Особенности определения критериальных значений различных видов диагностических показателей

(Приложения А - М)

Приложение А
ОСАДКИ БЕТОННЫХ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ

1. За критериальные значения осадок (К1) сооружений на нескальных основаниях при среднем давлении под подошвой сооружений, меньше расчетного сопротивления грунта основания, на стадии проекта принимаются значения осадок, полученные расчетом (например, методом послойного суммирования в пределах сжимаемого слоя в соответствии со СНиП 2.02.02-85). При среднем давлении под подошвой сооружения, большем расчетного сопротивления грунта основания, критериальные значения осадок (К1) на стадии проекта принимают равными расчетным значениям, определенным численными методами, учитывающими упругопластический характер деформирования грунтов, пространственное напряженное состояние, последовательность возведения сооружения в соответствии со СНиП 2.02.02-85.

2. Изменение осадок сооружений во время строительства зависит от ряда производственных факторов и трудно поддается прогнозу. В условиях нормальной эксплуатации изменение осадок во времени определяются по прогнозным моделям, основанным на статической обработке данных натурных наблюдений. Прогноз изменения осадок в период эксплуатации на любой момент времени выполняется в соответствии с рекомендациями [12].

3. Критериальные значения (К1) осадок определяются для секций сооружения, отличающихся величинами нагрузок на основание или инженерно-геологическими свойствами основания и оснащенных средствами измерения осадок.

4. В случаях, когда осадка сооружения, особенно равномерная по длине сооружения, не вызывает каких-либо опасений за безопасность сооружений, основное внимание уделяется контролю изменений интенсивности осадок во времени с целью обнаружения возможного развития непредвиденных неблагоприятных процессов в основании (изменение физико-механических характеристик грунта, химическая или механическая суффозия и т.п.).

5. Прогнозные модели, основанные на данных натурных наблюдений, позволяют оценить состояние сооружения как потенциально опасное состояние, когда в течение длительного периода наблюдений интенсивность осадок не уменьшается, и как предаварийное, когда наблюдается увеличение интенсивности осадок во времени.

Приложение Б
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРЕБНЯ ВЫСОКИХ БЕТОННЫХ ПЛОТИН

1. Горизонтальные перемещения гребня бетонных гравитационных, контрфорсных и арочных плотин на скальном основании, а также железобетонных плотин на нескальном основании являются одним из важнейших показателей прочности и устойчивости плотин, поскольку они характеризуют статическую работу сооружений и оснований в целом.

2. Горизонтальные перемещения гребня бетонной плотины на скальном и нескальном основаниях в эксплуатационный период обусловлены:

воздействием гидростатического давления на плотину;

температурными изменениями в теле плотины, зависящими от изменения температуры внешней среды (воздух, вода);

неупругими деформациями скального или нескального основания и материала плотины.

3. В качестве первого приближения за критериальные значения (К1) горизонтального перемещения гребня плотины принимается величина, полученная расчетом на основное сочетание нагрузок методами строительной механики, теории упругости, пластичности при принятых в проекте физико-механических характеристиках плотины и основания.

За критериальное значение (К2) горизонтального перемещения гребня плотины принимается величина, полученная расчетом на особое сочетание нагрузок методами строительной механики, теории упругости, пластичности при принятых в проекте физико-механических характеристиках плотины и основания.

Критериальные значения (К1, К2) горизонтальных перемещений гребня плотины должны быть уточнены в процессе эксплуатации плотины на основе контрольных расчетов с учетом фактических физико-механических характеристик бетона плотины и основания, а также выявленных закономерностей работы реального сооружения.

5 Для уточнения критериальных значений [К1, К2) горизонтальных перемещений гребня бетонных плотин используют статистический метод с целью установления эмпирической зависимости горизонтальных перемещений от уровня воды в водохранилище (НПУ для К1 и ФПУ для К2), температуры внешней среды (t) и времени (T) в соответствии с [13].

u = f [H (t), t (T); Т], (Б.1)

где u - горизонтальные перемещения гребня плотины;

H - уровень верхнего бьефа;

t - температура;

Т - время.

