Файл: Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов.pdf

горизонтальному. На границе слоев происходит резкое преломление линий тока (рис. 114). Такое строение водоносной толщи более бла­ гоприятно с точки зрения значений фильтрационных потерь, но ме­ нее благоприятно по устойчивости сооружения (имеется опасность выпирания пород, сдвига, а иногда и суффозии).

Критический градиент, при котором может произойти выпор грунта в нижнем бьефе, определяется по приближенной формуле Е. А. Замарина:

Рис. 114. Движение подземных вод под плотиной в двухслойной толще пород

где уг и у — соответственно удельный вес грунта и воды (для ори­ ентировочных расчетов можно принимать угл;2,66 г/см3), п — по­ ристость грунта в долях единицы.

Решение для двухслойного строения основания плотины полу­ чено Г. Н. Каменским при условии учета преобладающего верти­ кального движения в верхнем слабопроницаемом слое мощностью гп\ с коэффициентом фильтрации k\ и горизонтального движения в. нижнем хорошопроницаемом слое мощностью т2 с коэффициентом

фильтрации k2 (см. рис. 114).

Расчетная формула для определения фильтрационного расхода под плотиной имеет вид:

в которой все обозначения ясны из рис. 114.

Средний напорный градиент в верхнем слое, при выходе потока

При отсутствии в одном из бьефов слабопроницаемого слоя расчетные формулы (VIII,9 и VIII,10) соответственно приобретают вид:

чить, что отсутствие верхнего слоя в верхнем или нижнем бьефе приводит к увеличению фильтрационного расхода. Из сравнения уравнений (VIII, 10 и VIII,12) находим, что в рассмотренном случае напорный градиент также увеличивается. Как возрастание фильтра­ ционного расхода, так и увеличение напорного градиента на участке нижнего бьефа, являются неблагоприятными показателями для гид­ ротехнических сооружений.

Расчеты фильтрации под плотиной можно проводить также на основе гидродинамических сеток, которые получают с помощью мо­

397,0 м/сут. Пористость горных пород п составляет в среднем 0,27,. их удельный вес 2,7 г/см3. Определить расход потока под плотиной

Средний напорный градиент при выходе потока в нижний бьеф-

Значение критического градиента вычисляем по формуле (VIII,8) :

/кР = (Ѵг- 1) (1 - л) = (2,7 - 1) (1 - 0,23)= 1,309.

Обычно принимают запас прочности не менее 3. В рассматри­ ваемых условиях возможность сооружения проектируемой плотины по ее технической надежности и устойчивости не вызывает сомнений (необходимый запас прочности обеспечен).

Фильтрация под плотиной при многослойном основании. Если в

ношению к одному или двум основным слоям, коэффициенты фильт­ рации которых при этом принимаются за расчетные. Так, напри­ мер, если основание под плотиной состоит из четырех слоев, имею­

щу к двухслойной, выбрав в качестве основных первый и третий слои (рис. 115). Тогда полученная в результате виртуального при­ ведения двухслойная толща будет характеризоваться коэффициен­ том фильтрации верхнего слоя М= &і = 0,5 м/сут и коэффициентом фильтрации нижнего слоя &п= /г3 = 55 м/сут. Мощности верхнего и нижнего слоев будут соответственно равны:

Аналогичным образом можно было привести толщу к условно однородной по коэффициенту фильтрации одного из слоев.

После виртуального приведения расчеты фильтрации под плоти­ ной осуществляются по соответствующим формулам для двухслой­ ного или однородного основания с учетом вместо реальных мощно­ стей, их виртуального эквивалента. Однако никогда не следует за­ бывать об условности такого рода приведений, в соответствии с чем выполненные расчеты в большинстве случаев нуждаются в допол­ нительной проверке другими методами.

ФИЛЬТРАЦИЯ в ОБХОД ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Фильтрация воды из верхнего бьефа в нижний в обход гидротехнических сооружений происходит при наличии в берегах водохранилища водопроницаемых горных пород. При этом созда­ ются фильтрационные потоки, огибающие плечевые примыкания плотин и дренируемые нижним бьефом или ближайшими речными

Рис. 116. Схема обходной фильтрации (разрез по линии тока)

а — безнапорной, б — напорной

долинами (см. рис. 106 и 117). На условия развития обходной фильтрации оказывают влияние такие факторы, как действующий напор Я, строение водопроницаемых отложений в берегах водохра­ нилища и характер движущегося в них потока подземных вод, кон­ фигурация плечевого примыкания плотины к берегу (плоское, ра­ диальное, сложное), наличие противофильтрационных конструктив­ ных элементов на участке примыкания плотины. Учет всех этих факторов при расчетах вызывает иногда значительные затруднения, в связи с чем приходится прибегать к методам моделирования и расчетам по гидродинамическим сеткам.

