Напряженно-деформированное состояние и устойчивость грунтовой плотины с асфальтобетонным экраном тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

"Национальная Академия наук Кыргызской Республики

^ ^ИНСТИТУТ ФИЗИКИ И МЕХАНИКИ ГОРНЫХ ПОРОД \

УДК 024.13.042:027.8.05 На правах рукописи

АБДЫГАЗИЕВ Калысбск Каныметович

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ ГРУНТОВОЙ плотины С АСФАЛЬТОБЕТОННЫМ ЭКРАНОМ

Специальность 01.02.07 — «Механика сыпучих тел, грунтов и горных пород»

Авторефе рат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БИШКЕК 1998

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ И МЕХАНИКИ ГОРНЫХ ПОРОД

УДК 624.13.042: 627.8.05 На правах рукописи

АБДЫГАЗИЕВ Калысбек Канымегович

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ с АСФАЛЬТОБЕТОННЫМ ЭКРАНОМ

, Специальность 0Г.02.07 -"Механихз сыпучих тел, грунтов и горных пород"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БИШКЕК-1998

Работа выполнена в Кыргызской аграрной академии- и Институте физики и механики горных пород HAH Кыргызской Республики

Научные руководители: доктор технических наук, с.н.с.

Жумабаев Бейшенбек;

Кандидат технических наук, доцент, Чукин Бектур Арипович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кожогулов Камчи бек Чонмурунович;

Кандидат технических наук Кожобаев Жакшылык Шарипович.

Ведущее предприятие: Кыргызский государственный университет строительства, транспорта и архитектуры.

Защита состоится 29 мая 1998 г. в 12 часов на заседании Специализированного совета Д.05.97.60 при Институте физики и механики горных пород HAH Кыргызской Республики по адресу: 720815, г. Бишкек, уд. Медероаа, 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Инстшута.фшихи и механики горных пород HAH Кыргызской Республики.

Автореферат разослан "^У " апреля 1998 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

канд.техн. наук, с.н.с. Никольская О.В.

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Освоение гидроэнергетического потенциала, развитие мелиоративного и водохозяйственного строительства, а также возведение хвостохранилиш в горнодобывающей промышленности в Кыргызской Республике требует проектирования, строительства и эксплуатации надежных на долгие годы грунтовых шютии.

В плотинах из грунтовых материалов требуется проводить большой объем работ по устройству противофильтрациониых элементов. Все это ведет к необходимости разрабатывать и широко применять в гидротехническом строительстве новых прогрессивных конструкций противофильтрациониых устройств, в частности асфальтобетонных покрытий. Они отличаются высокой технико-экономической эффективностью, надежностью и долговечностью и одновременно позволяют максимально использовать местные материалы при минимальной затрате дефицитных и привозных материалов.

Противсфильтрационные элементы из асфальтобетона, как доказано в практике, наиболее целесообразно использовать в средних по высоте плотинах.

Устойчивость плотины с асфальтобетонным экраном оценивается на основе изучения работоспособности экрана и напряженно-деформированного состояния (НДС) самого тела плотины. Поэтому весьма актуальной задачей является разработка методики расчета НДС и оценка устойчивости грунтовой плотины средней высоты с асфальтобетонным экраном в зависимости от схемы ее возведения и наполнения водохранилища и от конструкции заложения откосов упорных призм при действии различных видов нагрузок.

Работа выполнена в рамках плана НИР ИФиМГП HAH Кыргызской Республики по теме: «Оценка, прогноз и профилактика природно-техногенных катастроф», раздел «Прогноз развития оползневых процессов методами математического моделирования», подраздел «Оценка напряженно-деформированного состояния и устойчивости грунтовых дамб и плотин с помощью численных методов» (№ гос. регистрации PK. 0000356,1995-1997гг.).

Целью работы является разработка методики расчета НДС и оценка устойчивости грунтовой плотины средней высоты с асфальтобетонным экраном для обоснования ее рациональной конструкции и технологии возведения.

Идея работы заключается в использовании закономерностей НДС грушевой плотины с асфальтобетонным экраном для обоснования ее рациональной конструкции и технологии возведения.

Задачи исследования:

- обосновать требования к составу и физико-механическим свойствам асфальтобетонов предъявляемые при проектировании экранов грунтовых плотин;

- разработать метод расчета устойчивости асфальтобетонного экрана на оплывание в зависимости от его состава и заложения верхового откоса плотины;

- определить допустимую величину гидростатического противодавления обеспечивающую прочность асфальтобетонного экрана;

- установить влияние порядка возведения плотины и наполнения водохранилища на ее НДС и устойчивость;

- обосновать рациональную конструкцию грунтовой плотины средней высоты с асфальтобетонным экраном обеспечивающую ее устойчивость.