6. За уточненные критериальные значения (Kl, K2) горизонтальных перемещений принимаются величины их прогнозируемых экстремальных значений, вычисленные по методике [13], в предположении, что максимальные и минимальные перемещения от действия воды водохранилища совпадают по фазе с максимальными и минимальными перемещениями от температурных воздействий.

7. Измеренные перемещения гребня плотины во всех случаях не должны превышать критериальных значений (К1, К2). Превышение измеренных над прогнозируемыми перемещениями будет свидетельствовать о появлении аномалии в работе сооружения, и сеятояние сооружения при этом оценивается как потенциально опасное (если превышено значение К1) и как предаварийное (если превышено значение К2).

Приложение В
НАПРЯЖЕНИЯ В БЕТОНЕ

1. За критериальные значения (К1 и К2) напряжений в бетоне в контролируемых точках плотины на стадии проекта принимаются величины напряжений, полученные расчетом на основное (К1) или особое сочетание нагрузок (К2) или испытанием моделей. Величины напряжений в бетоне плотин III и IV классов определяются методами строительной механики, плотин I и II классов методами теории упругости по схемам плоской или объемной задачи в соответствии со СНиПами 2.06.06-85, 2.06.08-87 [6, 9].

2. В эксплуатационный период критериальные значения (К1) напряжений в бетоне должны быть уточнены по результатам поверочных расчетов с учетом фактических физико-механических характеристик бетона плотины. Для уточнения критериальных значений напряжений в бетоне рекомендуется использовать прогнозные математические модели.

3. Для максимально нагруженных зон бетонных плотин, прочность сечений которых определяется сопротивлением бетона сжатию, за критериальное значение К1 напряжения в бетоне принимается расчетное сопротивление бетона сжатию для предельных состояний первой группы с учетом коэффициентов условий работы и коэффициента надежности; а за критериальное значение К2 напряжений бетона в этих зонах плотины принимается равным 0,9 R_и, где 0,9 R_и - расчетное сопротивление бетона сжатию для предельных состояний первой группы.

4. Для бетонных плотин, прочность сечений которых определяется сопротивлением бетона растяжению и по условиям эксплуатации в бетоне не допускаются трещины, за критериальные значения К1 напряжения в бетоне принимаются расчетные сопротивления бетона на растяжение для предельных состояний первой группы с учетом коэффициентов условий работы и коэффициента надежности по ответственности (назначению) сооружения [6], а за критериальные значения К1 напряжения в бетоне принимаются равным 0,9 R_bt, где R_bt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельных состояний первой группы [6].

Приложение Г
НАПРЯЖЕНИЯ В АРМАТУРЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЙ

1. Для максимально нагруженных зон железобетонных конструкций, прочность сечения которых определяется сопротивлением арматуры растяжению и не вводится требование ограничения раскрытия трещин, за критериальное значение К1 напряжения в арматуре принимается расчетное сопротивление арматуры растяжению для предельных состояний первой группы с учетом коэффициентов условий работы и коэффициента надежности, а за критериальные значения К2 напряжений в арматуре в этих зонах железобетонных конструкций принимается равным 0,9 R_s, где 0,9 R_s - расчетное сопротивление растяжению для предельных состояний первой и второй групп.

2. Для железобетонных конструкций, прочность сечения которых определяется по растянутой арматуре, а ширина раскрытия трещин ограничена, за критериальные значения К1 напряжений в арматуре принимаются напряжения в арматуре, вычисленные по СНиП 2.06.08-87 [9]], исходя из предельно допустимой ширины раскрытия трещин.

3. В эксплуатационный период критериальные значения (К1) напряжений в арматуре должны быть уточнены по результатам поверочных расчетов с учетом фактических физико-механических характеристик бетона, арматуры, процента армирования и действующих нагрузок. При нормальной работе железобетонной конструкции напряжения в арматуре должны быть стабильны. Интенсивность и характер изменения напряжений в годовом цикле измерений (выполняемых в определенное время года и одинаковых нагрузках) должны быть одинаковыми.

