Файл: Газиев Э.Г. Механика скальных пород в строительстве.pdf

теристик скального массива является метод нагружения штампом. Однако, принимая во внимание, что скальный массив, как правило, не является однородным линейиоупругим континуумом, а чаще представляет собой ани­ зотропную дискретную среду, состоящую из блоков оп­ ределенного размера, есть основания предполагать, что деформируемость такого массива будет зависеть от от­ носительного размера загружаемой площади, или, ины­ ми словами, от соотношения размеров штампа и скаль­ ных блоков, слагающих массив. Это явление получило название масштабного эффекта.

Стремление снизить влияние масштабного эффекта при проведении полевых испытаний штампами для оцен­ ки деформативности скального основания того или ино­ го сооружения привело к увеличению размеров штам­ пов, что, в свою очередь, привело к необходимости приложения к ним огромных усилий и наряду с усложне­ нием и утяжелением оборудования вызвало значитель­ ное удорожание эксперимента. Однако даже увеличение размеров штампов с 1 до 2 или 3 м2 не решает пробле­ мы, так как площадь опорной поверхности пяты соору­ жения в десятки раз превышает те площади, которые практически можно загрузить при проведении полевых исследований.

Наиболее рациональным методом изучения этого яв­ ления следует признать метод моделирования, позво­ ляющий воспроизвести на модели различные соотноше­ ния между шириной штампа и размером блока основа­

Модули деформации блочной среды, вычисленные по зависимостям теории упругости, различны для различ­ ных размеров штампа, что свидетельствует о наличии масштабного эффекта. Наиболее сильно влияние мас­ штабного эффекта сказывается при относительно не­

166

очень высокие значения модулей, которые резко падают с увеличением Ь/а5л. При о/абл = 24-4 наблюдаются ми­ нимальные значения модулей, а при дальнейшем возра­ стании ширины штампа модули несколько увеличивают­ ся, постепенно стабилизируясь по величине.

Уравнения теории упругости, используемые для вы­ вода формул Фламана или Буссинеска, предусматрива­ ют линейную зависимость осадки штампа от приложен­ ной нагрузки. При испытании трещиноватой блочной среды эта линейная зависимость не всегда наблюдается, что и приводит к искажению получаемых результатов, а также появлению так называемого масштабного эф­ фекта. Кроме того, возникает вопрос в правомерности использования уравнений теории упругости для вычис­ ления модуля деформации (упругости) при отсутствии линейной зависимости между осадками и напряжениями.

Следует, однако, иметь в виду, что определенные та­ ким образом модули деформации, хотя и представля­ ются недостаточно обоснованными с теоретической точ­ ки зрения, позволяют оценить реальные смещения, кото­ рые будут происходить в подошве сооружения, что при проектировании таких сооружений, как арочные плоти­ ны, имеет исключительное значение.

5. Примеры изучения напряженно-

деформированного состояния

скальных оснований гидротехнических сооружений

Первые геомеханические модели, воспроизводящие структуру реального скального основания гидротехни­ ческих сооружений, были выполнены для изучения ос­ нований высоких арочных плотин. Это объясняется тем, что, во-первых, высокие арочные плотины передают па скальное основание огромные нагрузки и, во-вторых, их поведение под нагрузкой в значительной степени опре­ деляется податливостью и деформируемостью скальных примыканий.

Основной целью этих исследований было определе­ ние деформаций и смещений блоков скального основа­ ния, а также характера его разрушения при испытани­ ях на предельную нагрузку.

Одно из первых достаточно сложных и интересных исследований было осуществлено М. Панчини в I960 г. в Экспериментальном институте моделей и сооружений

167

ставом, у которого прочность на срез равнялась 25% прочности на срез основного материала блока, а другие имели нулевое сцепление и углы трения 30 и 45°.

Нагружение модели осуществлялось жидкостями различной плотности. Разрушение ее произошло при ис­ пользовании жидкости с объемным весом 1,5 т/м3.

На моделях были воспроизведены системы крупных трещин, пересекавших створ плотины и имевших весьма низкие углы внутреннего трения (около 8—10°).

При изучении деформируемости модели скального основания плотины была воспроизведена гидростатичес­ кая нагрузка на верховую грань плотины и борта водо­ хранилища, а также гидростатическое давление на це­ ментационную завесу и в зоне трещины на нравом бе­

ния плотины и скального основания. Эти смещения в на­

трещин в скальном основании, а лишь с воспроизведением зон с различной деформативностью, было осуществлено под руководством автора в 1962—1963 гг. в институте Гидроэнергопроект в Москве. Изучалось напряженно-

168

деформированное состояние арочной плотины Видрару

ний. Однако модули упругости слагающих створ пород составляли 135 тс/см2 для средней и нижней трети ле­ вого берега и нижней трети правого берега, 200 тс/см2 для средней и верхней трети правого берега и 100 тс/см2 для верхней трети левого берега.

Вначале было осуществлено испытание упругой мо­

В процессе исследования поведения плотины под нагруз­ кой изучались также напряжения в скальном основании на различной глубине под пятой плотины.

Для определения коэффициента запаса прочности и установления характера разрушения плотины нагрузка на модель была доведена до разрушающей. Первые тре­ щины в теле плотины появились на верхних отметках правобережного примыкания, где основание имело наи­ больший модуль упругости, а следовательно, и наиболь­ шую жесткость. Отсюда и началось разрушение пло­ тины.

В 1966 г. в Министерстве гидравлических ресурсов Мексики под руководством автора было проведено ис­ следование поведения скального массива в основании гравитационной бетонной плотины Ля Амистад (Мекси­

в) исследование деформаций и смещений скального ос­ нования; г) определение коэффициента запаса прочно­ сти сооружения и его скального основания.

Модель в геометрическом масштабе ?.= 100 была изготовлена из гипсопесчаной смеси, а прослойки глини­ стого материала выполнялись из специального состава

169

ния плотины Ингури ГЭС при отсут­ ствии цементаци­ онной штольни (а)

171