Методы исследования включали: сбор, анализ экспериментальных данных о свойствах и составах асфальтобетонов, методы численного эксперимента, анализа и методы математического моделирования НДС плотин с экраном на ПЭВМ.

Научная новизна работы:

- разработан метод расчета устойчивости асфальтобетонного экрана на оплывание в зависимости от его состава и заложения верхового откоса;

-получена аналитическая зависимость для определения толщины асфальтобетонного экрана учитывающая величину гидростатического противодавления;

-предложена методика определения допустимой высоты запаздывания уровня кривой депрессии обеспечивающей прочность асфальтобетонного экрана в зависимости от его толщины и угла наклона верхового откоса плотины;

- установлены количественные и качественные различия НДС и устойчивости грунтовой плотины в зависимости от порядка ее возведения и наполнения водохранилища; •

- выявлена рациональная- конструкция грунтовой плотины средней высоты с асфальтобетонным экраном с точки зрения ее устойчивости.

Защищаемые основные научные положения :

- метод расчета устойчивости асфальтобетонного экрана на оплывание, заключающийся в подборе состава асфальтобетона с требуемыми прочностными характеристиками в зависимости от заданных значений толщины экрана и угла заложения верхового откоса плотины;

- методика определения допустимой высоты запаздывания уровня кривой депрессии основанная в обеспечении необходимой прочности экрана в условиях действия изгибающих моментов возникающих от собственного веса экрана и гидростатического противодавления;

- НДС и устойчивость грунтовых плотин с асфальтобетонным экраном зависит от порядка возведения тела плотины и режима наполнения водохранилища, причем плотина построенная с последовательным чередованием возведения ее тела и наполнения водохранилища более устойчива чем плотина наполненная после возведения на всю строительную высоту;

- рациональная конструкция грунтовой плотины с асфальтобетонным' экраном определяется на основе исследования НДС с обеспечением нормативного коэффициента запаса устойчивости путем вариации ее

. геометрических параметров.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:

-согласованностью полученных результатов с данными' других исследователей, полученных различными методами;

-представительностью проведенных численных экспериментов н расчетов; -корректностью постановки задачи и : строгостью используемого математического аппарата.

Личный вклад автора состоит в: обосновании требований к составу н физико-механическим свойствам асфальтобетонов предъявляемые при проектировании экранов; разработке метода расчета устойчивости асфальтобетонного экрана на оплывание в зависимости . от его состава и заложения верхового откоса плотины; выводе аналитической зависимости для . определения толщины асфальтобетонного экрана учитывающей величину гидростатического противодавления; определении допустимой высоты запаздывания уровня кривой депрессии; установлении закономерностей НДС и устойчивости грунтовой плотины в зависимости от ее геометрических параметров, порядка возведения и режима наполнения водохранилища; разработке рекомендации по технологии возведения плотины н наполнения водохранилища; выявлении рациональной конструкции средней высоты с асфальтобетонным экраном.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- рекомендуемый метод расчета асфальтобетонного экрана на оплывание позволяет проектировщикам подобрать состав асфальтовой смеси при которой работа экрана устойчива;

- предложенная номограмма для определения допустимой высота . запаздывания уровня кривой депрессий необходима при установлении

безаварийного режима эксплуатации плотины; .

-рекомендованная технологическая схема возведения тела плотины н наполнения водохранилища улучшает устойчивость плотины в период ее строительства и эксплуатации; ■

-предложенная рациональная конструкция плотины с асфальтобетонным экраном обеспечивает ее устойчивость, а также требует рационального расхода материалов и трудозатрат.

Реализация работы. Результаты исследований, приведенные в данной работе, внедрены при проектировании и строительства дамбы хвостохраннлища карьера «Кумтор» и используются в учебном процессе для студентов

обучающихся по специальности «Гидротехническое строительство» в Кыргызской аграрной академии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: Международной научной конференции «Традиции и новации в культуре университетского образования» (Бишкек, 1997г.); Республиканской научно-практической конференции «Научно-консультативное и кадровое обеспечение аграрной реформы в Кыргызской Республике» (Бишкек, 1997г.); заседаниях секции Ученого совета ИФиМГП HAH KP (Бишкек 1998 г.); расширенных заседаниях кафедр гидротехнических сооружений КСХИ (Бишкек, 1994-1996гг.), гидравлики и гидротехнического строительства Кыргызской аграрной академии (Бишкек, 1996-1997гт.); научных семинарах лаборатории «Проблемы геомеханики» ИФиМГП HAH KP (Бишкек, 1997-1998гг ).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 статьях.

