Фильтрационные расчеты земляных плотин позволяют получить характеристики фильтрационного потока, необходимые для проверки фильтрационной прочности тела плотины, расчета устойчивости ее откосов и обоснования рациональных параметров. Этими расчетами определяются положение депрессионной кривой в теле плотины, градиенты напора фильтрационного потока и фильтрационный расход воды.
При фильтрационных расчетах могут использоваться гидромеханические, гидравлические и экспериментальные методы. Гидромеханические методы расчета применяются редко ввиду их сложности. Чаще используются гидравлические методы, так как они проще и имеют точность, достаточную для практических расчетов. Гидромеханические и гидравлические методы фильтрационных расчетов относятся к аналитическим методам, в которых характеристики фильтрационного потока определяются по соответствующим формулам.
При сложном геологическом строении основания или специфической конструкции плотины характеристики фильтрационного потока определяются экспериментальными методами, среди которых наибольшее распространение получил метод гидродинамических аналогий (ЭГДА). Эти методы в обязательном порядке используются также при проектировании плотин I и II классов.
Таблица 1.7. Зависимости для расчета фильтрации в земляных плотинах
Продолжение табл. 1.7
В соответствии с [31] допускается использовать любой из существующих аналитических методов фильтрационного расчета.. Однако при этом следует иметь в виду, что в аналитических методах обычно принимаются следующие допущения: грунты основания изотропны, залегание водоупора горизонтальное, фильтрационный поток установившийся и соблюдаются условия плоской задачи. Значительные отклонения от указанных условий снижают точность аналитических методов. Так, в частности, они приемлемы лишь для плотин большой протяженности, в которых имеет место плоский фильтрационный поток.
Фильтрационные расчеты выполняются при характерных уровнях воды в верхнем и нижнем бьефах, при которых характеристики фильтрационного потока получаются наименее благоприятные с точки зрения прочности и устойчивости плотины, а также потерь воды на фильтрацию.
Для фильтрационного расчета земляных плотин предложено большое количество аналитических методов. Учитывая это, в табл. 1.7 приводятся лишь наиболее распространенные из них, полученные на основе гидромеханических и гидравлических исследований часто встречающихся типов плотин [46]. В таблице приняты следующие обозначения: q, qн — удельные фильтрационные расходы воды соответственно общий (в плотине и основании) и в основании; hx — текущая координата кривой депрессии; hв — высота высачивания фильтрационного потока;
— коэффициенты фильтрации соответственно тела плотины, ядра, экрана и основания.
Остальные обозначения ясны из схем таблицы и пояснений к расчетным зависимостям. Во всех случаях фильтрационных расчетов земляных плотин,, кроме фильтрационного расхода на 1 м плотины, необходимо знать еще общий фильтрационный расход через тело плотины. Для этого земляная плотина разбивается по длине на ряд участков длиной l1, l2, l3, l4 ..., для которых средние напоры воды перед плотиной соответственно Н1, Н2, Н3, Н4... (рис. 1.21).
С помощью приведенных в табл. 1.7 формул вычисляются фильтрационные расходы для каждого участка отдельно в зависимости от типа плотины: q1, q2, q3, q4.
Рис. 1.21. Расчетная схема для определения общего фильтрационного расхода через тело земляной плотины
Общий фильтрационный расход через тело плотины будет равен сумме расходов отдельных участков:
(1.84)
где Q — общий фильтрационный расход через тело земляной плотины, м3/сут.
