Определение критериальных значений диагностических показателей состояния гидротехнических сооружений

«3.1. Проектное обоснование прочности и устойчивости ГТС и их оснований должно быть выполнено из условия недопущения предельных состояний» [ 5 ]:

(3.1)

В (3.1) обозначено:

γ_n - коэффициент надежности по ответственности (назначению) сооружения;

γ_1c - коэффициент сочетаний нагрузок;

F - расчетное значение обобщенного силового воздействия;

R - расчетное значение обобщенной несущей способности.

«3.2. На стадии проекта состав и критериальные значения диагностических показателей К1 и К2 следует определять на основе анализа результатов расчетов и экспериментальных исследований фильтрационного, гидравлического и температурного режимов, напряженно-деформированного состояния, прочности и устойчивости ГТС на основное и особое сочетания нагрузок (приложение 4), а также анализа прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик материала».

Основными причинами аварий на ГТС являются:

нарушение механической прочности сооружений напорного фронта или их оснований;

превышение допустимых величин деформаций;

нарушение фильтрационной прочности;

потеря устойчивости;

недостаточная пропускная способность водосбросных и водопропускных сооружений.

В соответствии с действующими нормами при проектировании рассматриваются две группы сочетаний нагрузок и воздействий: основные, особые отдельно для строительного и эксплуатационного периодов. Рекомендуемый перечень нагрузок и воздействий и образуемых ими сочетаний приведен в соответствующих нормах для расчетного и ремонтного случаев, «Основные сочетания включают постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия. Особые сочетания включают постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия и одну (одно) из особых нагрузок и воздействий» (п. 5.2 СНиПа [5]). К особым относятся нагрузки и воздействия более редкой повторяемости.

Возможным, но недопустимым состоянием ГТС является аварийное состояние. Недопустимость аварийного состояния при проектировании обеспечивается системой расчлененных коэффициентов надежности. Система этих коэффициентов осуществляет переход от нормативных нагрузок и физико-механических свойств материалов к расчетным нагрузкам и свойствам материалов. Таким образом, в проектных расчетах фигурируют не нормативные, а несколько завышенные (расчетные) нагрузки и несколько заниженные (расчетные) значения несущей способности. Под нормативными здесь понимаются нагрузки и физико-механические параметры материалов, полученные путем статистической обработки данных лабораторных или натурных испытаний.

Левая часть неравенства 3.1, представляющая значение обобщенной несущей способности, представляет собой систему критериальных значений К1 и К2 воздействий на сооружение в виде гидростатической нагрузки, температуры, противодавления, пьезометрических уровней и т.д. Правая часть этого неравенства представляет собой реакцию сооружения на эти воздействия (напряжения в бетоне, контактные напряжения, вертикальные (осадки) и горизонтальные перемещения, фильтрационные расходы и др.). Критериальные значения К1 и К2 одного и того же показателя могут быть неодинаковыми для разных зон сооружения. При этом максимальные значения их не должны превышать расчетных значений сопротивления материала сооружения с учетом коэффициентов условий работы и надежности. Так, например, максимальные критериальные значения сжимающих напряжений в бетоне определяются по формуле

и т.д.,

где R_в - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

γ_n - коэффициент надежности.

«3.5. Для сооружений, измеренные значения диагностических показателей которых оказались значительно ниже расчетных значений, определенных на стадии проекта, и в случае отсутствия результатов уточненных расчетов эксплуатируемого сооружения критериальные значения показателей следует принимать по прогнозным статистическим моделям. При этом указанные статистические модели следует применять, как правило, в пределах диапазона нагрузок и воздействий, испытанных сооружением в процессе эксплуатации».

Указания данного пункта «Методики» особенно актуальны для сооружений, построенных со значительными запасами по отношению к тем воздействиям, которые реально действуют в период эксплуатации (сооружения, возведенные не на полную высоту и эксплуатируемые в таком состоянии; сооружения, запроектированные применительно к особым условиям, в т.ч. применительно к специальным воздействиям и др.).

В этих случаях прогнозные статистические модели следует применять, прежде всего, для назначения критериальных значений К1. Для назначения К2 следует, как правило, применять детерминистические расчетные модели.

«3.6. В случае превышения одним или несколькими диагностическими показателями критериального значения К1, определенного на стадии проекта и уточненного расчетом на стадии эксплуатации (а также в случае отсутствия указанных уточненных расчетных данных), допускается на период проведения мероприятий, которые предусмотрены п. 7.2 «Методики», осуществлять прогноз поведения ГТС на основе статистических моделей».

Формулировка «допускается на период проведения мероприятий... осуществлять прогноз поведения ГТС на основе статистических моделей» связана с тем, что во многих случаях превышение уровня К1 может быть вызвано действием нагрузок, ранее не испытанных сооружением. При этом реакция на действие указанных нагрузок недостаточно точно может быть отражена статистической моделью.

С другой стороны, превышение уровня К1 в ряде случаев (в том числе применительно к «смелым» проектным решениям) сопровождается необратимыми процессами в теле сооружения и его основании, которые не всегда точно могут быть описаны современными методами расчета ГТС (детерминистические методы расчета). В этом случае также могут быть полезны статистические модели.

«3.7. Диагностику «потенциально опасного» и тем более «предаварийного» эксплуатационного состояния ГТС следует осуществлять на комплексной основе, с привлечением измерений всех диагностических показателей, в особенности таких, как параметры фильтрационного режима (расходы, величины противодавления, положение поверхности депрессии, градиенты напора) и характеристики трещинообразования в бетонных плотинах, а также с привлечением статистических прогнозных моделей и качественныхдиагностических показателей)).

В данном случае речь идет об уточнении диагностики состояния сооружения, осуществляемом после принятия решений по предотвращению возможной аварии.