывая это, цель данной работы - научное обоснование проектирование и строительство железобетонных экранов в высоконапорных каменных плотинах. Учитывая факторы, влияющие на НДС экрана: геометрии экрана, свойства материала экрана и грунтов, внешних воздействий, технологии возведения, и т. п, при исследовании НДС было необходимо решить следующие задачи: 1. создать алгоритм расчета НДС системы экрана в постановке с учетом факторов, указанных выше; 2. использовать программу, реализующую указанные алгоритмы; 3. разработать методику численных исследований НДС системы экран-грунт. Научная новизна данной диссертационной работы заключается в следующем: - исследование НДС плотины и особенно железобетонного экрана в зависимости от конструкции плотины в целом и порядка её возведения; - Влияние потерн и количества горизонтальных швов на НДС плотины; - Влияние подэкрановой зоны на НДС экрана; - Влияние заложения верхового откоса на НДС экрана плотины.
Влияние на НДС экрана смазки между экраном и подэкрановой зоной с учётом смазки послойно
Таким образом, можно говорить, что подэкрановая зона практически на осадки и перемещения экрана влияет мало, жесткая связь между экраном подэкрановой зоной приводит к росту напряжений в экране. Перемещения в теле плотины Распределение горизонтальных и вертикальных перемещений соответственно задачам 4 и 5 в теле плотины по характеру не отличается от решённых ранее задач. Изменение ширины подэкрановой зоны практически мало влияет на осадки и смещения в призме плотины. Напряжения в теле плотины Характер распределения напряжений ах, ту в обеих задачах (4 и 5) практически одинаковый. Напряжения ау по всей высоте сечения распределяются равномерно и везде они сжимающие. Напряжения изменяются ау от нуля у гребня плотины, в зоне у низового откоса и до 1,4 МПа в основании сооружения по оси. Сжимающие напряжения концентрируются у основании подэкрановой зоны. Максимальные сжимающие напряжения ниже прочности на сжатие грунтобетона. Прочность на сжатие грунтобетона находится в диапазоне от 5 МПа до 25 МПа, на растяжение в шве от нуля до 1,8 МПа [32]. 160 Распределение горизонтальных напряжений их характеризуется наличием зоны нулевых напряжений.
Эта зона отмечается у гребня плотины, у низового откоса, в районе около верхней потерны. По мере приближения к основанию, сжимающие напряжения увеличиваются до 5,0 МПа. По низовой грани подэкрановой зоны отмечается концентрация сжимающих напряжений ах. Значения колеблются от -1 МПа до -2,17 МПа для задачи 4. Эти значения увеличиваются от -1 МПа до -2,92 МПа в задаче 5. Зона растягивающих напряжений as отмечается вдоль верховой грани. Это результат передачи нагрузки от давления воды через экран на верховую грань подэкрановой зоны. Размер этой зоны увеличивается в задаче 5. Наибольшие значения растягивающих напряжений колеблются от 0,1 МПа до 0,21 МПа для задачи 4, а в задаче 5 они выше (0,1 МПа до 0,88 МПа). Максимальные растягивающие напряжения в грунтобетоне ниже его прочности на растяжение. Распределение коэффициентов надёжности (Кн) характеризуется достаточно высоким его значениями. Если резко увеличить толщину подэкрановой зоны (задачи 6 и 7) до оси плотины, то напряжения растяжения при прочих равных условиях упадут очень существенно. Максимальное значение ст, упадет от 13,95 МПа (в задаче 5) до 7,14 МПа. Зоны растяжения в экране удлиняется от основания экрана до отметки 110,3 8 м, в остальной части напряжения - сжимающие. В дальнейшем увеличении ширины подэкрановой зоны до низового откоса (полный профиль плотины из грунтобетона), растягивающей напряжения сг1 уменьшается до 5,15 МПа и длина растягивающих зон снижается и она занимается примерно 1/4 нижней части экрана. 161 Таким образом, можно говорить, что когда подэкрановая зона из грунтобетона работает как консоль напряжения ст, в экране очень большие, а когда она становится массивной, то напряжения снижаются.