При оценке обходной фильтрации наряду с определением рас­ хода в обход плечевых примыканий плотины устанавливают значе­ ния напорных градиентов и скоростей потока при выходе в нижний бьеф, а также схему распределения напоров обходного потока.

Обходная фильтрация рассматривается как двухмерная плано­ вая. При этом по гидравлическому характеру обходной фильтра­ ционный поток может быть как напорным, так и безнапорным, что предопределяется строением фильтрационной толщи в берегах во­ дохранилища. При наличии в берегах водохранилища покровных водонепроницаемых отложений, перекрывающих водоносный пласт, будет иметь место напорный обходной поток (рис. 116, б), при от­ сутствии таких отложений обходной поток будет безнапорным (рис. 116, а). Входным сечением, представленных на рис. 116 пото-

■ков, является вертикальное сечение по линии уреза воды в верхнем бьефе, выходным — такое же сечение в нижнем бьефе. При совер­ шенном врезе водохранилища обходной напорный поток является плоским в плане и, следовательно, для его оценки можно исполь­ зовать решения, полученные для оценки плоского в разрезе напор­ ного потока под основанием плотины. При этом принимается соот­ ветствующее решение, отвечающее конфигурации плечевого при­ мыкания плотины, т. е. используются аналогичные уже готовые решения.

Фильтрационный расход обходного потока определяется в таком случае по формуле:

k = \, ш=1 и //= 1 ), которая определяется в зависимости от формы плечевого примыкания плотины (плоское, со шпунтом), его ширины 2Ь и ширины зоны обходной фильтрации В і по соответствующим вспомогательным графикам и таблицам (см. стр. 236).

Точно так же по соответствующим формулам, полученным для потока под плотиной, могут быть определены значения напорного градиента при выходе потока в нижний бьеф и распределение на­ пора по контуру плечевого примыкания плотины.

Если обходной поток по своему характеру безнапорный, то рас­ четы выполняются так же, как и для напорного потока (определе­ ние приведенных значений qT /іг), с последующим переходом от ре­ шений для напорного потока к решениям для безнапорного потока. При этом фильтрационный расход потока определяется по фор­ муле:

Q = Æ ^ < 7 r . (VIII,14)

При переходе из приведенного напора hT« реальным значениям напора (мощности потока) используется соответственно формула:

Нх = у № - ( № - № ) hT (VIII,15)

где И 1 и Нг — напоры (мощности потока) в верхнем и нижнем бье­ фах.

Изложенная методика расчетов обходной фильтрации основы­ вается на применении к оценке обходного фильтрационного потока гидромеханических решений, полученных для потока под плотиной. При этом не принимается во внимание влияние потока подземных вод прибрежной территории. Однако в реальных условиях такой по­ ток, как правило, имеет место и оказывает существенное влияние на условия развития обходной фильтрации (рис. 117).

Расчеты обходной фильтрации с учетом влияния грунтового по­ тока. Естественный поток грунтовых вод обычно имеет направле­ ние к речным долинам. Влияние потока грунтовых вод выражается в «прижимании» обходного фильтрационного потока к водохрани­

лищу, сокращении зоны обходной фильтрации и уменьшении фильт­ рационных потерь из водохранилища. Это влияние выражается тем сильнее, чем больше уклон потока грунтовых вод к водохранилищу; наоборот, при малом уклоне грунтового потока или если поток на­ правлен от водохранилища, ширина зоны обходной фильтрации, будет максимальной и фильт­ рационные потери более значи­ тельными.

В простых гидрогеологиче­ ских условиях полубесконеч­ ный однородный поток на го­ ризонтальном водоупоре (рас­ положение урезов водохрани­ лища в верхнем и нижнем бье­ фах на одной прямой) при ок­

находятся по разности между расходом потока из водохранилища и расходом бытового потока при направлении последнего к водохра­ нилищу, определяются по формуле:

Напор потока в любой точке области фильтрации на участках верхнего и нижнего бьефов определяется соответственно по следую­ щим выражениям: