Расчеты напряженного состояния плотин и их оснований методом конечных элементов

В настоящее время расчеты сооружений и их оснований проводятся с использованием метода конечных элементов. При этом методе плотина и ее основание разбиваются на малые элементы, а все нагрузки преобразуются в систему сосредоточенных сил, приложенных в узловых точках (вершинах) элементов. Определение напряжений и деформаций в методе конечных элементов сводится к решению системы многочисленных алгебраических уравнений, исходя из принципа возможных перемещений.

На рис. 6.12 показан пример конечноэлементной модели глухой бетонной плотины на скальном основании.

Рис. 6.12. Схема разбивки на конечные элементы глухой плотины

Применяя метод конечных элементов, можно учесть в плотине области бетонов разной прочности, плохо зацементированные межстолбчатые швы, трещины, контактную зону плотины и основания, роль в них фильтрационных сил и др.

Фильтрационные расчеты грунтовых плотин

Задача фильтрационных расчетов грунтовых плотин сводится:

• • к определению расходов воды, протекающих через плотину и основание (если основание проницаемо);
• • построению кривой депрессии;
• • нахождению скоростей и градиентов напора фильтрационного потока в теле плотины, основании, в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границах противофильтраци- онных устройств.

Фильтрационные расчеты грунтовых плотин ведут при следующих допущениях:

• • грунт тела плотины принимается однородным и изотропным (во всех точках грунта коэффициент фильтрации имеет одну и ту же величину, не меняющуюся с изменением направления фильтрации в этой точке);
• • водоупор считается водонепроницаемым и горизонтальным;
• • рассматривается плоское движение фильтрационного потока, поэтому расчеты можно проводить на один погонный метр;
• • движение фильтрационного потока подчиняется закону Дарси.

Напомним основные формулы, используемые при равномерном движении грунтовых вод, рассмотренные в разд. 4.1.2. Средняя по сечению скорость фильтрации V = KI, расход фильтрации Q = со KI.

Результаты фильтрационных расчетов необходимы для определения:

• • фильтрационной прочности тела плотины, ее основания и берегов;
• • расчета устойчивости откосов плотины и берегов;
• • обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и конструкций плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.