Гидроузел с плотиной из грунтовых материалов (стр. 5 из 12)
Обратные фильтры – грунты определенного гранулометрического состава, укладываемые по мере возрастания крупности по направлению движения фильтрационного потока.
Обратные фильтры располагают на контакте дренажа с дренируемым телом плотины, с основанием, на контакте тела плотины с креплением верхового откоса каменной наброской и иногда на контакте ПФУ и боковых призм.
Для обратного фильтра используют имеющиеся карьерные грунты или искусственные материалы. Их подбирают из условия обеспечения фильтрационной прочности сопрягающих грунтов в месте контакта. Если естественный карьерный грунт оказывается непригодным, то проводят его обогащение или отсев крупных фракций.
Коэффициент неоднородности материалов обратных фильтров дренажей должен иметь следующие значения:
1. если з < 10 – грунт несуффозионный (допустим в качестве обратного фильтра),
2. если з = 10…20 – грунт полусуффозионный (допустим в качестве обратного фильтра при определенных условиях),
3. если з > 20 – грунт суффозионный (не допустим в качестве обратного фильтра).
Число слоев обратного фильтра и их состав необходимо определять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. При этом следует стремиться к созданию однослойных фильтров и только в исключительных случаях проектировать многослойные фильтры с возможно меньшим числом слоев.
При расчете однослойного или первого слоя многослойного обратного фильтра используют следующие обозначения:
D50 - размер фракций тела дренажа, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 50% массы всего грунта;
d50- средний размер фракций I слоя обратного фильтра;
D60- размер фракций тела дренажа, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 60% массы всего грунта;
D10- размер фракций тела дренажа, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 10% массы всего грунта;
-коэффициент неоднородности защищаемого грунта;
-коэффициент неоднородности первого слоя обратного фильтра;
-коэффициент междуслойности.
Зерновой состав фильтра должен исключать проникание (просыпаемость) защищаемого грунта в поры фильтра, выпор и вдавливание частиц грунта в поры фильтра, размыв защищаемого грунта на границе с фильтром, отслаивание глинистого грунта на контакте с материалом фильтра, а также суффозию фильтра. В зависимости от типа плотины, а также грунтов ее тела и основания подбор первого слоя обратного фильтра выполняют исходя из различных условий.
При подборе фильтров возможны два случая:
1. первый – известны параметры карьерного грунта и заданы кривые гранулометрического состава, расчетом устанавливают применимость этих грунтов для фильтра;
2. второй — данные гранулометрического состава отсутствуют, кривые их определяют из условия отсутствия фильтрационных деформаций.
Обратные фильтры можно подобрать по графикам, разработанным В. С. Истоминой.
Принцип их построения основан на разделении поля графика на две области - допускаемых (ниже кривой) и недопускаемых (выше кривой) характеристик. По осям графиков откладывают характеристики грунтов; если они пересекаются в области допускаемых значений, грунт можно использовать для фильтра, если же они пересекаются в области недопускаемых значений, то грунт нельзя использовать для фильтра.
Подбор зернового состава второго и последующих слоев многослойного фильтра ведут по тем же графическим зависимостям полагая, что через di и Di соответственно обозначены размеры фракций предыдущего и последующего слоев фильтра.
Толщину слоев обратного фильтра назначают с учетом производства работ и технико-экономических расчетов. По фильтрационным условиям толщина каждого слоя должна быть не менее 3D85, но не меньше 0,2 м.
Подбор обратных фильтров
Земляную плотину с комбинированным дренажем в виде банкета в сочетании с ленточным возводят на супесчаном основании. Грунт тела плотины супесь с d50 = 0,15 мм, основание – крупный песок с d50 = 0,15 мм. Тело дренажа - глыбовый грунт с D50 = 330 мм,
=15.Проверяем необходимость устройства обратного фильтра:
Тело плотины – тело дренажа
Так как контактируют связный грунт тела плотины с несвязным грунтом тела дренажа, то необходимость устройства обратного фильтра будем определять по первому графику Истоминой. Для этого вычисляем значения коэффициента неоднородности грунта дренажа
и 
. 
Определяем местоположение точки с координатами (15; 330) по третьему графику Истоминой.
Так как точка попадает в область недопустимых характеристик, то нужен обратный фильтр на контакте тела плотины с телом дренажа.
Первый слой обратного фильтра:
Для обратного фильтра используем карьерный грунт 14 (галечниковый), который подбирается из условий обеспечения фильтрационной прочности сопрягающих грунтов в месте контакта.
Так как по контакту защищаемого грунта тела дренажа с проектируемым обратным фильтром будет восходящий фильтрационный поток, то проверку выполняем по графику [3], рис. 3.13б, стр. 134. При этом грунт фильтра не должен быть суффозионным.
Проверяем характеристики подобранного грунта:
грунт несуффозионный,
.Соответствующая им точка располагается в области допустимых характеристик см. [3], рис. 3.13б, стр. 134,
и 
, следовательно, для этой контактной зоны карьерный грунт 14 применим.Проверяем, контактирует ли подобранный слой с телом дренажа:
Проверяем контакт 14 грунта с телом дренажа по второму графику Истоминой [3], рис. 3.13б, стр. 134. Для этого вычисляем значения коэффициента неоднородности карьерного грунта
и коэффициента междуслойности
грунт несуффозионный.
Определяем местоположение точки с координатами (17,3; 9) по второму графику Истоминой.
Так как точка попадает в область допустимых характеристик, следует, что подобранный слой фильтра контактирует с телом дренажа.
Проверяем, контактирует ли подобранный слой с телом плотины:
Для проверки отсутствия фильтрационных деформаций по контакту обратного фильтра дренажа с телом плотины пользуемся Истоминой [3], рис. 3.13б, стр. 134. Точка, имеющая координаты
и 
,попадает в область недопустимых характеристик, следует, что тело плотины не контактирует с подобранным слоем фильтра.
Второй слой обратного фильтра:
Для второго слоя обратного фильтра используем крупный песок (9 грунт), который подбирается из условий обеспечения фильтрационной прочности сопрягающих грунтов в месте контакта.
Так как по контакту защищаемого грунта тела дренажа с проектируемым обратным фильтром будет восходящий фильтрационный поток, то проверку выполняем по графику [3], рис. 3.13б, стр. 134. При этом грунт фильтра не должен быть суффозионным.
Проверяем характеристики подобранного грунта:
грунт несуффозионный,
.Соответствующая им точка располагается в области допустимых характеристик см. [3], рис. 3.13б, стр. 134,
и 
, следовательно, для этой контактной зоны грунт 9 применим.Проверяем, контактирует ли второй подобранный слой с первый слоем обратного фильтра:
Проверяем контакт 9 грунта с первым слоем обратного фильтра по второму графику Истоминой [3], рис. 3.13б, стр. 134. Для этого вычисляем значения коэффициента неоднородности карьерного грунта
и коэффициента междуслойности
грунт несуффозионный.
Определяем местоположение точки с координатами (21,25; 7,5) по второму графику Истоминой.
Так как точка попадает в область допустимых характеристик, следует, что подобранный слой фильтра контактирует с первым слоем.
Проверяем, контактирует ли подобранный слой с телом плотины:
Для проверки отсутствия фильтрационных деформаций по контакту обратного фильтра дренажа с телом плотины пользуемся Истоминой [3], рис. 3.13б, стр. 134. Точка, имеющая координаты
и ,