Структура и объем. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения (акт внедрения) на 126 страницах машинописного текста, в том числе: таблиц 7, рисунков 37, список литературы 102 наименования.

Автор выражает благодарность и признательность д.т.н. Б.Ж. Жумабаеву и к.т.н. Б.АЛукину за постановку задачи, внимание и помощь, оказанную при ' выполнении данной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ -

Строительство асфальтобетонных экранов в гидротехническом строительстве широко развиты в таких странах как США, Голландия, Австрия, Алжир, Швейцария, Франция, ФРГ, Япония и др.

В развитии конструирования асфальтобетонных экранов можно отметить несколько периодов.

1. Первоначальный период использования асфальтобетона в экранах грунтовых плотин начинается со строительства алжирских плотин Боу Хонифия, Эль-Гриб и Ирил-Эмда в 30-х годах, когда асфальтобетон использовали только в качестве гидроизоляционной прослойки между железобетонными плитами. Опыт этих первых сооружений, в частности, ремонт экрана н его обследование на плотине Эль-Гриб через 20 дет эксплуатации показал, что асфальтобетон достаточно устойчив даже на крутых откосах н может применяться в качестве экрана без бетонной подготовки и защиты железобетонными плитами.

2. Период строительства первых самостоятельных асфальтобетонных экранов характеризуется стремлением к многослойное™. Например, экраны на американских плотинах Монтгомери, Санга-Инез, Санта-Анна и Хоумстейк состоят из 6-7 слоев асфальтобетона, общая толщина которых достигает 35 см.

Только на плотине Хоумстейк, высотой 77 м, такая толщина была оправдана ледовыми условиями, а на других плотинах это привело к чрезмерным запасам, а на плотине Альма, которая расположена в высокогорном районе с зимними морозами до -40 0 С, большая толщина даже способствовала его растрескиванию. .В ФРГ, начиная с плотин Хенне и Хенкель, экраны выполняются из трех слоев с промежуточным дренажным слоем из пористого асфальтобетона или черного щебня, вода из которого отводится в контролируемую дренажную систему.

3. Современный период характерен накоплением значительного опыта строительства асфальтобетонных экранов и большей уверенностью их

• надежности, в связи с чем идет тенденция выполнения более тонких экранов, как правило двухслойного водонепроницаемого асфальтобетона с содержанием 710 % сравнительно мелкого битума.

Асфальтобетонные покрытия из-за своей незначительной толщины требуют тщательного проектирования, точного выполнения конструкций состава материалов в соответствии с условиями их работы в период строительства и .эксплуатации.

Разработкой методов инженерного расчета асфальтобетонных экранов в разные годы занимались Ю.Н. Касаткин, Г.В. Борисов, С.Н. Попченко, A.A. Шамонтаев, В.М. Давнденко, В.'Ф. Ван Асбех и др.

При проектировании грунтовых плотин для сценки влияния на работу сооружения деформативных характеристик грунтов в различных его зонах, конструктивных особенностей, графиков возведения и наполнения

• водохранилища и определения зоны возможного трещинообразования в противофильтрационных элементах очень важно определить напряжения и деформации в сооружении в различные периоды строительства и эксплуатации.

Исследованиям НДС и устойчивости грунтовых плоит посвящены работы

A.A. Ничипоровича, М.А. Долежаевой, М.В. Витенберга, Р.Н. Петрашова и др., в которых использованы методы основанные на анализе натурных наблюдений. СЛ. Гун, В.Н. Ломбардо, АЛ. Крижановский, А.К. Бугрова, A.A. , Ю.К. Заренкий, Л.Н. Рассказов и др. в своих работах при расчете НДС грунтовых плотин использовали численные методы. А в работах A.B. Мельника , А.И. Сватеева, В.И. Титовой и др. напряжения определялись экспериментальными методами.

