Пособие к методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений рд 153-34. 2-21. 342-00” (стр. 14 из 23)

Значения К2 положения кривой депрессии определены по результатам фильтрационных расчётов положения кривой депрессии и устойчивости откосов плотины для варианта с минимальным значением коэффициента устойчивости.

Рассмотрены три случая состояния грунтовой плотины по критерию устойчивости при воздействии особого сочетания нагрузок:

1. Верховой откос. Отметка ФПУ = 89,5 м; УНБ - 76,5 м.

2. Низовой откос. Отметка ФПУ = 89,5 м; УНБ == 76,5 м,

3. Низовой откос. Отметка НПУ = 89,0 м; УНБ - 75,8 м; наслонный дренаж закольматирован.

Расчеты устойчивости откосов грунтовых плотин Воткинской ГЭС проводились в соответствии с рекомендациями СНиП 2.06.05-84 «Плотины из грунтовых материалов» [4] по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжении с учетом фильтрационных сил по методике Терцаги - Флорина [19, 20].

Минимальные значения коэффициентов устойчивости [К_min - 1,31) получены для низового откоса при особом сочетании нагрузок для третьего расчетного случая, где по условию полностью закольматирован дренаж. По результатам расчёта было получено выклинивание фильтрационного потока на низовой откос в верхней зоне наслонного дренажа.

4. Построение прогнозных моделей

Статистическая регрессионная модель

За внешние факторы воздействия на пьезометрический уровень в теле и основании плотины при построении регрессионной модели принимались значения уровней верхнего и нижнего бьефов. Уровень депрессионной поверхности в грунтовой плотине располагается ниже проектного. За время эксплуатации значения УВБ неоднократно достигали НПУ.

Прогноз значений К1 выполнялся по регрессионной модели на основе выборки временного ряда наблюдений за последний десятилетний период, включающий показания пьезометров при НПУ. Несмотря на то, что расчётный паводок не наблюдался за период эксплуатации при прогнозе с использованием УНБ = 75,80 м (значения УНБ за этот период не выше 74,0 м), предполагалось, что в диапазоне УНБ, равном 74,0-75,8 м, обеспечено сохранение тесноты и формы связи значений УНБ и показаний пьезометра. Основание: незащищённый низовой откос, высокие значения корреляции показаний пьезометров с действующими факторами и F-критерия, как параметра статистической модели.

Значения К1 назначались равными прогнозируемым показаниям пьезометра по регрессионной модели с учетом доверительного интервала равного трем стандартам (3σ) погрешности прогнозной модели относительно показаний КИА. Увеличение доверительного интервала до 3σ (обычно принимается 2σ) вызвано наличием неучтённых факторов, имеющих значимое влияние в отдельных показаниях пьезометров, но исключающих человеческий фактор и отказ КИА.

Детерминистическая модель

Если предположить, что физико-механические свойства тела и основания плотины продолжают соответствовать проектным предположениям, то основным фактором, определяющим фильтрационную прочность и устойчивость откосов плотины, остаётся положение кривой депрессии, соответствующее условиям особого сочетания нагрузок.

Задачи фильтрации (положение кривой депрессии) решаются методом ЭГДА или численным методом. В приводимом примере использовался численный метод локальных вариаций [21]. Расчет выполнялся для створа плотины на ПК 39 + 48.

В качестве исходных характеристик грунтов принимались проектные значения их физико-механических и фильтрационных характеристик. Наиболее высокое положение депрессионной кривой получено при неработающем дренаже. Отметки выхода воды на низовой откос получены в пределах

79 м - 77 м (свободная поверхность наслонного дренажа).

5. Определение критериев безопасности грунтовой плотины

Критериальные значения положения кривой депрессии

Критериальные значения К1 показаний пьезометров назначались по результатам прогноза пьезометрических уровней в условиях пропуска расчётного паводка, выполненного по статистической модели,

Расчет устойчивости откосов для основного сочетания нагрузок не производился из следующих соображений:

положение кривой депрессии остаётся ниже проектных предположений;

методика оценки устойчивости не претерпела принципиальных изменений за годы эксплуатации;

проектные коэффициенты устойчивости превышают действующие нормативные. Критериальные значения К2 уровней воды в пьезометрах принимались по прогнозу, полученному для створа № 2, в котором был получен наименьший коэффициент устойчивости откосов. При прочих равных условиях в выбранном створе наиболее высокое положение депрессионной кривой.

Значения К1 и К2 диагностических показателей пьезометрических уровней в грунтовой плотине для створа № 2 приведены в таблице П.О.1.