Приложение Д
ПОЛОЖЕНИЕ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ В ОСНОВАНИИ БЕТОННЫХ ПЛОТИН

1. Для определения значений противодавления на подошву бетонных плотин для оценки их устойчивости методом ЭГДА или расчетами определяется положение пьезометрических уровней при основном (УВБ - НПУ) и особом сочетании нагрузок (УВБ = ФПУ) и при нарушении одного из противофильтрационных или дренажных устройств в соответствии со СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования [5].

2. За критериальные значения К\ и К2 положения пьезометрических уровней в основании бетонных плотин на стадии проекта принимаются значения пьезометрических уровней, полученные расчетом или методом ЭГДА на основное (К1 или особое сочетание нагрузок (К2) (рис. Д.1).

К1 - при основном сочетании нагрузок;

К2 - при особом сочетании нагрузок при нарушении монолитности понура

Рис. Д.1. Положение пьезометрических уровней в основании водосливной бетонной плотины

3. Для периода нормальной эксплуатации изменения положения пьезометрических уровней во времени, отражающие их критериальные значения, определяются по прогнозным регрессионным моделям, основанным на статистической обработке данных натурных наблюдений.

Критериальные значения положения пьезометрических уровней (К1) принимаются равными прогнозируемым по регрессионной модели при доверительном интервале, равным (2σ), а критериальные значения положения пьезометрических уровней (К2) - равным прогнозируемым по регрессионной модели при доверительном интервале, равным (3σ).

4. В качестве диагностических показателей положения пьезометрических уровней в основании бетонной плотины с понуром рекомендуется принимать значения пьезометрических уровней в конце понура, для контроля работоспособности верхового зуба и дренажа - пьезометрических уровней перед низовым зубом бетонной плотины.

Приложение Е
ОСАДКИ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН

При назначении критериев осадки плотины используется основная закономерность геомеханики по уплотнению грунтов под действием нагрузки.

При нормальной работе грунтовой плотины ход ее осадки должен носить плавный затухающий характер. При этом интенсивность приращения осадки с каждым годом или циклом измерений (выполняемым в определенное время года и при одинаковых условиях) должна уменьшаться, стремясь к нулю. Фактическая (измеренная) осадка в любой момент времени t не должна превышать расчетных значений для основного и особого сочетания нагрузок (если расчетная модель близка к реальной) и выходить за пределы доверительного интервала:

S_расч(t) - ∆S ≤ S_нат (t) ≤ S_расч (t) + ∆S, (E.1)

где S_нат(t) и S_расч(t) - значения измеренной и расчетной осадок плотины за равный промежуток времени t\

∆S - погрешность определения осадки.

Исходя из этого, за критерий К1 осадки плотины в общем случае рекомендуется принимать ее расчетное значение на верхней границе доверительного интервала (при нисходящем графике хода осадки)

К1 (t) = S_расч (t) - ∆S, (E.2)

Как показывает практика, получение достоверных значений расчетных осадок плотин, учитывающих множество факторов строительного и пускового периодов и отвечающих данным натурных наблюдений, является сложной задачей. В этой связи более рациональным следует считать использование для назначения критериев осадки прогнозные модели, основанные на статистической обработке данных натурных наблюдений

S_прог (t) - ∆S ≤ S_нат (t) ≤ S_прог (t) + ∆S (E.3)

где S_прог(t) - прогнозируемая осадка на момент времени t.

Прогнозируемые значения осадок определяются аппроксимацией и экстраполяцией натурных графиков хода осадки геодезических марок, установленных на плотине. Простейшая аппроксимирующая функция имеет вид

S(t) - t/(at + b),

где t - время;

a, b - эмпирические коэффициенты, определяемые, например, в результате статистической обработки данных предыдущих натурных измерений методом наименьших квадратов (рис. Е.1)

В этих случаях за К1 принимается

К1 (t) = S_прог (t) - ∆S (Е-4)

По мере получения новых данных натурных наблюдений рекомендуется выполнять корректировку прогнозных графиков хода осадок плотины и аппроксимирующих их функций.

Другим качественным критериальным признаком нормального состояния плотины по осадкам может служить неравенство вида

нормальное состояние U_s (t) > U_s (t₂) > U_s(t₃) > U_s(t₄) >... > U_s t_n)) → 0.(E.5)

U_s(t₁),... U_s(t_n) - натурные значения интенсивности приращения осадок плотины в первый, второй и последующие годы наблюдений (или циклы измерений).

Критериальными признаками потенциально опасного и предаварийного состояний сооружений можно считать условия, когда имеет место, соответственно, отсутствие затуха­ния осадок во времени и нарастание осадок во времени:

потенциально опасное состояние U_s (t₁) U_s (t₂) = U_s (t₃) =... = U_s (t_n) (E.6)

предаварийное состояние U_s (t₁) < U_s (t₂) < U_s (t₃) <... < U_s (t_n) (E.7)

При удовлетворении натурных значений интенсивности осадки плотины условиям (Е.6) проводится оперативный комплексный анализ поведения сооружения с привлечением других данных натурных наблюдений и принимаются меры по приведению сооружения в нормальное эксплуатационное состояние. При выполнении (Е.7) - принимаются оперативные меры по понижению УВБ.

Графики хода осадок на берме грунтовой плотины по натурным и прогнозируемым данным (пример)

Условные обозначения: - натурные данные;- расчетные данные

Рис. E.1. S_i = t/(at+b) - вид аппроксимирующих функций

Приложение Ж
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ СМЕЩЕНИЯ ГРЕБНЯ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ

Назначение критериев базируется на данных систематических натурных наблюдений и на общих закономерностях изменения горизонтальных смещений гребня плотины в период эксплуатации под действием изменяющейся гидростатической нагрузки.

Установлено, что после 3-5 циклов повторяющейся годичной сработки и наполнения водохранилища (от НПУ до УМО и обратно) горизонтальные смещения гребня начинают изменяться квазиупруго. Для различных плотин число указанных циклов может отличаться. При этом к концу этого периода необратимые (остаточные) перемещения гребня плотины практически достигают своего максимума и их дальнейшие приращения близки к нулю.

Исходя из этой закономерности, состояние плотины считается нормальным, если выполняется неравенство вида

(Ж.1)

где , и т.д. - натурные значения приращений необратимой (остаточной) составляющей горизонтальных смещений в контролируемых точках гребня плотины в первый и последующие циклы эксплуатации под напором;

t₁, t₂,... t_n - циклы измерений в первый и последующий годы (n = 3 - 5 лет).

После перехода горизонтальных смещений гребня в квазиупругую стадию (после 3 -5 лет нормальной эксплуатации) условию нормальной работы может быть придан вид

(Ж.2)

где и т д. - натурные значения горизонтальных квазиупругих (обратимых) перемещений в контролируемых точках гребня в первый и последующий годы после затухания необратимых перемещений.

При незатухающем процессе изменения приращений необратимых (остаточных) горизонтальных смещений гребня плотины ее состояние следует оценивать как потенциально опасное, а при нарастающем во времени - как предаварийное.

Критерий К1, задающий границу между нормальным и потенциально опасным состояниями в i - ом году рекомендуется в виде условия:

К1:

(Ж.3)

где δ - погрешности измерения смещений.

