Исследование
безнапорной фильтрации в теле грунтовой плотины для выявления аварийных
ситуаций в лабораторных условиях
Кульжаева Р.А., Сарбасова
Г.А
Таразский государственный
университет им. М.Х. Дулати, Тараз
Как известно, под влиянием напора, создаваемой плотиной, происходит фильтрация из верхнего бьефа в нижний как через основание, так и через тело плотины, при этом тело плотины насыщается гравитационной водой до депрессионной поверхности в любой точке, которой давление равно атмосферному.
Фильтрационный поток, ограниченный сверху кривой депрессии, называемый безнапорном, является предметом нашего исследования. Грунт, расположенный ниже депрессионной поверхности, постоянно находится в водонасыщенном состоянии.
Устройство дренажа является одним из радикальных средств уменьшения водонасыщенной зоны и повышения устойчивости основания и откосов земляных плотин и дамб.
Целью исследований безнапорной фильтрации в земляной плотине является изучение на модели картины и закономерности движения фильтрационного потока, положения депрессионной кривой, определение удельного фильтрационного расхода и коэффициента фильтрации грунта тела плотины, а также сравнение полученных результатов с аналитическим решением тех же вопросов.
Экспериментальная установка собрана в лаборатории гидротехнических сооружений кафедры «Водные ресурсы» Таразского государственного университета и представлена на рисунке 1.
1- рисунок Схема к расчету фильтрации однородной плотины без дренажа методом профессора Е.А.Замарина
Модель плотины отсыпана в фильтрационных лотках, лицевая стенка которых выполнена из стекла. Для измерения положения депрессионной кривой в теле плотины устроены пьезометры, диаметром 8,0 мм, которые соединены резиновыми трубками со штуцерами, установленными в днище лотка. Для измерения расходов используются мерная колба и секундомер. На дне лотка со стороны нижнего бьефа плотины выполнен патрубок с резиновым шлангом, предназначенный для замера воды, профильтровавшийся через плотину и сбросом ее в отвод. Питание фильтрационного лотка осуществляется из водопроводной сети посредством вентиля. Постоянный уровень воды перед плотиной регулируется с помощью шандорной стенки. Расход воды, переливающийся через водослив, сбрасывается через патрубок в отводящую трубу.
Порядок проведения экспериментальной работы для исследования фильтрации в теле грунтовой плотины для выявления аварийных ситуаций в лабораторных условиях выглядит таким образом.
Определение положения кривой депрессии в теле плотины производится по показаниям пьезометров. После того, как в теле плотины будет наблюдаться установившийся фильтрационный режим, производят измерения депрессионной кривой по уровням, наблюдаемым в пьезометрах. Данные измерений заносятся в журнал работ, по которым производится построение кривой депрессий. На миллиметровую бумагу по данным журнала наносят положения пьезометров и их показания, согласно которым получают экспериментальную кривую депрессии.
Для определения фильтрационного расхода с помощью мерной колбы и секундомера замеряют расход воды. Для исключения случайной ошибки замер производят не менее двух раз и берут среднее арифметическое [1]:
(1)
Коэффициент фильтрации грунта моделей плотин определяют по формуле
(2)
где 
- фильтрационный
расход модели;
– ширина лотка (длина
модели плотины);
- средняя высота
линии депрессии под плоскостью сравнения (основанием плотины) между двумя произвольно
взятыми пьезометрами;
- средний пьезометрический уклон линии депрессии на том же
участке;
Определение координат кривой депрессии и фильтрационного расхода аналитическим путем для плотины без дренажа рассчитывается в следующем порядке.
Определяют
положение осей координат 
и 
(2-рисунок), ось 
располагают по линии
подошвы плотины в сторону нижнего бьефа, ось 
- на расстоянии 
от точки уреза воды,
где 
-величина, зависящая от коэффициента откоса 
, определяется по формуле Г.М. Михайлова:
(3)
где: 
- глубина воды в верхнем бьефе;
1- модель земляной плотины; 2- дренаж; 3- щит пьезометров; 4-шандорная переливная стенка; 5- вентиль подачи воды; 6- труба для измерения фильтрационного расхода; 7- отводящая труба; 8- стеклянный лоток;
2 - рисунок Схема экспериментальной установки для исследования безнапорной фильтрации
Определяют
высоту точки выхода депрессионной кривой на низовом откосе 
по следующей
зависимости:
(4)
где 
- расстояние от оси 
до конца низового откоса;
заложение кривой депрессии рассчитывают по уравнению,
произвольно задаваясь значениями абсцисс 
от 0 до 
:
(5)
где, 
- расчетное расстояние от оси 
до точки выхода
кривой депрессии на этом же поперечном профиле плотины, где построена
экспериментальная кривая.
Удельный фильтрационный расход определяют по формуле:
(6)
где, 
- удельный фильтрационный расход;
– коэффициент фильтрации грунта тела плотины, определяемый
экспериментальным методом.
Библиографический
список
1. Замарин Е.А., Фадеев В.В. Гидротехнические сооружения. – М.: Колос, 1965.- 623 с.