Критерии безопасности значений фильтрационных расходов

Наблюдаемые величины дренажных расходов значительно ниже проектных величин. Критериальные значения К1 расхода плотины № 2 назначены по прогнозу регрессионной модели для расчётного напора Н = 23,0 м в условиях основного сочетания нагрузок. Для плотины № 2, где ось закрытого дренажа выше УНБ, за внешний фактор воздействия принимались значения верхнего бьефа.

Критериальные значения К1 градиентов напора на входе в дренаж назначались с использованием регрессионной модели, Прогноз выполнялся для расчётного напора Н = 23 м в условиях основного сочетания нагрузок: НПУ = 89,0 м, УНБ = 66,0 м. Наблюдаемые значения градиентов ниже нормативных и не превышают 0,37.

Критериальные значения К2 градиентов напора на входе в дренаж назначались по нормативным предельным градиентам напора для песков мелких фракций намывных плотин. Значение К2 принято равным 0,9% критического градиента напора J_{cr m}.

Критериальные значения показателей расхода и градиентов напора в грунтовой плотине приведены в таблицах П.0.2 и П.О.З.

Критерии безопасности осадки грунтовой плотины

Учитывая разницу в начале наблюдений по плитам-маркам в основании и по поверхностным реперам в теле плотины для сравнительного анализа осадок выбран период 1962-2000 г.г. На правобережной пойменной плотине № 2 наблюдения за осадками тела и основания ведутся в 5-ти створах: на ПК 37 + 48, ПК 39 + 48, ПК 41 + 48 , ПК 43 + 48, ПК 45 + 48. Наибольшие осадки гребня плотины на ПК 37 + 48 - 68,0 мм. Интенсивность осадок гребня плотины на наблюдаемых створах не превышает 1 мм/год, а относительная осадка гребня за период 1961-2000 годы составила 0,0035 Н (высоты плотины), что свидетельствует о нормальном процессе осадок к 42 году эксплуатации.

Разница в осадках гребня плотины, низовой бермы и дренажа составляет 15-20 мм. За исключением ПК 39 + 47, где осадки дренажа близки к осадкам низовой бермы. На этом пикете поврежден дренажный коллектор. Интенсивность осадки наслонного дренажа на ПК 39 + 48 - 0,5 мм/год - наиболее высокая в сравнении с другими плотинами. Осадки основания практически затухли.

Прогноз осадок тела и основания грунтовой плотины определялся с учетом затухания осадок (статистическая модель экспоненциального типа). Значения К1 и К2 осадок тела плотины № 2 назначались равными прогнозу по статистической модели на конец ближайшего 5-ти летнего периода с учетом значений доверительного интервала, в 2δ и 3δ, соответственно.

Значения К1 и К2 для осадок основания плотины № 2, где они практически закончились, назначались равными асимптоте с учётом значений доверительного интервала, в 2δ и 3δ, соответственно.

Критериальные значения осадок К1 и К2 и приведены в таблице П.0.4. В таблице П.0.5 приведены критериальные оценки состояния сооружений по результатам визуальных наблюдений, ранжированные как потенциально опасные - К1 и предаварийные - К2.

Таблица П.O.1 - Грунтовая плотина № 2 Воткинской ГЭС. Критериальные значения пьезометрических уровней в теле и основании плотины

№ п.п.	Номер створа. ПК"	Номер КИА. пьезометры опускные. расстояние от оси сооружения, м: отметка низа водоприемника, м	Наибольшее измеренное значение показателя. отм.уровня воды, м	Критериальные значения диагностических показателей			Способ определения диагностического показателя
				Проектное, уточненное (Ленгидропроект. 1976 г.). мм	Эксплуатанионные значения
					К1, мм	К2, мм	К1	К2
Пьезометрические уровни в теле и основании плотины
Створ 2
1	II ПК 39+45	П-8 -30,15 Ñ 72,84	80.35	86,60	81,50	88,80	Прогноз по	По
							статистической	результатам.
							модели	полученным
							В0+В1∙УВБ±3δ:	численным
							51,80+0,31∙УВБ+3∙0.60	методом
2	II ПК 39+45	П-11 +64,50 Ñ 70,59	75.30	77,00	75,30	78,80	Прогноз по	по
							статистической	результатам,
							модели	полученным
							В0+В1-УВБ±3δ:	численным
							55,00-0,22∙УВБ+3∙0,1	методом
3	II ПК 39+45	ПГ-13 +95,50 Ñ 64,20	74,71	-	75,00	-	Прогноз по	-
							статистической
							модели
							В0+В1∙УВБ±2δ:
							60,50+0,1б∙УВБ+3∙0,10

Примечания