В результате анализа работ ГБ. Борисова, Я.И. Гегелия, П.Д. Горелышева,

B.Н. Довиденко, С.Н. Попченко, Н.С. Покровского, Ф.Ф. Цитшера, В.Н. Ван

• Асбека и ^. выявлены закономерности изменения физико-механических свойств гидротехнического асфальтобетона, которые могут иметь место в условиях изменения качественного состава, температуры, режима работы плотин и других факторов. В результате этого обоснованы а сформулированы следующие требования (гл.2):

-гидротехнический асфальтобетон, в отличии от дорожного .характеризуется избыточным содержанием бетума, наполнителя и наличием добавок коротковолокнистого асбеста, извести, пластификаторов;

-к асфальтовым бетонам при гидротехническом строительстве предъявляются следующие качественные требования: водонепроницаемость, водоустойчивость, повышенная теплоустойчивость, химическая стойкость, гибкость, трещиностойкость и др.;

-покрытия из гидротехнического асфальтобетона правильно подобранного состава, уплотненные до конечной пористости менее 3 % обладают практически полной водонепроницаемостью, высокой водоустойчивостью, высокой теплоустойчивостью и способны надежно сопротивляться воздействию волновых и ледовых нагрузок.

-гидротехнический асфальтобетон в общем случае является упруго-вязко-пластичным телом, обладающий пределом текучести и пределом длительной прочности и способным при напряжениях, превосходящие эти пределы, пластично течь как аномально-вязкая жидкость;

-оптимальной конструкцией асфальтобетонного покрытия должна быть принята многослойная, состоящая из подготовки грунта основания, жесткого подготовленного слоя, собственно водонепроницаемого слоя плотного асфальтобетона и слоя поверхностной обработки, причем толщина и состав слоев назначается по строгим техническим правилам в зависимости от условий эксплуатации, производства работ и на основании инженерного расчета покрытия на прочность и сплошность;

-основание экрана должно быть достаточно прочным, так как несущая способность покрытия предопределяется прочностью и устойчивостью грунта . основания;

-для подготовительных слоев покрытия и дренажных прослоек экранов рекомендуется использование пористого дорожного асфальтобетона или черного щебня с содержанием битума 4-6 % при крупности щебня до 40 мм, а также использование бктумо-песчаных смесей;

-в асфальтобетонных экранах не предусматривают конструктивные или деформатипные швы. В местах примыкания к жестким бетонным сооружениям необходимо устраивать гибкие сооружения различных конструкций.

Асфальтовые материалы, уложенные на вертикальной или наклонной поверхности, способны медленно оплывать под действием собственного веса. Если покрытие во время строительства или что еще чаще встречается, во время последующей эксплуатации останется на воздухе, то при повышении температуры асфальтовая смесь проявляет склонность к оплыванию. Когда асфальтовое покрытие нанесено на откосе, угол наклона которого круче угла внутреннего трения (<р) асфальтовой смеси, и на него не действует давление

воды, тогда часть возникающего от собственного веса асфальтовой смеси сдвигающего напряжения (т) должна с определенным запасом восприниматься благодаря сопротивлению трения асфальтовой смеси (тг) и сцепления (С), т.е.

т<=тг+С ' (1)

где T=o,tga (2)

Tf=cr.tgq> (3)

здесь: а, - нормальные напряжения от собственного веса асфальтобетонного покрытия;

а - угол наклона экрана к горизонту (угол заложения верхового откоса).

Выполнение условия (1) достигается соответствующим подбором состава асфальтобетонной смеси.

В результате обработки опытных данных исследований Б.А. Чукина (1983) по определению свойств асфальтобетона в условиях сложнонапряженного состояния получены следующие линейные модели, которые номографированы (рис.1): !

<р=21.678-1.27х,+12.46хг-Ю.8х,х2 (4)

С=1.938-0.188х, +1.162х2 -Ю.088х, х2 (5)

где xi.xj -кодированное значение процентного содержания факторов "крупный заполнитель" (щебень) и " битум " соответственно, которые определяются формулами математической теории планирования эксперимента.

На основании номограмм (см .рис.1) и уравнений (4) и (5) предложена метод расчета устойчивости асфальтобетонных экранов на оплывание (гл.З). Метод расчета асфальтобетонного экрана на оплывание, в отличии от методов Ю.Н. Касаткина, В.М. Давидеико, A.A. Шамонтаева и д.р., "позволяет подобрать состав асфальтобетона с необходимыми прочностными характеристиками, при которых выполняется условие устойчивости (1) асфальтобетона при различных заложениях откоса. ;

В другом случае устойчивость асфальтобетонных покрытий может быть нарушена от длительно действующих на них нагрузок, в частности в случае гидростатического противодавления, которое возникает при быстром снижении уровня воды в водохранилище. В связи с этим сформулирована и решена следующая задача (гл.З).

