] ^>0.5

Приведем пример №1 расчета параметров фильтрации для заданных размеров плотины и напора: Напор Н = 20 м; Ширина по гребню плотины В = 10 м; Высота плотины Н_>1=22 м;

Заложение откосов m_>1= m_>2 = 4; Коэффициент смещения координат ε = 0.4; Коэффициент фильтрации k = 0.036 м /час (как средний в песчаной однородной плотине Цимлянской ГЭС); Глубина воды в нижнем бьефе h_>0 = 0;

Тогда: L_>1 = (H – εH) m_>1 = (20 – 0.4 x 20) х 4 = 48 м; :

L = H_>1m_>1 + В + H_>1m_>2 – L_>1 = 22 х 4 +10 +22 х 4 – 48 = 138 м;

Высота выклинивания линии депрессии на низовом откосе h_>1 будет при h_>0 = 0;

h_>1 = L/m_>2 – [L^>2/m_>2^>2 – H ^>2]^{> 0.5} = 138/4 – (132^>2/4^>2 – 20^>2)^{> 0.5} = 34.5 – 28.1 = 6.4 м

Фильтрационный расход на 1 м длины плотины q_>1= k (H^>2 – h_>1^>2) / [2 (L – m_>2h_>1)]

q_>1 = 0.036 (20^>2 – 6.4^>2) /2 (138 – 4 x 6.4) = 12.9/224.8 = 0.057 м^>3/час,

или на 1 км длины плотины Q = 57 м^>3/час

Ординаты депрессионной кривой находим из уравнения y = [H^>2 – (2q/k) x] ^>0.5

У = [20^>2 – (2 х 0.057/0.036) x]^{> 0.5} = [400 – 3.16Х]^{> 0.5}; При Х = 0 У = Н = 20 м.;

При У = h_>1= 6.4 м; Х = L – m_>2 h_>1 = 138 – 4 х 6.4 = 112.4 м; Задаваясь значением Х от нуля до 112 м можно построить кривую депрессии.

Обратимся к расчету расхода фильтрации плотины на проницаемом основании.

Рис. 5.2.3. Схема фильтрации однородной недренированной плотины на проницаемом основании [7].

Общий расход фильтрации равен сумме двух расходов: расхода q_>1 через однородную плотину на непроницаемом основании и расхода q_>2 через проницаемое основание. Первый расход определяется по формуле, положение кривой депрессии – по уравнению (205). Второй расход – представляет расход воды, протекающий по прямоугольной трубе высотой Т и шириной 1 м кривыми струйками, средняя длина которых βL’, а средний градиент потока H/βL’. Поэтому расход через основание:

q_>2 = k_>2HT/βL’

Суммарный расход фильтрации:

q=k (H^>2 – h_>1^>2) / [2 (L – m_>2h_>1)] + k_>2HT/βL’ (219),

Где h_>1 – высота выклинивания линии депрессии на низовом откосе по уравнению (203),

k_>2 – коэффициент фильтрации грунта основания; β – коэффициент удлинения пути фильтрации через основание:

Выполним примерный расчет фильтрации под основание плотины (пример №2) при глубине залегания водоупора Т = 20 м и условиях принятых в примере №1.

ОтношениеL’/T = 186/20 = 9.3. По интерполяции из таблицы можно принять коэффициент

β = 1.17; При этих условиях расход фильтрации через основание плотины будет:

q_>2 = k_>2HT/βL’ = 0.036 х 20 х 20/1.17 x 186 = 14.4/217.6 = 0.066 м^>3/час на 1 м длины плотины. Суммарная фильтрация в основании и тело плотинысоставит:

Q = 0.066 +0.057 = 0.123 м^>3/час.

В литературе [2] рассмотрены и другие, более сложные случаи определения фильтрации: высоты выклинивания линии депрессии на низовом откосе и расхода фильтрации для однородной дренированной плотины, экранированной плотины с дренажем, экранированной плотины с зубом и дренажем. Эти случаи рекомендуем изучать непосредственно по первоисточнику.

Рис. 5.2.4. Дренажная призма из камня с наслонным дренажем [2].

Из приведенного расчета фильтрации через однородную плотину на непроницаемом основании, изображенной на рис. 5.2., видно, что линия депрессии на низовом откосе выклинивается на значительной высоте h_>1, что может вызвать суффозию грунта, особенно при промерзании. В целях исключения суффозии и понижения выхода выклинивания фильтрационных вод используют дренажную призму и наслонный дренаж (рис. 5.2.4.).

В литературе [2] помещена таблица определения суффозии по коэффициенту неоднородности грунта плотины и градиентов фильтрации H/l.

По исследованиям В. С. Истоминой, скорости и градиенты фильтрации, при которых начинается механическая суффозия, существенно зависят от неоднородности грунта, характеризуемой, как известно, коэффициентом