ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



ГИДРАВЛИКА. ИНЖЕНЕРНАЯ ГИДРОЛОГИЯ. ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Поэтапность возведения каменно-набросной плотины - способ регулирования напряженно-деформированного состояния железобетонного экрана

  • Подвысоцкий Алексей Анатольевич - АО «Мособлгидропроект»
  • Саинов Михаил Петрович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Сорока Владислав Борисович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Догонов Марк Леонидович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2018.11.1395-1406
Страницы: 1395-1406
Введение. Представлен подход к исследованию влияния очередности возведения каменно-набросной плотины на напряженно-деформированное состояние (НДС) железобетонного экрана. Опыт применения каменно-набросных плотин с железобетонным экраном показывает, что при восприятии гидростатического давления целостность противофильтрационного элемента может быть нарушена. По результатам численного моделирования возникающие в бетоне экрана растягивающие напряжения могут превышать расчетное сопротивление бетона на растяжение. Причиной возникновения растягивающих напряжений являются деформации изгиба и продольного удлинения экрана. Актуальным вопросом является выбор способа улучшения НДС экрана для обеспечения его надежной работы как противофильтрационного элемента. Материалы и методы. Исследования проводились на примере плотины высотой 100 м с помощью численного моделирования методом конечных элементов. Рассматривались два случая - в одном плотина возводилась без очередей, в другом - в две очереди. Каменная наброска рассматривалась как линейно деформируемый материал, но расчеты проводились для широкого диапазона модуля линейной деформации грунта - от 60 до 480 МПа. Учитывалось наличие в экране стальной арматуры. Результаты. Проведено сравнение продольных напряжений в железобетонном экране для двух случаев очередности возведения плотины. Анализ проводился с определением продольной силы и изгибающего момента, возникающих в экране. Сравнивались максимальные значения растягивающих продольных напряжений, продольной силы и изгибающего момента в экране, полученные для двух случаев. Выводы. Выявлено, что возведение и нагружение плотины очередями в целом благоприятно сказывается на напряженном состоянии железобетонного экрана. От веса плотины второй очереди на экран первой очереди передается сжимающее продольное усилие, которое позволяет снизить растягивающие напряжения в нем. Изгибающие моменты в экране изменяются мало и могут даже несколько увеличиться по величине. Тем не менее при возведении плотины и наполнении водохранилища в две очереди максимальные значения растягивающих напряжений в бетоне экрана снижаются, поэтому такая схема последовательности строительства способствует повышению надежности противофильтрационного элемента плотины.
  • каменно-набросная плотина с железобетонным экраном;
  • напряженно-деформированное состояние;
  • этапы возведения;
  • численное моделирование;
  • растяжение;
  • прочность;
Литература
  1. Marques Filho P., De Pinto N.L.S. CFRD dam characteristics learned from experience // International Journal on Hydropower and Dams. 2005. No. 12 (1). Pp. 72-76.
  2. Freitas M.S.Jr. Concepts on CFRDs leakage control - Cases and current experiences // ISSMGE Bulletin. 2009. Vol. 3. Issue 4. Pp. 11-18.
  3. Johannesson P., Tohlang S.L. Lessons learned from Mohale // The International Water Power & Dam Construction. 2007. Vol. 59. Issue 8. Pp.16-18, 20-22, 24, 25.
  4. Ma H., Fudong Chi F. Technical progress on researches for the safety of high concrete-faced rockfill dams // Engineering. 2016. Vol. 2. Pp. 332-339. DOI: 10.1016/j.eng.2016.03.010
  5. Pinto N.L., Marques P.L. Estimating the maximum face slab deflection in CFRDs // The International Journal on Hydropower & Dams. 1998. Vol. 5. Issue 6. Pp. 28-30.
  6. Silva da A.F., Assis de A.P., Farias de M.M., Neto M.P.C. Three-dimensional analyses of concrete face rockfill dams: Barra Grande case study // Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2015. Vol. 20 (14). Pp. 6407-6426.
  7. Scuero A.M., Vaschetti G.L. Underwater repair of a 113 m high CFRD with a PVC geomembrane: turimiquire managing dams: Challenges in a time of change // Proceedings of the 16th Conference of the British Dam Society. 2010. Pp. 474-486.
  8. Xavier L.V., Albertoni S.C., Pereira R.F., Antunes J. Campos Novos dam during second impounding // The International Journal on Hydropower & Dams. 2008. No. 15. Pp. 53-58.
  9. Song W.J., Sun Y., Li L., Wang Y. Cause analysis and treatment of 1st phase slab cracking of Shuibuya CFRD // Journal of Hydroelectric Engineering. 2008. Vol. 27. No. 3. Pp. 33-37.
  10. Yifeng Chen, Ran Hu, Wenbo Lu, Dianqing Li, Chuangbing Zhou. Modeling coupled processes of non-steady seepage flow and non-linear deformation for a concrete-faced rockfill dam // Computers and Structures. 2011. Vol. 89. Issue 13-14. Pp. 1333-1351. DOI: 10.1016/j.compstruc.2011.03.012
  11. Mokhtar Pour E., Freitas Jr. M.S. Rehabilitation for high concrete faced rockfill dam (CFRD): Availability and vulnerability // Dam Maintenance and Rehabilitation II - Proceedings of the 2nd International Congress on Dam Maintenance and Rehabilitation. 2011. Pp. 881-887
  12. Li N., Wang J., Mi Z., Li D. Deformation safety of high concrete face rockfill dams // Challenges and Innovations in Geotechnics : 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ICSMGE). 2013. No. 4. Pp. 3301-3304.
