КАМЕННО-ЗЕМЛЯНАЯ ПЛОТИНА: ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДЫ И ГРУНТА
КАМЕННО-ЗЕМЛЯНАЯ ПЛОТИНА: ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДЫ И ГРУНТА
DOI:
https://doi.org/10.22337/2587-9618-2025-21-2-149-160Ключевые слова:
каменно-земляная плотина с ядром, напряжённо-деформированное состояние, фильтрация, поровое дав-ление, нагрузки, численное моделирование, метод конечных элементовАннотация
Точность результатов численного моделирования напряжённо-деформированного состояния (НДС) сооружения зависит от адекватности его расчётной схемы. При составлении расчётной схемы грунтовой плотины важнейшим аспектом является выбор силовых нагрузок от воды. Водная среда может создавать на плотину несколько видов силовых нагрузок: гидростатическое давление, взвешивающие и фильтрационные объёмно распределённые силы, а также вызывать в грунте внутреннее поровое давление.
Выбор расчётной схемы каменно-земляной плотины зависит от проницаемости глинистого грунта противофильтрационного ядра и скорости формирования его фильтрационного режима. Анализ натурных наблюдений за состоянием построенных плотин показал, что этот процесс может происходить по-разному. В одних плотинах после наполнения водохранилища фильтрационный режим устанавливался относительно быстро, а в других происходил длительный процесс рассеивания порового давления и консолидации грунта.
Для оценки влияния формы и способа приложения нагрузок был выполнен расчёт напряжённо-деформированного состояния высокой каменно-земляной плотины для трёх расчётных схем. Это случаи с условно водонепроницаемым, хорошо проницаемым и маловодопроницаемым грунтом ядра. В первом случае на ядро действует гидростатическое давление, во втором – силы от установившегося фильтрационного потока, в третьем происходит постоянное изменение порового давления и фильтрационных сил.
Для расчётов использовался программный комплекс MIDAS, который позволяет вести совместный расчёт НДС и фильтрационного режима, решать задачи о консолидации грунтов. Для моделирования грунта использовалась модель Кулона-Мора.
Анализ показал, что НДС плотины в трёх расчётных схемах сильно различается. Наибольшие напряжения и деформации плотина испытывает в случае водонепроницаемого ядра, при действии гидростатического давления. НДС плотины в случае хорошо проницаемого ядра, в котором быстро устанавливается фильтрационный поток, является более благоприятным. Случай маловодопроницаемого грунта является неблагоприятным с точки зрения трещиностойкости ядра. Из-за порового давления, взвешивающих и фильтрационных сил напряжения в скелете грунта малы. При этом горизонтальные смещения плотины по величине ближе к смещениям в случае водонепроницаемого грунта. Этот часто встречающийся случай может являться наиболее опасным для безопасности плотины.
Библиографические ссылки
Aniskin N.A., Rasskazov L.N., Yadgo-rov E.K. (2017) Filtration, pore pressure, and settling from consolidation of an ultra-high dam. Power Technology and Engineering, vol. 50, no 6, pp. 600–605. doi: 10.1007/s10749-017-0757-4
Aniskin N.A., Sergeev S.A. (2022) Chislen-nye resheniya zadach neustanovivshejsya fil'tracii v gidrotekhnike [Numerical solutions to unsteady filtration problems in hydraulic engi-neering]. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture], vol.17, no 11, pp.1478–1487. doi: 10.22227/1997-0935.2022.11.1478-1487
Rasskazov L.N., Yadgorov E.K., Niko-laev V.B. (2018) Field Observations of Soil Set-tlements, Displacements, and Pore Pressure in Dams. Power Technology and Engineering, vol. 51, no 6, pp.611–620. doi: 10.1007/s10749-018-0881-9
Rasskazov L.N., Yadgorov E.Kh., Buren-kov P.M. (2016) Pore Pressure Dissipation in the Core of the Nurek Dam. Power Technology and Engineering, vol.50, no 1, pp.54–56. doi: 10.1007/s10749-016-0658-y
Wu Y., Zhang B., Yu Y., Zhang Z. (2016) Consolidation analysis of Nuozhadu high earth-rockfill dam based on the coupling of seepage and stress-deformation physical state. Interna-tional Journal of Geomechanics, vol. 16, no 3, 04015085. doi: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000555
Lv X., Chi S. (2018) Strain Analysis of the Nuozhadu High Rockfill Dam during Initial Im-poundment. Mathematical Problems in Engi-neering, 7291473 doi: 10.1155/2018/7291473
Beiranvand B., Komasi M. (2019) Monitor-ing and numerical analysis of pore water pres-sure changes Eyvashan dam during the first de-watering period. Journal of Applied Research in Water and Wastewater, vol.6, no 1, pp.1–7
Komasi M., Beiranvand, B. (2020) Study of Hydraulic Failure Mechanism in the Core of Ey-vashan Earth Dam with the Effect of Pore Wa-ter Pressure and Arching. Journal of Stress Analysis, vol.4, no 2, pp. 55–67. doi:10.22084/jrstan.2020.20022.1110
Mir Mohammad Hosseini S.M., Ahmadi Fard R. (2023) Pore pressure development in the core of earth dams during simultaneous con-struction and impounding. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, vol. 8, pp.1–13.
