Устойчивость на сдвиг мягких гидротехнических сооружений наполняемого типа Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

_______НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

УСТОЙЧИВОСТЬ НА СДВИГ МЯГКИХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НАПОЛНЯЕМОГО ТИПА

М.А. СОРОКИН, ст. преподаватель каф. транспорта леса МГУЛ

На кафедре транспорта леса МГУЛ в последние годы проводятся работы по созданию мягких гидротехнических сооружений наполняемого типа и их применению для улучшения гидрологических и эксплуатационных характеристик водных путей. Разработано несколько конструкций сооружений этого типа [1], изучены процессы взаимодействия сооружения с водным потоком в рабочем и транспортном положениях [2, 3], проведены натурные испытания.

В гидротехнических сооружениях наполняемого типа в качестве наполнителя обычно используется вода. Для увеличения веса сооружения и обеспечения работоспособности в случае нарушения герметичности оболочки в нее дополнительно могут быть помещены твердые элементы с удельным весом более 1000 кг/м3. [4]. Поэтому ГТС данного типа, если они заполнены водой или более тяжелым наполнителем, можно отнести к гравитационным, у которых значительная часть сдвигающих усилий компенсируется собственным весом сооружения.

На рис. 1 показана схема расчета устойчивости плотины наполняемого типа. Сдвигающая сила Р - это результирующая сил давления на сооружение со стороны верхнего Рв и нижнего Рн бьефов, а также продольная составляющая силы воздействия лесоматериалов Р (плоского плота, поперечной щети бревен и т.п.) в случае использования сооружения на лесосплавных реках.

Р = Р _ Р _ Р , Н. (1)

Сила давления воды на сооружение со стороны верхнего Рв и нижнего Рн бъефов определяется по формулам

Р= р S = Pg(H/2)Hb, Н, (3)

где р - плотность воды, кг/см3;

H и H - средние глубины в верхнем и нижнем бьефах соответственно, м; b - ширина сооружения, м. .

sorokin@mgul.ac.ru

Удерживающая от сдвига сила F зависит от веса сооружения G, фрикционных свойств грунта и материала в основании сооружения, а также силы противодавления фильтрационного потока на сооружение Рф.

Вес гидротехнического сооружения G без учета веса оболочки, которым можно пренебречь, c с достаточной точностью можно определить по формуле

G = pgb(rctfl)/4, Н, (4)

где р - плотность наполнителя, кг/см3;

l _ максимальный размер поперечного сечения сооружения, м2 ; b - ширина сооружения, м.

Силу противодавления фильтрационного потока на основание сооружения можно определить по формуле

РФ = рФ$онН = pg[H - Н (5)

где Рф _ среднее фильтрационное давление в

основании плотины;

С0 _ коэффициент, характеризующий фильтрационные свойства грунта в основании сооружения; l0 - длина фильтрационного пути под сооружением, равная (при отсутствии гибкого флютбета) длине, соприкасающейся с основанием части поперечного сечения оболочки.

Сила воздействия сооружения на основание P определяется как разность между его весом и силой противодавления проходящего под ним фильтрационного потока Рф

Рверт = Pgb(H)/4 - H - 0,5lC% Н. (6)

Удерживающая от сдвига сила F определяется по формуле

F = Р f, Н, (7)

верт

где f - коэффициент трения (угол трения); равный, например, для полиэтилена по мокрому грунту f = 0,25.

Устойчивость гидротехнического сооружения на сдвиг характеризуется коэффициентом запаса устойчивости k = F/P , который не может быть меньше 1, и для железобетон-

150

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

Рис. 1. Схема расчета устойчивости плотины наполняемого типа

Рис. 2. Зависимость коэффициента устойчивости от фильтрационных свойств грунта

Рис. 3. Способы крепления сооружения за береговые опоры

Рис. 4. Способы создания дополнительной удерживающей силы

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

151