Асфальтовое покрытие представлен в виде консольной балки, на которую действует сверху равномерно распределенная нагрузка (q„) от собственного веса, а снизу распределенная в виде треугольной эгаоры нагрузка от гидростатического противодавления (qt,). Разность нормальных напряжений, которая возникает от изгибающих моментов указанных нагрузок, должна быть меньше или равна пределу прочности асфальтобетонного экрана. Это рассмотрено как условие для

определения критического значения высоты запаздывания уровня кривой .депрессии от снижающегося уровня воды в водохранилище (hz) (далее по тексту высота запаздывания)

6,9 8 cosa (6)

где 8 - толщина асфальтобетонного покрытая; a - угол заложения откоса. Если при быстром снижении уровня воды в водохранилище высота запаздывания (h) выше чем hz ,то гидростатическое противодавление будет больше чем давление от собственного веса покрытия. Следовательно, условие предела прочности экрана при изгибе явилось аналитической зависимостью для определения толщины асфальтового покрытия в зависимости от высоты запаздывания и угла наклона верхового откоса плотины. Кроме того из этого условия получено соотношение для выбора оптимальной толщины экрана.

^¡9h*rl • cos1 а + + rj>) sin' а - Vi1/, cosa _

гИ + гЛ-м'а (7)

где у» - объемный вес асфальтобетона;

[о] -предел прочности асфальтобетона при изгибе.

При заданных h и a определена 8 и составлена номограмма (рис.2а). Результаты расчетов показали, что с увеличением напора воды под покрытием, 6 получается значительно больше, чем это практически целесообразно. Поэтому задаваясь значениями 8 и a и решая условие прочности /i2(/Ji-3r„Scosa) а= $* sin2 а--(8)

подбором определена допустимая h и составлена номограмма (рис.26). Отсюда видно что h получается наибольшее для 8=10 см при а=80с, для 5=15,20,25" см при а=75°, для 5=30;35;40см. при а=70с. При h больше чем допустимой, произойдет выпучивание асфальтового покрытая, что приведет к разрушению противофильтрациоиного покрытия верхового откоса плотины.

Расчет напряженно-деформированного состояния и устойчивости грунтовой плотины с асфальтобетонным экраном (гл.4) Расчеты НДС и устойчивости грунтовой плотины с асфальтобетонным экраном выполнены в упругопластнческой постановке с использованием метода локальной минимизации (МЛМ) (разработчик МЛМ Б .А. Чукин) и метода конечных элементов (МКЭ), МЛМ относятся к численным методам, и также как МКЭ основан на вариационном принципе, согласно которому действительная форма равновесия, тела отличается от всех возможных форм тем, что в этом случае полная потенциальная энергия (ППЭ) системы имеет стационарное (минимальное) значение. Отличительной особенностью МЛМ от МКЭ является

Рис.1. Номограммы для определения: а -.угла внутреннего трения .асфальтобетона; б - сцепления.

S s

e

№ «

о S s

5 í-,

с §

о с

с u о о о ь

■в-и

s

э

е; с н

С!

а. с

о

г s

а &

о

5 о К

(N

6 £

способ определения ППЭ. Поиск минимума ППЭ осуществляется методами одномерной оптимизации.

Исследования НДС и устойчивости плотины с асфальтобетонным экраном были выполнены для плотины с высотой Н=50 м, п&риной по гребню В=10 м, отсыпанного из гравийно-галечникового грунта. Плотина расположена на сжимаемом мощностью 30 м галечниковом основании.

Устойчивость оценивалось с помощью теории прочности Кулона-Мора путем вычисления коэффициента запаса (Кз) устойчивости.

В расчетах НДС плотины асфальтобетонный экран принимается как элемент, воспринимающий и передающий гидростатическое давление воды, т.к. ее толщина пренебрежительно малая величина, чем геометрические размеры плотины.

Для исследования влияния последовательности возведения плотины с асфальтобетонным экраном на ее НДС и устойчивости проведены их расчеты для плотины с заложениями откосов верхового (ш1) и низового (пт2) 1:3 возводимой по двум различным схемам. Первая схема - послойное возведение тела плотины на всю строительную высоту и затем наполнение водохранилища. Вторая схема -последовательное чередование послойного возведения тела плотины и наполнения водохранилища. Толщина слоя в каждом этапе возведения и наполнения принят равным Юм.

