Осадка плотин во времени

Осадка в сжимаемых основаниях, которые сложены из маловодопроницаемых грунтов (глины, суглинка и пр.), длится годами. Учитывая это, различают стабилизированную (конечную) осадку и осадку для любого момента времени. Расчетные формулы осадок основания, приведенные выше, справедливы для стабилизированных осадок.

Процесс осадки пористого грунта во времени объясняется тем, что сближение частиц грунта, за счет чего собственно и получается осадка, может происходить только после удаления воды из пор. Отсюда чем меньше проницаемы грунты, тем больше времени требуется для конечной осадки. Для крупных песков осадка практически заканчивается вскоре после приложения внешней нагрузки, так как отток воды из пор происходит быстро.

Сжатие песчаных слоев грунта зависит от начальной пористости, при этом чем меньше она будет, тем меньше будут осадки песка. Следует заметить, что сжимаемость песков от статической нагрузки очень мала по сравнению с сжимаемостью глинистых грунтов. Увеличение осадки песчаных грунтов достигается за счет ударных и вибрационных нагрузок, от действия которых пески уплотняются больше, чем под статической нагрузкой.

В глинистых грунтах водопроницаемость очень мала, и отток воды после приложения внешней нагрузки происходит медленно, вследствие чего и осадка длится продолжительное время.

Н. М. Герсеванов дал закон изменения осадок во времени для грунтов с полным насыщением пор водой (по терминологии Н. М. Герсеванова грунтовая масса) и для нагрузок, действующих на весьма большой площади.

Этот закон выражается формулой:

(187)

где - осадка   основания  под нагрузкой  интенсивностью р к моменту времени t;
- коэффициент пористости грунта до сжатия;
h - толщина сжимаемого грунта;
t - время от начала загружения в годах;
е - основание натуральных логарифмов;
- коэффициент, определяемый по формуле:

(188)

в которой
k - коэффициент фильтрации;
N - коэффициент, зависящий от условий отвода вытесняемой из грунта воды.

При залегании сжимаемой толщи грунта между двумя дренирующими слоями, что дает возможность отвода фильтрационной воды вверх и вниз, значение N принимается равным единице. Когда фильтрация воды происходит лишь в одном направлении, вверх или вниз,  значение N=4.

При расчете земляных плотин на осадку чаще встречается случай фильтрации воды в одном направлении; тогда N=4, и формула (188) имеет вид:

(189)

В формуле (187) множитель перед скобкой представляет собой стабилизированную осадку , а член в скобках - коэффициент, учитывающий затухание осадки.

Формула (187) позволяет определить осадку основания плотин на любой заданный срок и время, необходимое для  стабилизированной  осадки,  последнее  можно вычислить, если принять член равным единице.

Приближенно осадку земляных плотин для момента времени t, к которому процесс уплотнения грунта основания еще не закончился, определяют по эмпирической зависимости, где величина отношения высоты сжимаемого слоя к ширине земляной плотины меньше 3 без учета постепенности возведения насыпи.

(190)

где   - осадка за время t от начала приложения нагрузки;
- стабилизированная осадка,  определяемая по одной из формул (180, 181, 182);
t - время осадки в годах;
е - основание натуральных логарифмов;
- коэффициент,     определяемый   по   графику (рис. 104).

Рис. 104. График для определения   коэффициента  Р:
Н -толщина   сжимаемого слоя; В - ширина фундамента.

Расчет осадок основания земляной плотины по любому из рассмотренных методов производится для нескольких характерных вертикалей поперечного профиля плотины. Эти вертикали можно провести через середину гребня плотины, бровки откосов, середину откосов и у их подошвы. Вычисленные значения осадок по каждой из принятых вертикалей позволяют построить линию подошвы и внешний строительный контур плотины после осадки (см. рис. 101). Разность объемов насыпи между двумя контурами - строительным и эксплуатационным следует учитывать при подсечете баланса земляных масс.