В качестве критерия К2, задающего границу между потенциально опасным и предаварийным состояниями в i-ом году, может быть рекомендовано условие вида:

К2:

(Ж.4)

Таким образом, возможные состояния плотины по осадкам характеризуются соотношениями:

нормальное;

потенциально опасное

предаварийное

Приложение З
ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ В ГРУНТОВЫХ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ПЛОТИНЫ (ЯДРО, ЭКРАН, ДИАФРАГМА)

Образование вертикальных поперечных и горизонтальных трещин в грунтовых противофильтрационных элементах плотин в зонах действия напора воды представляет реальную угрозу целостности сооружений. Трещины появляются вследствие возникновения чрезмерных для грунтов этих элементов растягивающих деформаций, проявляющихся как в период строительства, так и при эксплуатации плотины. В этой связи в качестве диагностического показателя трещинообразования рекомендуется использовать показатель относительной (вертикальной или горизонтальной) деформации растяжения ε_p грунтов противофильтрационных элементов, которая вычисляется по данным геодезических или телеметрических натурных измерений линейных взаимных перемещений точек ∆L_p, отстоящих друг от друга на расстоянии L_p:

ε_p = ∆L_p/L_p,

Для назначения критериев трещинообразования К1 и К2 используется предельный показатель относительной деформации растяжения грунта, при которой происходит разрыв образца. Для каждого вида грунта показатель устанавливается индивидуально соответствующими механическими испытаниями серии образцов [26].

В общем виде условие обеспечения трещиностойкости противофильтрационного элемента плотины выражается неравенством:

(З.1)

где ε_p.нат - относительная деформация растяжения грунта в против о фильтрационном

элементе плотины, полученная натурными измерениями;

- предельная относительная деформация данного грунта на растяжение (разрыв),

полученная механическими испытаниями;

γ_n - нормативный коэффициент надежности по ответственности сооружения.

За предупреждающий критерий трещинообразования К1, задающий границу между нормальным и потенциально опасным состоянием противофильтрационного элемента плотины, принимается:

(З.2)

За критерий безопасности К2, задающий границу между потенциально опасным и предаварийным состоянием с некоторым допущением рекомендуется принять величину:

(З.3)

Таким образом, критериальные соотношения представляются в виде: нормальное состояние

(З.4)

потенциально опасное состояние

(З.5)

предаварийное состояние

(З.6)

Для практического пользования результаты инструментального контроля за трещинообразованием в элементах плотины рекомендуется представлять в виде совокупности графиков ε_p.нат (М) - f(t), на которых заранее наносятся линии критериальных значений К1 и К2 (рис 3.1),

Рассмотренные выше критерии, основанные на контроле ε_p.нат, более приемлемы для контроля образования вертикальных поперечных трещин.

Однако в противофильтрационных элементах грунтовых плотин возможен иной механизм нарушения сплошности - выпор грунта фильтрационным потоком (если малы вертикальные сжимающие напряжения σ_γ).

В грунтовых плотинах может иметь место арочный эффект («зависание» противофильтрационного элемента на боковых призмах). Эффект «зависания» обусловлен рядом факторов главным из которых является разница деформационных свойств (модулей деформации) грунтов противофильтрационных устройств, переходных зон и боковых упорных призм. При этом как правило, происходит снижение вертикальных нормальных напряжений σ_γ в противофильтрационных элементах и концентрация напряжений в переходных или откосных зонах. Это снижение σ_γ может достигать в ряде случаев 60% и более, что, в свою очередь, может привести к образованию опасных прорывов воды и образованию в противофильтрационном элементе фильтрационных трещин гидравлического разрыва горизонтальной направленности. Чтобы исключить появление этих трещин рекомендуется условие трещиностойкости, связывающее между собой σ_γ и поровое давление воды на напорной грани.

Пикеты

Эпюра продольных деформаций гребня плотины М_о, М_1, М₂ - марки на гребне плотины

Рис. 3.1. К установлению критериев трещинообразования в противофильтрационных элементах плотины

Для этой цели рекомендуется ввести коэффициент надежности грунта по образованию фильтрующих трещин [4]:

(З.7)

где с_p - коэффициент сцепления грунта противофильтрационного элемента, на разрыв;

σ_γ - измеренное в контролируемой точке грунта противофильтрационного элемента вертикальное напряжение;

р_в = γ_в∙h_в - давление фильтрующейся воды в контролируемой точке (расстояние по вертикали от контролируемой точки до поверхности депрессии).