Закономерности распределения напряжений и перемещений в теле плотины, возведенной по первой схеме, до наполнения водохранилища полностью соответствует представлениям о них как однородных насыпях. Кз на этом этапе по всему телу плотины были ниже нормативного, и равнялись 1.1. После наполнения водохранилища характерным является изменение напряженного состояния в подэкранной области. В характере распределения напряжений ау и ах явно наблюдается их перераспределение и рост в-сторону нижнего бьефа. При этом прирост значений ох в 0.1;0.3;0.4 и 0.5 МПа соответствует гидростатическому •давлению на экран. В низовой упорной призме напряжения не изменяются, т.е. гидростатическое давление воспринимается только ограниченной областью под экраном. В подэкранной области перемещения происходят в сторону нижнего бьефа. Максимальные, вертикальные и горизо1гтальные перемещения от гидростатического давления наблюдаются на экране в районе 1/3 от высоты плотины снизу и достигают 1.13 м по вертикали и 0.22 м по горизонтали .Тело плотины после наполнения водохранилища находится в устойчивом состоянии, что говорит о положительном влиянии гидростатического давления на общую устойчивость сооружения.

Последовательное чередование возведения тела плотины и наполнения водохранилища приводит к уйеличетпо вертикальных и горизонтальных перемещений. Горизонтальные перемещения с наращиванием высоты плотины и

наполнением водохранилища увеличиваются в направлении нижнего бьефа. Наибольшие вертикальные и горизонтальные перемещения наблюдаются, также как в плотине возведенной по первой схеме, 1/3 высота плотины снизу. Но их значения значительно выше и достигают 1.49 м по вертикали, 0.54 по горизонтали.

Уровни напряжений оказываются выше по сравнению с первой схемой возведения плотины. Характер распределения напряжений су и сх полностью отвечает физическому смыслу явлений, описанных для плотины, возведенной по первой схеме. Напряжения а*, разделяет работу плотины на две части. В низовой упорной призме характер распределения Оху соответствует работе грунта от собственного веса, а в верховой ярко выражена работа экрана как консоли. Каждый раз после наполнения водохранилища до возведенной высоты тела плотины уровни напряжений повышаются, а в низовой остаются почти без изменений.

После каждого наполнения водохранилища до возведенной высоты тела плотины значения Кз повышаются по сравнению чем до наполнения. Во всех этапах возведения плотины и наполнения водохранилища, тело плотины и ее основание находятся в устойчивом состоянии.

Из выполненного анализа распределения напряжений .перемещений и Кз в теле плотины следует, что:

1. НДС и устойчивость грунтовых плотин с асфальтобетонным экраном предопределяется порядком возведения тела плотины и наполнения водохранилища, т.е. от истории нагружения тела плотины, а также от ее геометрических параметров.

2. Гидростатическое давление положительно влияет на общую устойчивость сооружения.

3. Строительство плотины по второй схеме приводит к повышению уровней напряжений и увеличению перемещений, чем в плотине возведенной по первой схеме. Вертикальные перемещения больше «1,3 раза, а горизонтальные на низовой грани упорной призмы в 2 раза.

4. Строительство грунтовых плотин с асфальтобетонным экраном по второй схеме приводит к более устойчивому состоянию, чем при строительстве по первой-схеме.

Для выбора рациональной конструкции фунтовой плотины с асфальтобетонным экраном были проведены исследования плотины с тремя вариантами заложения откосов, а именно: 1) т1=т2=2; 2) т1=т2=3; 3) ш1=2, т2=З.Все расчеты выполнялись с учетом последовательного чередования возведения тепа олопшы и наполнения водохранилища.

Результаты исследования плотины с заложениями откосов т1=т2=3 были приведены выше.

Рис. 3. Коэффициенты запаса устойчивости плотин: а - с т1=ш2=2; б - с т1=т2=3; в - с т1=2, т2=3.

В плотинах с т1»чп2«2 и т]=2,т2=3 в подэхранной области максимальные вертикальные перемещения равны 1.28 м, а наибольшие горизонтальные перемещения и составляют 0.64 м.

Характер распределения напряжений су и о„ в плотине с т1с=т2=2 почта такой же как в плотине с т1=т2=3 но, более крутые откосы (по сравнению с плотиной с т1 =т2=3)привели к более низкому уровню напряжений су и Сх. Максимальные значения аг и о, в плотине с т1=т2=3 были больше на 0.2 МПа и 0.3 МПа чем в плотине с т1«=т2=2. А в плотине с т1=2, т2=3 эти напряжения изменялись по характеру и уровню распределения по сравнению с плотиной с т I =ш2=3 .Распределение напряжений а*, плотины с га1=т2=2 отличается от картины их распределения в шютине с т1=т2=3. В плотине с ш1=т2=2 0^=0.1 МПа имеет место только в нижней части экрана я в низовой упорной призме, а в плотине с п>1=ш2=3 весь экран испытывает действие о^ =0,1 МПа. В плотине с ш1=2,т2=3 распределение напряжений а^ в районе экрана идентично распределению этих напряжений в плотине с т1=го2=2, а в низовой упорной призме они аналогичны как в плотине с т!=ш2=3.

