CC BY
12
РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК СКАЛЬНОГО ОСНОВАНИЯ СЕКЦИИ № 28 БЕТОННОЙ ПЛОТИНЫ БОГУЧАНСКОЙ ГЭС
П.В. ШЕСТОПАЛОВ, инженер
АО «ИГХолдинг Рус», 123317, Москва, Пресненская наб., д.6, стр.2, оф.43-10, info@ighrus. com
В соответствии с разработанной автором методикой расчетного определения физико-механических характеристик оснований бетонных сооружений на основе конечно-элементных моделей выполнены расчетные исследования деформативных и прочностных характеристик скального основания секции №28 бетонной плотины Бо-гучанской ГЭС с учетом данных натурных наблюдений за осадками основания (в том числе его приконтактных зон).
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: секция бетонной плотины Богучанской ГЭС, верховой и низовой столбы, скальное основание, приконтактная зона, деформативные и прочностные физико-механические характеристики, натурные наблюдения, осадки, конечно-элементные модели.
Бетонная плотина Богучанской ГЭС длиной 757 м состоит из 16-ти глухих (общей длиной 287 м), 9-ти станционных (общей длиной 270 м) и 8-ми водосбросных секций (общей длиной 200 м). Принятая для иллюстрации подхода автора к расчетным исследованиям скального основания секция №28 имеет высоту 97 м, ширину 22 м [ 1 ].
Основание секции №28 расположено целиком в области гидротермального изменения долеритов с пониженными деформационными характеристиками. Непосредственно под подошвой секции на глубину 12...20 м залегают долери-ты зоны Б1т с проектным модулем деформации 3000 МПа. Как это будет показано далее, в пределах этого слоя непосредственно в приконтактной области (на основе сопоставления результатов расчётов с натурными данными) выделена зона основания Б1™ толщиной 2.3 м c чрезвычайно низкими модулями деформации 100.200 МПа. Ниже зоны Б^ располагается зона Б2т с модулем деформации 6000 МПа.
Для измерения относительных осадок скального основания в приконтактной зоне под верховым столбом I секции № 28 установлены два ряда деформо-метров: в первом ряду №№ 228с21 и 228с22* с базой 2 м и №№ 228с51* и 228с52 с базой 5 м; во втором ряду №№ 228с23 и 228с24 с базой 2 м и №№ 228с53 и 228с54 с базой 5 м; под низовым столбом IV установлены деформо-метры №№ 228с25* и 228с26 с базой 2 м и №№ 228с55* и 228с56 с базой 5 м (деформометры, помеченные знаком *, не работают к настоящему времени).
Наблюдения за осадками основания секции №28 проводятся с помощью глубинных реперов (на основе деформометров ПЛПС-10), заложенных на глубине 10, 20, 30 и 50 м. Наблюдения за осадками тела секции №28 ведутся по двум потолочным маркам (ПМ-28-1, ПМ-28-2), расположенным в цементационной галерее.
Конструкция секции №28 с основанием и схемой размещения приборов представлена на рис. 1.
В верховом столбе (28-I) секции №28 при напряжениях по подошве первого столба 2,31 МПа осадки приконтактной зоны основания изменяются в диапазоне от 3,40 мм (228 с23) до 5,00 мм (228с54), а в низовом столбе (28-IV) они составляют от 3,56 мм (228с26) до 4,54 мм (228с55).
Результаты натурных наблюдений за осадками основания секции №28 бетонной плотины представлены графически на рис. 2.
в сечении вдоль потока
Расчетное уточнение физико-механических характеристик основания секции №28 проводилось итерационным путем для шестнадцати характерных этапов возведения сооружения на основе соответствующих конечно-элементных моделей секции №28 совместно с основанием.
Разработка конечно-элементных моделей секции №28 совместно с основанием проводилась с учетом опыта моделирования бетонных сооружений с основаниями [2, 3, 4, 5, 6, 7]. Результаты расчета для 16-го этапа возведения секции №28 (по состоянию на начало 2012 г.) приведены в табл. 1.
Таблица 1
Глубина залегания слоя, м Модули деформации (МПа) в конце 16-го этапа
В верховой части основания В низовой части основания
Створ 1 Створ 2
0-2 2615 976 1187
2-5 2893 1084 1318
5-20 4523 4523 4523
20-35 7453 7453 7453
Следует подчеркнуть, что приращения осадок секции №28 на каждом из расчетных этапов и их суммарные значения хорошо согласуются с натурными данными.
а)
Э,: 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0 -4.5 -5.0 -5.5 -6.0 -6.5
1
Годы
б)
8, мм
0 -5
-10
-15
-20
-25
1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013
Годы
Рис. 2. Результаты натурных наблюдений за осадками основания секции №28 бетонной плотины: а) данные натурных измерений относительных осадок основания по дефор-мометрам с базой 2 м и 5 м (верховая и низовая сторона); б) геодезические измерения
общих осадок основания
В АО «Институт Гидропроект» на основе многочисленных натурных экспериментов по определению деформативных и прочностных характеристик скальных пород разработана методика определения параметров Rcm , С и tgф по величине модуля деформации приконтактного слоя.
С использованием полученных значений модулей деформации были определены прочностные характеристики грунтов основания секции №28 бетонной плотины Богучанской ГЭС (табл. 2).