Akhtarpour A., Salari M. (2020) The de-formation mechanism of a high rockfill dam dur-ing the construction and first impounding. Sci-entia Iranica A, vol.27, no 2, pp. 566–587. doi: 10.24200/sci.2018.20778
Rashidi M., Mohsen Haeri S. (2017) Evalu-ation of the behavior of earth and rockfill dams during construction and first impounding using instrumentation data and numerical modeling. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, vol. 9, pp.709–725. doi: 0.1016/j.jrmge.2016.12.003
Pan L., Wu B., Wang D., Zhou X., Wang L., Zhang Y. (2024) Study on impoundment deformation characteristics and crack of high core rockfill dam based on inversion parameters, Water, vol. 16, 188. doi: 10.3390/w16010188
Javanmard M., Amiria F., Safavi S. M. (2019) Instrumentation Readings versus Numer-ical Analysis of Taham Dam. International Jour-nal of Engineering A: Basics, vol. 32, no 1, pp.28–35. doi:10.5829/ije.2019.32.01a.04
Sainov M.P. (2022) Assessment of crack resistance of ultra-high earth core rockfill dam by pore pressure. Magazine of Civil Engineering, vol. 114, no. 6. Article No. 11411. doi: 10.34910/MCE.114.11
Topçu S., Seyrek, E. (2023) Numerical Analysis for Investigation of Hydraulic Fractur-ing Potential of the Rockfill Dam. Journal of Scientific Reports-A, no 55, pp. 173-184. doi: 10.1016/j.cviu.2017.00.000
Juraev D., Matkarimov P. (2023) Stress-strain state and strength of earth dams under static loads. E3S Web of Conferences 365, 03008. doi: 10.1051/e3sconf/202336503008
Qun C., Yu H.Z., Min T., Chang R.H. (2014) Modelling the Construction of a High Embankment Dam. KSCE Journal of Civil En-gineering, vol. 18, no 1, pp.93–102. doi: 10.1007/s12205-014-0180-4
Sainov M.P., Kotov F.V. (2024) Parametry modeli uprochnyayushchegosya grunta dlya modelirovaniya vysokih gruntovyh plotin [Pa-rameters of a hardening soil model for modeling high embankment dams]. Journal of Science and Education of North-West Russia, vol. 10, no 2, pp. 56–67.
Marsal R.J. (1967) Large Scale Testing of Rockfill Materials, Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, vol. 93, no 2, pp. 27–43. doi: 10.1061/JSFEAQ.000095
Jia Y., Xu B., Chi S., Xiang B., Zhou Y. (2017) Research on the Particle Breakage of Rockfill Materials during Triaxial Tests. Interna-tional Journal of Geomechanics, vol. 17, no 10, 04017085. doi: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000977
Sainov M.P., Boldin A.A. (2024) Formiro-vanie porovogo davleniya v yadre kamenno-zemlyanoj plotiny ot sobstvennogo vesa [For-mation of pore pressure in the earth-core rockfill dam due to the dead weight]. Hydrotechnika,. no 2, pp. 10–14.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 International Journal for Computational Civil and Structural Engineering
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
