Расчеты устойчивости гравитационных плотин на сдвиг случае нескальных оснований
Общие понятия о сдвиге сооружений на нескальных основаниях. Расчеты устойчивости на сдвиг на нескальных основаниях выполняют по первому предельному состоянию с целью обеспечения несущей способности основания. В состоянии предельного равновесия на всем протяжении рассматриваемой поверхности сдвига справедливо некоторое условие прочности, в качестве которого часто принимают уравнение Кулона — Мора.
Зависимость, характеризующая предельное равновесие грунта, приведена на рисунке 3.2,а. Участок СО (прямолинейный) характеризует диапазон напряжений, отвечающий условиям плоского сдвига. При происходит плоский сдвиг; исключена возможность местного выпора грунта.
Схемы сдвига и критерии их оценки. Сдвиг плотин на нескальных основаниях может происходить по следующим схемам: плоский сдвиг (рис.3.2,6) — непосредственно по поверхности опирания; его наблюдают при незначительной области пластических деформаций под подошвой или при их отсутствии; смешанный сдвиг (рис. 3.2, в)—частично по поверхности опирания сооружения АВ, а частично с выпором грунта основания (кривая ВСД); его наблюдают при определенном увеличении (по сравнению с плоским сдвигом) нормальных напряжений о при увеличении зон пластических деформаций у краев фундамента (большие зоны возникают у низовой грани); глубинный сдвиг (рис. 3.2,г) — с выпором грунта основания под всей подошвой (по кривой ABC, проходящей через верховое ребро). Глубинный сдвиг имеет место при значительном развитии областей пластических деформаций в основаниях, несущих только вертикальную нагрузку.
Схема плоского сдвига реализуется при выполнении следующих условий:
для оснований, сложенных песчаными, крупнообломочными, твердыми и полутвердыми глинистыми грунтами, при выполнении условия [99]:
для оснований сложенных пластичными, туго- и мягкопластичными глинистыми грунтами, при выполнении, кроме условия (3.3), следующих условий:
Для приближенной оценки возможности плоского сдвига можно использовать критерий Н. И. Голованова:
При несоблюдении условий (3.3) и (3.5) на сооружениях на однородных основаниях возможен смешанный сдвиг. На сооружениях на неоднородных основаниях, несущих вертикальную и горизонтальную нагрузки, при несоблюдении условий (3.3) и (3.5), а также на сооружениях на однородных и неоднородных основаниях, несущих только вертикальную нагрузку, может возникнуть глубинный сдвиг.
Расчеты устойчивости выполняют с использованием формулы:
Расчеты по схеме плоского сдвига. При выполнении расчетов расчетную плоскость сдвига принимают в соответствии с рисунком 3.2, д—к, где показаны расчетные плоскости сдвига — основные и обязательные поверочные. При расчете устойчивости по формуле (3.6):
При наклонной плоскости сдвига все силы проектируют на эту плоскость и на нормаль к ней.
Расчеты по схеме смешанного сдвига. Существуют три основные группы методов расчета по схеме смешанного сдвига: 1) методы, основанные на оценке напряженного состояния при решении упругой или упругопластической задачи; 2) методы, основанные на предпосылках теории предельного равновесия (В. В. Соколовский, В. Г. Березанцев, В. И.. Новоторцев и др.); 3) приближенные инженерные методы, исходящие из условия сдвига совместно с сооружением части основания, представляющей «отвердевший» отсек обрушения, ограниченный прямыми линиями (Н. М. Герсеванов, П. П. Лаупман и др.), круговыми поверхностями (М. М. Гришин, Р. Р. Чугаев и др.) или сочетанием прямых линий и логарифмической спирали (метод ВНИИГ).
В проектной практике для расчетов используют метод ВНИИГ, рекомендованный СНиП 11-16—76. По этому методу предельное сопротивление при расчете по схеме смешанного сдвига Ясм определяют по следующим формулам:
при отсутствии эксцентриситета еР нормальной силы Р или при эксцентриситете в сторону верхнего бьефа:
Таким образом, при эксцентриситете в сторону нижнего бьефа действительная ширина подошвы сооружения В условно уменьшается до расчетного значения.
Для выполнения расчетов по формулам (3.9) и (3.11) определяют длину частей подошвы, на которых происходит плоский и смешанный сдвиг, и значение.
При однородном основании и равномерном распределении касательных напряжений эксцентриситет силы Nр определяют относительно центра тяжести подошвы, а при неоднородном основании или неравномерном распределении касательных напряжений — относительно центра тяжести С (см. рис. 3.4, а) эпюры распределенных по подошве предельных касательных напряжений; при прямоугольной подошве и линейной зависимости т от координат:
В СНиП II-16—76 рассмотрен также случай глубинного заложения сооружения.