При послойном уплотнении коэффициент сцепления близок к нулю. В этом случае зависимость (3.7) примет вид

(З.8)

Для контроля трещиностойкости противофильтрационных элементов плотины по горизонтальным площадкам рекомендуется в качестве диагностического показателя принять измеренные вертикальные напряжения а значения назначать в соответствии со СНиП 2.06.05-84* по аналогии с коэффициентами устойчивости откосов для основного и особого сочетаний нагрузок в зависимости от класса сооружения. Критериальные значения о для любого произвольного сечения на глубине y_i от гребня плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок будут, соответственно равны

(З.9)

(З.10)

Критериальные соотношения будут иметь вид:

нормальное состояние

(З.11)

потенциально опасное состояние

(З.12)

предаварийное состояние

(З.13)

где - натурные нормальные напряжения сжатия.

Приложение И
ПОЛОЖЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ДЕПРЕССИИ

Процедура назначения критериальных положений поверхности депрессии осуществляется в следующей последовательности [1]:

а) для характерных поперечников плотины, оснащенных пьезометрами, производится расчет положений кривой депрессии при основном (УВБ - НПУ) и особом (УВБ = ФПУ) сочетаниях нагрузок; калибровкой расчетной модели (при необходимости) результаты расчета сближаются с результатами натурных наблюдений;

б) для обеих расчетных поверхностей депрессии проверяется выполнение критериальных ограничений:

недопущение выхода фильтрационного потока на низовой откос выше дренажа;

заглубление поверхностей депрессии от поверхности низового откоса на глубину h_з, не меньшую глубины сезонного промерзания грунта h_пр в районе расположения плотины;

в) поверочными расчетами проверяется соответствие коэффициентов запаса устойчивости низового откоса плотины критериям устойчивости для основного и особого сочетаний нагрузок.

При удовлетворении критериям устойчивости низового откоса расчетные поверхности депрессии принимаются в качестве критериальных (рис. И.1).

Примечания

1.При неудовлетворении критериям устойчивости низового откоса и отсутствии технических
возможностей для понижения установленных критериальных поверхностей депрессии состояние плотины не может считаться нормальным. В этом случае необходимо выполнение инженерных мероприятий по повышению коэффициента запаса устойчивости откоса до нормативного.

2.Если при УВБ = НПУ или УВБ = ФПУ отметки натурных поверхностей депрессии превышают расчетные, то:

при выполнении критериальных условий п. б) в качестве поверхностей, по которым назначаются критерии К1, К2, следует принимать натурные поверхности депрессии при УВБ, равном НПУ и ФПУ, соответственно;

если критериальные условия п. б} нарушены, то состояние плотины может быть потенциально опасным или предаварийным и необходимо выполнение инженерных мероприятий по снижению кривой депрессии,

В качестве диагностических показателей К1, К2, контролирующих положение поверхности депрессии, принимаются измеряемые уровни воды в пьезометрах Р_изм, установленных в теле плотины. Критериальным значениям К1 соответствуют пьезометрические уровни поверхности депрессии при основном сочетании нагрузок (при УВБ = НПУ). Критериальным значениям К2 соответствуют пьезометрические уровни поверхности депрессии при особом сочетании нагрузок (при УВБ = ФПУ), Критериальные значения К1, К2 назначаются, как правило, индивидуально для каждого пьезометра (или группы пьезометров} в соответствии с координатами их расположения в контролируемом створе(ах) тела плотины:

(И.1)

(И.2)

При оценке состояния плотины по положениям кривой депрессии должны быть выдержаны критериальные соотношения для всех пьезометров;

нормальное состояние

P_изм (х_i) ≤ P(x_i) = K1(x_i); (И.3)

потенциально опасное состояние

(И.4)

предаварийное состояние

(И.5)

Для удобства пользования численные значения K1(x_i) и К2(х_i) выражаются в абсолютных отметках пьезометрических уровней соответствующих поверхностей депрессии. Отметки критериальных уровней К1(х_i) и К2(х_i) для каждого пьезометра считываются с поверхностей депрессии для основного и особого сочетаний в точках их пересечения с линиями равных напоров (эквипотенциалями), проходящих через водоприемники контрольных пьезометров. Для этих целей рекомендуется построение фильтрационной гидродинамической сетки (рис. И.2).

