3D performance of a seepage control wall in dam and foundation

M.P. Sainov
2015 Magazine of Civil Engineering  
Канд. техн. наук, доцент М.П. Саинов, Московский государственный строительный университет Аннотация. В статье анализируются результаты численного моделирования напряженнодеформированного состояния (НДС) противофильтрационной завесы, выполненной методом «стена в грунте», в основании и теле грунтовой плотины Юмагузинского гидроузла. Стена длиной 480 м и глубиной до 32 м работает в сложных пространственных условиях. Это связано с неоднородным строением основания и различием в конструкции сечений
more » ... нструкции сечений плотины. На русловом участке стена прорезает не только русловые отложения, но и нижнюю часть плотины. На правобережном участке стена прорезает только верхнюю часть мощной толщи глинистых грунтов. Параметры численной модели сооружения и основания были подобраны таким образом, чтобы добиться примерного соответствия натурных и расчетных данных об осадках галереи, расположенной над стеной. При калибровке модели было выявлено, что подъем галереи, отмечаемый по натурным данным, связан с наполнением водохранилища. При подъеме уровня грунтовых вод часть массива грунтов основания и тела плотины переходит во взвешенное состояние. Результаты численного моделирования показали, что основной вид деформаций стеныэто деформации вертикального сжатия от осадок окружающего грунта. Они приводят к концентрации в стене сжимающих напряжений. Неравномерное распределение осадок вдоль створа вызывает деформации изгиба в плоскости стены. Этот продольный изгиб приводит к появлению в стене небольших растягивающих напряжений в направлении вдоль створа. Однако в целом НДС стены довольно благоприятное, т.к. она сжата со всех сторон. Изгибные деформации стены от ее прогиба незначительны. Ключевые слова: стена в грунте; напряженно-деформированное состояние; численное моделирование; Юмагузинский гидроузел; натурные данные; осадки; изгиб Введение. Постановка задачи «Стены в грунте» довольно часто применяются как противофильтрационный элемент в основании и теле грунтовых плотин [1]. Они выполняются как в скальном, так и в нескальном основании. Первая противофильтрационная стенка в мировой практике была устроена в 1948 г. в США, а в СССР -в 1959 г. на Чурубай-Нуринской плотине [2]. В последнее время противофильтрационные завесы методом «стена в грунте» были устроены в основании плотин Даулиганга (Индия), Мерове (Эфиопия) [3], Перибонка (Канада) [4], Сильвенштейн (Германия) [5], Сялонди (Китай) [6], Сангтудинского гидроузла (Таджикистан) [7] и других. Большие работы по устройству противофильтрационной завесы методом «стена в грунте» были проведены на плотине Керхе в Иране. Ее площадь составляет 190000 м 2 [8]. В России противофильтрационные стены были устроены в основании грунтовых плотин Юмагузинского и Ирганайского гидроузлов. Противофильтрационные стены выполняют также в теле грунтовых плотин, если требуется их ремонт. Методом «стена в грунте» в 2000-2002 гг. была устроена диафрагма в ядре Курейской плотины, так как в нем образовались трещины и возросшая фильтрация угрожала безопасности плотины [9]. В 2008 г. в дамбе Герберта Гувера вокруг озера Окичоби в США была устроена стена длиной 21,4 мили, то есть более 34 км [10, 11]. В последнее время появились предложения по использованию «стен в грунте» в качестве противофильтрационных диафрагм вновь строящихся грунтовых плотин [12]. Условия работы стен, устроенных в грунтовом массиве, очень сложные. Они тонкостенные, поэтому не в силах сопротивляться воздействию вмещающего их массива грунта. В основном они следуют деформациям грунтового массива. Расчеты, выполненные нами [13-15] и другими авторами [16][17][18], показали, что такие стены могут испытывать не только изгиб, но и значительные сжимающие усилия. Чтобы в стене не возникало концентрации напряжений, желательно, чтобы деформируемость материала стены приближалась к деформируемости грунта. Вследствие этого чаще всего применяют не жесткие бетонные, а пластичные глиноцементобетонные смеси. 20 MODELS Magazine of Civil Engineering, No.5, 2015 Саинов М.П. Пространственная работа противофильтрационной стены Первая стена из пластичного бетона была применена в 1959 г. на плотине Санта-Люче в Италии [19]. На плотине Керхе применялся материал с расходом 200...220 кг цемента и 30...40 кг бентонита на 1 м 3 [8]. Модуль его деформации составил 700...2000 МПа. На плотине Курейской ГЭС глиноцементобетонные сваи выполнялись из материала, в составе которого 125...156 кг цемента и 120...140 кг бентонита. Модуль деформации такого материала составил всего 10...20 МПа, но прочность -1...2 МПа [9]. Sainov M.P. 3D performance of a seepage control wall in dam and foundation Abstract This article analyzes the results of numerical modeling of the stress-strain state (SSS) of a grout curtain carried out by the cut-off wall method in the dam foundation and body of the Yumaguza hydroelectric complex. On the river channel section the wall cuts through not only the riverbed deposits, but also the lower part of the dam. On the right-bank section the wall cuts through only the upper part of a very thick layer of clay soils. The numerical model parameters of the structure and the foundation were selected in a way allowing to obtain approximate conformance of field and calculation data on the settlements of the gallery located beneath the wall. It was revealed during model calibration that the uplift of the gallery recorded from the field data is related to the reservoir filling. At the rise of the groundwater level a part of the soil mass in the dam foundation and body passes into a suspended state.
doi:10.5862/mce.57.2 fatcat:eozdk2kaubburnl7wyjjsejvja