Таблица 2 Модули деформации приконтактного слоя Е, призменная прочность
сдвиговые параметры С и tgf
№№ п/п Зона подошвы секции №28 Деформативные и прочностные характеристики скальной породы приконтактного слоя
Е, МПа Rcm, МПа <ёФ С, МПа
1 Верховая (створ 1) 2615 2,615 1,163 0,471
2 Верховая (створ 2) 976 0,976 0,945 0,213
3 Низовая 1187 1,187 0,985 0,248
Полученные результаты определения физико-механических характеристик скального основания секции №28 бетонной плотины Богучанской ГЭС были использованы при проведении поверочных расчетов прочности и устойчивости данной секции.
Л и т е р а т у р а
1. Volynchikov, A. V. Structural aspects of the Boguchany project on the Angara river // The International Journal on Hydropower & Dams. - 2007. - Iss. 3 (No 3). - Pp.58-62.
2. Шестопалов П.В. Расчетные исследования для уточнения физико- механических характеристик скального основания на основе данных натурных наблюдений // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений.- 2013.-№1.-С. 66-73.
3. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Ляпин О.Б., Нефедов А.В. Исследования бетонных и железобетонных энергетических сооружений // Гидротехническое строительство. -1999. - №8/9. - С. 22-28.
4. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Гребенщиков В.П., Цыбаков В.А., Нефёдов А.В., Ка-танов А.Д., Пономарёв Д.И. Расчетное обоснование решений по обеспечению надёжности конструкций водосброса № 2 бетонной плотины Богучанской ГЭС // В сб. «Бетонные и железобетонные гидротехнические сооружения»: Известия ВНИИГ. - 2005. -Том 244. -С. 227-233.
5. Лисичкин С.Е., Рубин О.Д., Шакарс И.Э., Новиков С.П. Расчетная оценка напряженно-деформированного состояния левого блока здания Плявиньской ГЭС с учетом данных натурных наблюдений // Гидротехническое строительство. - 1998. - №2. -С. 47-53.
6. Xu, L. Stress and Deformation Analysis for the Concrete Face Rockfill Dam of Wuyue Pumped Storage Power Station / L. Xu, Z. Shen, F. Yang, X. Gu // Materials of ASCE. - 2012. - Pp. 986-995.
7. Moraes, R. Numerical codes used to model failure in large fractured scale and jointed rock slopes in hydropower projects / R. Moraes // 6-th Int. Conference on Dam Engineering. Lisbon. - 2011. - Рр. 445-451.
R e f e r e n c e s
1. Volynchikov, AV(2007). Structural aspects of the Boguchany project on the Angara river. The International Journal on Hydropower & Dams, Iss.3 (No.3), pp.58-62.
2. Shestopalov, PV (2013). Raschetnye issledovaniya dlya utochneniya fiziko-mehanicheskih harakteristik skalnogo osnovaniya na osnove dannih naturnih nabluydeniy. Stroitel'naya Mechanika Inzhenernyh Konstruktziy i Sooruzheniy, №1, рр. 66-73.
3. Rubin, OD, Lisichkin, SE, Lyapin, OB, Nefedov, AV (1999). Issledovanya betonnih i zhelezobetonnih energeticheskih sooruzheniy. Gidrotechnicheskoe Stroitel 'stvo, №8/9, pp. 22-28.
4. Rubin, OD, Lisichkin, SE, Grebenschikov, VP, Zcibakov, VA, Nefedov, AV, Katanov, AD, Ponomarev, DI. (2005). Raschetnoe obosnovanie resheniy po obespecheniyu nad'ozhnosti konstrukciy vodosbrosa № 2 betonnoy plotini Boguchanskoy GES, Sb. «Betonnie i Zhelezobetonnie Gidrotechnicheskie Sooruzheniya», Izv. VNIIG, Vol. 244, pp. 227-233.
5. Lisichkin, SE, Rubin, OD, Shakars, IE, Novikov, SP (1998). Raschetnaya ozcenka napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya levogo bloka zdaniya Plyavinskoy GES s uch'otom dannih naturnih nabl'udeniy, Gidrotechnicheskoe Stroitel'stvo, № 2, pp.22-28.
6. Xu, L., Shen, Z., Yang, F., Gu, X. (2012). Stress and Deformation Analysis for the Concrete Face Rockfill Dam of Wuyue Pumped Storage Power Station, Materials of ASCE, pp. 986-995.
7. Moraes, R. (2011). Numerical codes used to model failure in large fractured scale and jointed rock slopes in hydropower projects, 6-th Int. Conference on Dam Engineering, Lisbon, рр. 445-451.
SETTLEMENT DEFINITION OF PHYSICAL-AND-MECHANICAL
CHARACTERISTICS OF ROCK FOUNDATIONS OF THE SECTION № 28 OF THE CONCRETE DAM OF BOGUCHANSKAYA HPS
P.V. Shestopalov
JSC "IGHoldingRus", Moscow, Russia
In accordance with the author method of calculation of the physical-and-mechanical characteristics of the foundations of concrete structures based on finite element models, computational studies of deformability and strength characteristics of rock foundation of section №28 of Boguchanskaya HPS concrete dam based on foundation subsidence field data (including its near-contact zones) were performed.
KEY WORDS: section of Boguchanskaya HPS, concrete dam, upstream and downstream poles, bedrock, near-contact zone, deformability and strength, physical-and-mechanical characteristics, field observations, subsidence, finite element model.