Распределение напряжений в экране в этом случае вызвано существенной разницей в жесткостях экрана, подэкрановой зоны и горной массы. Увеличение ширины подэкрановой зоны из грунтобетона до оси плотины приводит к падению максимального значения вертикальных перемещений экрана от 8,7 см (в задаче 5) до 0,9 см (в 10 раз) , а максимальное значение горизонтальных перемещений уменьшается с 8,9 см (в задаче 5) до 2,3 см (в 4 раза). Если призма состоит только из грунтобетона, снижаются максимальные осадки (до 0,8 см), и максимальное горизонтальное перемещение до 0,7 см (в 3 раза меньше). Смещение у гребня экрана падает с 1,5 см до 0,3 см. Распределение ау в низовой призме (задача 6) характеризуется необычной картиной по сравнению с предыдущими задачами (рис. 3.22). Вблизи гребня плотины и низового откоса и около оси плотины наблюдается зона практически нулевых значений ry. Изолинии ту параллельны низовому откосу и почти параллельны оси плотины. Зона концентрации сжимающих напряжений отмечается в нижней части грунтобетона вблизи основания и оси плотины. Максимальное сжимающие напряжение jy в пределах 4,2 МПа. В верховой призме изолинии параллельны напорной грани и имеют
Исследование НДС плотины в зависимости от различных факторов
Смазка между экраном и грунтобетоном, моделировалась с тремя слоями соответственно 2 см, 2 см и 1 см. Общая толщина смазки 5 см. Состав мастики состоит из битума (от 20 до 40% содержание материалов) и порошок - наполнителя (от 50 до 80%) [58]. Свойство смазки по энергетической модели грунта представлены в таблице 3.1 при температуре от 25С до 30 С. Влияние смазки исследовалось при двух вариантах её свойств: Е0 = от 200 т/м2 до 2050 т/м2 и G0= от 20,68 т/м2 до 2900 т/м2 (Е0 - модуль объемной деформации и G„ - модуль сдвига при а= 1 т/м ), у = 2,3 т/м . В данной работе была сделана попытка, оценить влияние изменения свойства смазки от нижнего до верхнего диапазона. Для этого проводились расчеты для 4 вариантов с одинаковой конструкцией плотины: верховое заложение откоса 1:1,1405, ширина грунтобетоны 20,28 м» свойства смазки изменяется Е0 = 2050 т/м2, G0 = 2900 т/м2 (вариант 1- в таблице планирования) и Ео=200 т/м2, G0= 20,68 т/м2 (вариант 2) и ширина грунтобетона 40,56 м, свойства смазки изменяется (Е0 = 2050 т/м2, G0 = 2900 т/м2) - вариант 5 и (Ео=200 т/м2, Go - 20,68 т/м2 ) -вариант 6. Результаты расчётов двух вариантов 1 и 2 для конструкции плотины: постоянное заложение откос 1:1,1405 и ширина подэкрановоЙ зоны из грунтобетона 20,28 м представлены на рис 3.56., 3.57., 3.58., и 3.59. Из рисунка 3.26 видно что, при наличии 1 шва (контурного) в экране, и с применением прочной смазкой (Е0 = 2050 т/м2, G0 = 2900 т/м2), растягивающие напряжения на верховой грани были высокие и равны 8,23 МПа (вариант 1). Если при прочих равных условиях для случая устройства смазки низкой по прочности (Ee = 200 т/м2, G0 = 20,68 т/м2), то максимальные напряжения на верховой грани снизились от 8,23 до 1,85 МПа (вариант 2), а низовой грани с 6,66 МПа до 4,70 МПа. И это при наличии 3 швов. Картина распределения напряжения сильно изменилась.
При удалении верхнего шва, напряжения на верховой грани экрана возрастают до 1,95 МПа. С уменьшением количества швов до одного (контурного) растягивающие узел напряжения на верховой грани поднимаются до 2,28 МПа (рис 3.59). Отклонение при улучшении качества смазки колеблется от 70% до 72 %. Если ширина подэкрановой зоны из грунтобетона была 40,56 м, то результаты расчётов двух вариантов 5 и 6 для конструкции плотины с постоянным заложением откоса 1:1,405,при наличии 3 швов на экране и при прочих равных условиях для случая устройства смазки низкой по прочности (Е0 = 200 т/м2, G0 = 20,68 т/м2), максимальные напряжения на верховой грани снизились с 7,46 до 2,01 МПа, а на низовой грани с 6,93 МПа до 4,02 МПа. Уменьшение прочности смазки приводит к уменьшению максимальных напряжений на верховой грани. При наличии 2 швов, они упадут с 12,74 до 3.36 МПа. Отклонение при изменении качества смазки доходит 70%. При наличии только контурного шва максимальные растягивающие напряжения для двух вариантов находятся около отметки 56,42 м и резко уменьшаются с 13,66 МПа для смазки боле прочной (Е0 = 2050 т/м2, G0 = 2900 т/м2) до 4.78 МПа для низкой по прочности (Ео=200 т/м2, G0 = 20,68 т/м2). Необходимо отметить что при прочной смазке, напряжения стали даже выше, чем были без смазки, т.е это уже антисмазка. Под действием давления воды и собственного веса экрана, смазка низкой прочности легко деформируется и может, происходить «затекание». Экран в этом случае может отслаиваться от грунтобетона, хорошо движется по откосу, следовательно, напряжения резко уменьшаются. Таким образом, еще раз можно заключить, что смазка и швы имеют огромное значение. Все эти случаи были рассмотрены при заложении откосов соответствующих углу естественного откоса (1:1,405) , что существенно упрощает производство работ. С другой стороны существует много плотин, в которых верховой откос имеет заложение до 1:0,4 и круче. Конечно, при столь крутом откосе резко уменьшается объем плотины и длина туннельных водоводов или водосбросов, если таковые имеются. Такой столь крутой откос можно выполнять, если колебание уровня воды в верхнем бьефе незначительно, т.к. в противном случае откос может оползти (разрушится) при снижении уровня воды в ВБ. Влияние крутизны откосов на напряженно-деформированное состояние экрана и подэкраннои зоны.
С этой целью была рассмотрена также плотина с заложением верхового откоса 1:1,0. В этом разделе рассматриваются 2 вариантов с одинаковым заложением откосом 1:1. В первом варианте принимали смазку низкую по прочности Ео=200т/м2, G0= 20,68 т/м2 и во втором варианте смазки (Е0 -2050 т/м2, G0 = 2900 т/м2). Ширина подэкрановой зоны в обеих вариантах принималась 20,28 м. Для расчета НДС в соответствии с принятой расчетной схемой, профиль плотины были разбит на 730 элементов с кубической аппроксимацией перемещений. Смазка между подэкрановой зоной и экраном моделировалась тремя слоями (2см, 2см, I см) общей толщиной 5 см. Возведение плотины производится горизонтальными слоями по всему профилю. Плотина разбита на 25 зон возведения, а строительство и поднятие воды в водохранилище производится как в предыдущей задаче (40 этапов). Количество степеней свободы 7208. Расчетная схема плотины предусматривает горизонтальное и вертикальное закрепление узлов, расположенных в основании плотины.
