Фильтрационные расчеты плотины, основания и береговых склонов выполняются для установления основных параметров фильтрационного потока, необходимых для расчета фильтрационной прочности плотины, ее основания и берегов; для расчета устойчивости откосов плотины и берегов; для обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и конструкций плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.
Фильтрационными расчетами определяются: положение фильтрационной поверхности потока (депрессионной кривой) в теле плотины и берегах; напоры или градиенты фильтрационного потока в различных местах области фильтрации; фильтрационный расход воды через тело, основание и берега.
Расчеты фильтрационной прочности плотин и их оснований выполняются по СНиП П-53-73. Расчеты фильтрации по схеме пространственной задачи для плотин I и II класса производятся экспериментальным путем по методу ЭГДА.
Расчеты устойчивости основания экрана, ядра при действии на них фильтрационного потока выполняются для грунтов основания, находящихся в зоне восходящего фильтрационного потока за подошвой низового откоса и не защищенных дренажем или пригрузкой; для отдельных контактов грунтов основания и тела плотины с различными характеристиками.
Фильтрационная прочность грунтов основания проверяется для следующих случаев:
при несуффозионных грунтах — на выпор по условию
Фильтрационная прочность грунтов основания и тела плотины проверяется на контактный выпор грунтов в восходящем потоке; контактный размыв при фильтрационном потоке, идущем вдоль контакта; вымывание в нисходящем потоке, если имеется опасность вымывания грунта из ядра или экрана в фильтры.
Расчеты фильтрационной прочности противофильтрационных устройств плотины и основания выполняются по методу контролирующего градиента, исходя из максимально возможного напора, действующего на плотину. Этими расчетами устанавливается минимально допускаемая длина путей фильтрации. Допускаемые градиенты фильтрационного потока для различных грунтов основания и тела плотины принимаются по СНиП II-53-73.
При сопряжении плотины с проницаемым основанием понуром его длина определяется фильтрационными расчетами и проверяется на модели ЭГДА. Толщина понура рассчитывается из условий допускаемого градиента фильтрации, а именно:
где ΔН— разность напора на понур сверху и снизу; / — толщина понура.
Допускаемый градиент фильтрации Iдоп определяется опытным путем с учетом физикомеханических характеристик грунта, используемого для понура, или принимается по СНиП II-53-73.
Для противофильтрационных устройств высоких плотин все чаще применяются дресвянощебенистые грунты с песчано-глинистым заполнителем, которые в ряде случаев бывают слабо отсортированы. К таким грунтам применяются более жесткие условия фильтрации, а именно:
в строительно-пусковой период совместное, воздействие порового и фильтрационного давления, которое будет наибольшим и может привести к фильтрационным деформациям в виде контактного выпора грунта на границе с низовой переходной зоной;
для эксплуатационного периода при проектном напоре и возможном ослаблении ядра трещинами, возникшими как вследствие неравномерных деформаций, так и в результате землетрясений.
Фильтрационная прочность ядра обеспечивается при выполнении следующих условий [Л. 21]:
максимальные градиенты напора при выходе фильтрационного потока из ядра в строительно-пусковой период и вблизи трещин в эксплуатационный период не должны превышать критические значения градиентов контактного выпора грунтов ядра на границе с материалом переходной зоны, т. е. Iвып.макс<Iкр.кон ; скорость фильтрации в ослабленной трещинами зоне должна быть меньше размывающей скорости грунта ядра, т. е.
отсутствие суффозии в грунтах ядра в условиях строительно-пускового периода, а также при наличии трещин в ядре в эксплуатационный период, т. е.
отсутствие фильтрационных деформаций в фильтрах переходной зоны и на контактах их слоев и в условиях интенсивной фильтрации через крупный фильтр при наличии трещин в ядре.
Эти условия фильтрации для ядра Нурекской плотины выполняются ограничением в составе грунта крупности грунта фракциями мельче 200 мм и содержанием мелкозема (меньше 5 мм) не менее 50% и для контакта с основанием — не крупнее 70 мм и мелкозема от 50 до 80%; устройством двухслойной переходной зоны по периметру каньона и для верхней трети высоты плотины; тщательными наблюдениями за фильтрацией с установкой контрольно-измерительной аппаратуры для обнаружения участков сосредоточенной фильтрации.