Условные обозначения:

1 - критериальная поверхность депрессии при НПУ= 199,0 м;

2 - критериальная поверхность депрессии при ФПУ = 199,90 м

Рис. И.1. Критериальные положения поверхностей депрессии в теле плотины (ПК 7+50)

Рис. И.2. К установлению критериальных значений уровней К1 и K2 в пьезометрах

Приложение К
ФИЛЬТРАЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ ТЕЛА ПЛОТИНЫ И ОСНОВАНИЯ

В соответствии со СНиП 2.06.05-84* и СНиП 2.02.02-85 фильтрационная прочность основания оценивается по действующим средним градиентам напора в контролируемых областях фильтрации. Критерием обеспечения местной фильтрационной прочности является условие:

(K.1)

где I_ср.нат , I_доп , I_cr.m - соответственно, натурный, допустимый и критический градиенты

напора в контролируемой области фильтрации;

γ_n - коэффициент надежности по ответственности сооружения.

За критерии К1 фильтрационной прочности грунтов плотины и основания принимаются значения нормативных допустимых для этих грунтов градиентов напора:

(K.2)

По условию исключения достижения действующих в сооружении градиентов напора их критических значений в качестве критерия К2 с некоторым допущением рекомендуется принимать величины, равные 0,9 _{cr m}, т.е.:

K2 = 0,9 I_cr.m. (K.3)

Критериальные неравенства, характеризующие состояние сооружения по показателям фильтрационной прочности, имеют вид:

нормальное состояние

I_ср.нат ≤ I_доп = K1 (K.4)

потенциально опасное состояние

К1 = I_доп <I_ср.нат < 0,9 I_cr.m = К2 (К.5)

предаварийное состояние

I_ср.нат > 0,9 I_cr.m = K2. (K.6)

Натурные значения средних градиентов напора (I_ср.нат) во всех контролируемых областях фильтрации тела и основания плотины вычисляются по показаниям парных пьезометров, расположенных в этих областях последовательно на линиях тока или по гидродинамическим сеткам фильтрации, построенным по пьезометрическим наблюдениям в условиях действия на плотину максимального напора.

Изо всех локальных областей фильтрации тела плотины и основания должны быть выбраны те, в которых грунты менее устойчивы к суффозии и, где градиенты напора имеют (или могут иметь) максимальные значения, В качестве таких областей следует рассматривать:

прослойки неустойчивых к суффозии грунтов в основании;

зоны контактного сопряжения мелкозернистых или связных грунтов с прослойками из крупнозернистого грунта;

области разгрузки фильтрационного потока тела плотины в дренаж;

области разгрузки фильтрационного потока из основания на дневную поверхность,

области высачивания фильтрационного потока на поверхность низового откоса;

зоны сопряжения тела грунтовой плотины с встроенными бетонными сооружениями;

области обтекания фильтрационным потоком «острия» сопрягающих шпунтов и зубьев противофильтрационного контура в основании и др.

С учетом требований СНиП 2.06.05-84*, СНиП 2.02.02-85 и [2] для различных классов плотин и для различных типов грунтов тела плотины и основания в качестве критериев К1 и К2 могут приниматься значения средних градиентов напора, обеспечивающих их фильтрационную прочность.