Изолинии Кз представленные на рис.За показывают, что в плотине с ш1=ш2 =2 в зоне сопряжения низового откоса с основанием имеется область с Кз=0.8. Эта область имеет свободную поверхность, следовательно пластичные деформации будут накапливаться и на этом месте может произойти разрушение. Из рис.Зб и Зв видно, что плотины с т[=т2=3 и с т1=2,т2=3 находятся в устойчивом состоянии. Из выполненного анализа технических показателей вариантов плотин следует, что из выше рассмотренных плотин рациональной является плотина с т1=2дп2=3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научно-технической задачи, заключающегося в разработке методики расчета НДС и оценке устойчивости грунтовой плагины средней высоты с .асфальтобетонным экраном для обоснования ее рациональной конструкции и технологии возведения.

Основные научные, методические и практические результаты заключаются в' следующем:

1. Разработав метод расчета асфальтобетонного экрана на оплывание, учитывающий заложение верхового откоса плотины, состава и прочностных характеристик асфальтобетона.

2. Получена аналитическая зависимость для определения толщины асфальтобетонного покрытия учитывающая величину гидростатического противодавления. Предложена методика определения допустимой высота запаздывания уровня кривой депрессии обеспечивающей прочность асфальтобетонного экрана в зависимости от его толщины и угла наклона

верхового откоса плотины.

3. Напряженно-деформированное состояние и устойчивость грунтовых плотин с асфальтобетонным экраном предопределяется порядком возведения тела плотины и наполнения водохранилища, т.е. от история иагружения тела плотины, а также от ее геометрических параметров. Последовательное чередование возведения тела плотины н наполнения водохранилища приводит к повышению уровней напряжений и увеличению перемещений, по сравнению с плотиной построенной на всю строительную высоту и затем наполненный. Вертикальные перемещения больше =1,3 раза, а горизонтальные на низовой грани упорной призмы в 2 раза.

4. Строительство грунтовых плотин с асфальтобетонным экраном по схеме последовательного чередования возведения тела плотины и наполнения водохратишща приводит к более устойчивому состоянию чем при строительстве по схеме послойное возведение тела плотины на всю строительную высоту и затем наполнение водохранилища.

5. При варьировании заложений откосов плотины для определения ее рациональной конструкции установлено, что более крутые откосы приводят к большим горизонтальным и меньшим вертикальным перемещениям . Наибольшие перемещения по экрану не зависимо от заложения верхового откоса наблюдаются в районе 1/3 высоты снизу. Установленный этот факт позволяет возможность более обоснованного подбора состава асфальтобетона для экрана. Строительство плотин средней высоты из гравийно-галечникового грунта, с заложением откосов т!=т2=2 не целесообразна, т.к. в зоне сопряжения низовой упорной призмы с основанием появляется область, где массив не устойчив. Заложение откосов т1=ш2=3 для грунтовых плотин средней высоты с асфальтобетонным экраном полностью обеспечивает ее устойчивость.

6. Рациональной конструкцией из выше рассмотренных вариантов грунтовой плотины средней высоты с асфальтобетонным экраном является вариант с заложением откосов гп1=2,т2=3.

7.0сновные результаты исследований были использованы при проектирован™ н строительстве дамбы хвостохраншшща карьера «Кумтор» и используются в учебном процессе для студентов обучающихся по специальности «Гидротехническое строительство». в Кыргызской аграрной академии.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.Расчет напряженно-деформированного состояния грунтовой плотины с асфальтобетонным экраном. - Бишкек, 1996.- 9 с.Деп. в РНТБ ГКННТ МОН Кырг. Респ. 1.07.96, № 933 (соавтор Чукин БА.). ,

2.Влияние последовательности возведения плотины с экраном на ее напряженно-деформированное состояние и устойчивость. - Бишкек, 1996.- 23 с.Деп. б РНТБ ГКННТ МОН Кырг. Респ. 19.09.96, № 948 (соавтор Чукин Б.А.).

З Влияние заложения верхового откоса на работоспособность грунтовой плотины с экраном. - Бишкек, 1996.- 12 с.Деп. в РНТБ ГКННТ МОН Кырг. Респ. 19.06.96, № 949 (соавтор Чукин Б.А.).

4.Анализ работоспособности асфальтобетонных экранов грунтовой на оплывание Н Вопросы геомеханики и разработка месторождений полезных ископаемых - Бишкек: Илим, 1997,- с 183-186 (соавтор Чукин Б.А.).