  13. Hu K., Chen J., Wang D. Shear stress analysis and crack prevention measures for a concrete-face rockfill dam, advanced construction of a first-stage face slab, and a first-stage face slab in advanced reservoir water storage // Advances in Civil Engineering. 2018. Vol. 2018. Pp. 1-10. DOI: 10.1155/2018/2951962
  14. Arici Y. Investigation of the cracking of CFRD face plates // Computers and Geotechnics. 2011. Vol. 38. Issue 7. Pp. 905-916. DOI: 10.1016/j.compgeo.2011.06.004
  15. Dakoulas P., Thanopoulos Y., Anastasopoulos K. Non-linear 3D simulation of the construction and impounding of a CFRD // The International Journal on Hydropower and Dams. 2008. Vol. 15. Issue 2. Pp. 95-101.
  16. Aleman-Velasquez J.D., Marengo-Mogollon H., Rivera-Constantino R., Pantoja-Sanchez A., Diaz-Barriga A.F. Relevant aspects of the geotechnical design for ‘La Yesca’ hydroelectric project and of its behavior during the construction stage: The Mexican experience in concrete face rockfill dams. URL: https://ru.scribd.com/document/125483416/Relevant-Aspects-of-the-Geotechnical-Design-and-Behavior-of-La-Yesca-Dam
  17. Саинов М.П. Влияние деформируемости каменной насыпи на напряженно-деформированное состояние железобетонного экрана плотины // Вестник МГСУ. 2015. № 3. С. 69-78. DOI: 10.22227/1997-0935.2015.3.69-78
  18. Саинов М.П. Работа железобетонного экрана каменной плотины в пространственных условиях по результатам численного моделирования // Приволжский научный журнал. 2015. № 3 (35). С. 25-31.
  19. Саинов М.П. Влияние формы створа на напряженное состояние железобетонного экрана каменно-насыпной плотины // Инженерно-строительный журнал. 2016. Т. 63. № 3. С. 16-39. DOI: 10.5862/MCE.63.2
  20. Li N.-H., Sun D.-W., Li D.-H., Deng Y.-G., Yang J. Deformation behavior of 300 m high-concrete face rockfill dams // Yantu Gongcheng Xuebao (Chinese Journal of Geotechnical Engineering). 2009. No. 31 (2). Pp. 155-160
  21. Wang L.-B., Yan Q. Analyze on development prospects of 300m level ultra-high CFRD from Shuibuya high CFRD // Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, APPEEC. 2010. DOI: 10.1109/appeec.2010.5448667
  22. Zhou W., Hua J., Chang X., Zhou C. Settlement analysis of the Shuibuya concrete-face rockfill dam // Computers and Geotechnics. 2011. Vol. 38. Issue 2. Pp. 269-280. DOI: 10.1016/j.compgeo.2010.10.004
  23. Xu B., Zou D., Liu H. Three-dimensional simulation of the construction process of the Zipingpu concrete face rockfill dam based on a generalized plasticity model // Computers and Geotechnics. 2012. Vol. 43. Pp. 143-154. DOI: 10.1016/j.compgeo.2012.03.002
  24. Pinto de N.L.S., Filho M.P.L., Maurer E. Foz do Areia dam - design, construction, and behaviour // Proceedings of the Symposium on Concrete Face Rockfill Dams - Design, Construction and Performance. 1985. Pp.173-191.
  25. Zhang B., Wang J.G., Shi R. Time-dependent deformation in high concrete-faced rockfill dam and separation between concrete face slab and cushion layer // Computers and Geotechnics. 2004. Vol. 31. Issue 7. Pp. 559-573. DOI: 10.1016/j.compgeo.2004.07.004
  26. Park H.G., Kim Y.-S., Seo M.-W., Lim H.-D. Settlement behavior characteristics of CFRD in construction period. Case of Daegok dam // Journal of the KGS. 2005. Vol. 21. Issue 7. Pp. 91-105.
  27. Wen L., Chai J., Xu Z., Qin Y., Li Y. Junrui C. A statistical review of the behaviour of concrete-face rockfill dams based on case histories // Géotechnique. 2018. Vol. 68. Issue 9. Pp. 749-771. DOI: 10.1680/jgeot.17.p.095
  28. Саинов М.П. Вычислительная программа по расчету напряженно-деформированного состояния грунтовых плотин: опыт создания, методики и алгоритмы // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2013. Vol. 9. Issue 4. Pp. 208-225.
  29. ICOLD. Concrete Face Rockfill dam: Concepts for design and construction, International Commision on Large Dams. 2011. Bulletin 141.
  30. Kearsey W.G. Recent developments of upstream membranes for rockfill dams. A thesis submitted to the faculty of graduate studies and research in partial fulfilment of the requirements for requirements for the degree of master of engineering in geotechnique. Edmonton. Alberta. 1983. 122 p.
  31. Ляпичев Ю.П. Проектирование и строительство современных высоких плотин : уч. пос. М. : Изд-во РУДН, 2004. 275 с.
  32. СП 41.13330-2012. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.06.08-87. М., 2012. 86 c.
СКАЧАТЬ (RUS)