Приложение Л
ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ РАСХОДЫ

В общем случае при нормальном установившемся режиме работы плотины и основания измеренные фильтрационные расходы во всем диапазоне изменения напора на сооружение должны отвечать условию:

Q_р(Н_i) - ∆Q ≤ Q_нат (H_i) ≤ Q_р + ∆Q, (Л.1)

где Q_нат (Н_i) и Q_p (Н_i) - натурные и расчетные расходы фильтрации при напоре H_i;

∆Q - погрешность измерения расходов в доверительном интервале.

В качестве критерия К1 максимальных фильтрационных расходов через тело плотины и основание принимаются их расчетные значения, отвечающие верхней границе доверительного интервала, полученные при УВБ = НПУ (основное сочетание) при уточненных в процессе эксплуатации значениях коэффициентов фильтрации грунтов () и нормативных допустимых средних значениях градиентов напора в области фильтрации для данного вида грунтов I _доп:

(Л.2)

За критерии К2 принимаются максимальные расчетные фильтрационные расходы, отвечающие нижней границе доверительного интервала, полученные при УВБ = ФПУ (особое сочетание) при уточненных в процессе эксплуатации значениях коэффициентов фильтрации грунтов и градиентах напора, меньших на 10% нормативных критических значений для данного вида грунтов, т.е. равных 0,9 I_{cr m}:

(Л.3)

Критериальные неравенства, ограничивающие фильтрационные расходы, будут иметь вид:

Q_нат (НПУ) ≤K1 = Q_p (НПУ) + ∆Q, (Л.4)

Q_нат (ФПУ) ≤K2 = Q_p (ФПУ) + ∆Q, (Л.5)

В качестве прогнозной модели для фильтрационных расходов рекомендуется использовать приблизительное равенство (стабильность) натурных значений фильтрационных расходов, измеренных при одинаковых напорах H₀, действующих на сооружение в разные годы эксплуатации k_i

Q_нат (k_i H₀) = const. (Л.6)

Для исключения возможных ошибок в оценках состояния плотины по критериям К1 и К2 в неравенствах (Л.4), (Л.5) и равенстве (Л.6) следует использовать для сравнения значения фильтрационных расходов (О_нат), измеренных в условиях отсутствия приточности на водомерные устройства поверхностных вод, не связанных с фильтрацией через плотину и основание (от дождей, снеготаяния, технологических утечек и т. п.).

Приложение М
МУТНОСТЬ ВОДЫ, ПРОФИЛЬТРОВАВШЕЙСЯ ЧЕРЕЗ ТЕЛО ПЛОТИНЫ И ОСНОВАНИЕ

При нормальном фильтрационном режиме (отсутствии суффозионных процессов) мутность профильтровавшейся через плотину и основание воды не должна превышать мутности воды в водохранилище М_вдх. Мутность - весовое содержание твердых частиц грунта в единице объема воды (мг/л).

Если профильтровавшаяся вода содержит твердых частиц больше, чем вода в водохранилище, имеется основание считать, что в сооружении имеет место процесс механической суффозии. При наличии механической суффозии состояние сооружения классифицируется как потенциально опасное. При увеличении мутности профильтровавшейся воды во времени при постоянном напоре состояние сооружения следует оценивать как предаварийное.

Исходя из этих положений, за критерий К1, задающий границу между нормальным и потенциально опасным состояниями, рекомендуется принимать

K1 = M_вдх. (М.1)

За критерий перехода плотины из потенциально опасного состояния в предаварийное рекомендуется с некоторой степенью условности принимать удвоенную величину мутности воды в водохранилище

К2 = 2 М_вдх. (М.2)

Тогда критериальные соотношения, характеризующие состояние плотины по мутности профильтровавшейся воды, можно представить в виде нормальное (исправное) состояние

(М.3)

потенциально опасное состояние

(М.4)

предаварийное состояние

(М.5)

Показатель М_вдх в зависимости от сезона года может меняться вследствие сезонной изменчивости мутности воды, притекающей в водохранилище. Тогда численные значения приведенных выше критериев должны корректироваться для различных сезонов.