5.Опенка способности асфальтобетонных экранов грунтовых плотин воспринимать противодавление грунтовых вод // Вопросы геомеханики и разработка месторождений полезных ископаемых. - Бишкек: Илим, 1997,- с 187195 (соавторы Жумабаев Б.Ж., Чукин Б.А.).

6.К выбору последовательности возведения грунтовых плотин с экраном // Вопросы геомеханики и разработка месторождений полезных ископаемых.-Бишкек. Илим, 1997 - с 196-203 (соавтор Чукин Б.А.).

7.К вопросу выбора оптимальной конструкции фунтовой плотины с не грунтовым экраном // Вопросы геомеханики и разработка месторождений полезных ископаемых. - Бишкек: Илим, 1997,- с 203-207(соавтор Чукин Б.А.).

8. Расчет напряженно-деформированного состояния грунтовой плотины на основе метода локальной минимизации // Научно-консультативное и кадровое обеспечение аграрной реформы в Кыргызской Республике: сб.науч.тр.КАА, 1997,-ВЫП.1.-С.39-42.

9.Выбор рациональной конструкции грунтовой плотины с асфальтобетонным экраном //Традиции и новации в культуре университетского образования. Материалы Международной науч. конф., 1998.-Часть 2.-C.36-40 (соавторы Жумабаев Б.Ж., Чукин Б.А.).

Абдыгазиев КалысбекКаныметовнч Напряженно-деформнровшшое состояние и устойчивость грунтовой плотины с асфальтобетонным экраном

АННОТАЦИЯ

В диссертации дана методика расчета напряженно-деформированного состояния и оценка устойчивости грунтовой плотины с асфальтобетонным экраном.

Обоснованы требования, предъявляемые к составу гидротехнических асфальтобетонов, при которых экран устойчив.

Получены аналитические соотношения для определения оптимальной толщины экрана и допустимой высоты запаздывания уровня кривой депрессии.

На основе проведенных численных экспериментов установлены закономерности напряженно-деформированного состояния я устойчивости грунтовых плотин при различных геометрических параметрах, технологических схемах их возведения и режима наполнения водохранилища.

.Выводы н рекомендации диссертации необходимы для обоснованного принятия инженерных решений по проектированию, строительству и эксплуатации плотин и дамб.

Kalysbek K. Abdygaziev The stressed and deformed state and stability of the earth® dam with asphaltic concrete screen

SUMMARY

In the dissertation the method of calculation of the stressed and deformed state and stability of the earthfill dam with asphaltic concrete screen is created.

The demand to the composition hydraulic asphaltic concrete - for the screen stability maintenance is based. - ,

The analytical correlation for estimation of the screen optical thickness and permissible height lateness of the depression curve level is obtained.

On the base of the numerical experiments the conformity of the stressed and deformed state and stability of the earthfill dam with different geometrical parameters, technological schemes of their building and regime of the filling of the reservoir is determined.

The conclusions and recommendations of the dissertation are necessary for the based engineering solutions in projects, for the building and exploitation of the dams and dikes.

lryyyv<A

Абдыгазнев Калысбек Каныметович Асфальтбетон экрандуу грунт суу тосмосунун чьщалып деформацияланган абалы жана туруктуулугу

АННОТАЦИЯ

Диссертацияда асфальтбетон экрандуу грунт суу тосмосунун чьщалып деформация лантан абалын эсептвенун жацы ыкмасы жана аньга туруктуулугун баалоо берилген.

Экрандын туруктуулугун камсыз кыла турган гидротехникалык асфальтбетондордун составына коюулуучу талаптар негизделген.

Бекемдик теориясынын негвзпнде асфальтбетон экранынын калыцдыгын жана анын асты жагынан пайда боло турган суу басымыныл чектерин аныктоо учуы аналитикалык кез карандылмктар алыкган.

Эселтее тажрыйбалардын негизинде грунт суу тосмонун геометрнялык елчемдврунв, аны курууда колдонулган технологиялык ыкмаларга жана суу сактагычты толтуруу тартибине жараша чыцалып деформацияланган абалынын жана туруктуулугунун мунездерун аниктоочу жацы сандык жана сапаттык закон ченемдуул¥ктвР аныкталган.

Диссертаииянын теориялык жана практикалык жыйынтыктары суу тосмолорду долбоорлоодо, курууда жана эксплуатациялоодо инженердик

Подписано ■ мм«. ¡?-ОЧ.9%>- Юорм»т Ч ¡/С

Печать офсетма*. Объем п. Зяк. -Я? Тир.

г. Бишкек, ул. Медероаа, 68. Типография Кырг. агр. академик