автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Влияние особенностей конструкции, свойств основания, специфики топографии и других существенных факторов на работу облегченных бетонных и грунтовых плотин

1 о 9 Ъ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КАГАНОВ Григорий Моисеевич

ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНСТРУКЦИИ,

СВОЙСТВ ОСНОВАНИЯ, СПЕЦИФИКИ ТОПОГРАФИИ И ДРУГИХ СУЩЕСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ ОБЛЕГЧЕННЫХ БЕТОННЫХ И ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН

Специальность 05.23.07 - гидротехническое и мелиоративное

строительство

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада

МОСКВА 1992

Работа выполнена в Московоком ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте.

Официальные оппоненты:

Заолуженннй деятель науки л техники

РСФСР, довт. техн.наук, проф. Н.С.РОЗАНОВ

Доктор техн.Еаук, проф. И« Б. СОКОЛОВ

Доктор техн.ваук М.Г.ЗЕРЦАНОВ

Ведущая оргаллзация "Союзводпроект" .

Защита соаюмоя 1992 года в ^ ча-

сов на за о еда нии специализированного Совета Д.120.16.01 в МГМИ по адреоу: 127550, Москва, ул.Прянишникова, 19, МГШ, ауд. 1/201.

О научным докладом можно ознакомиться в библиотеке МГШ.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, прооим направлять по адресу МГМИ, ученому овкретарю.

Доклад разослан 0$ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета проф., к.т.н.

Р.И.Берген

1 1 - I -

ОНДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы» В последние годы вое большее внимание в нашей охране и за рубежом уделяв тая проблемам безопаоности и надежности гидротехнических аооруквняй. Разрушение крупных сооружений может привеоти в материальному ущербу, во много раз превосходящему оюимооть самого сооружения, большим человеческим жертвам, тяжелым экологическим последствиям; разрушение небольших сооружений или их ремонт при маооовом строительстве танже приводит к значительным материальным затратам.

На важность проблемы базопаоноати крупных гидротехнических сооружений указывает также и то, что ряд аспектов этой проблемы неоднократно обоуждадоя на многих международных Конгрессах СИГБ, международных симпозиумах, Всесоюзных совещаниях; проблема базопаоноати гидротехнических сооружений в течение ряда лет входила в программы важнейших НИР ШП СМ СССР и в отраслевые программы. Ряд наследований, выполненных в последнее время, указывает также на необходимость решения проблемы обеспечения надежности небольших гидротехнических сооружений, в частности возводимых в специфических условиях, например на набухающих грунтах и др. Проблемы оценки безопаонооти гидротехнических сооружений авязаны о оценкой их напряженно-деформированного оостояния,прочности и устойчивости. Последние, в овою очередь в значительной мере зависят от ряда факторов: от нагрузок и воздействий, конструктивных особенностей вооружения, наличия трещин и швов, геологичеоких особенностей эснования, топографии и др. Влияние этих и ряда других факторов эбычно оценивается при проведении иооладований, связанных а обоа-аованием вариантов конкретных сооружений. В овязи о достаточно зыоокой стоимостью расчетных и особенно модельных исследований 1ри решении пространственных задач, чаото не удается получить 5олев широкий об&ен информации при варьировании параметров фак-соров в достаточно широком диапазоне.

Большой интерео именно такие исследования могли бы предотав-[ять и при изучении работы облегченных бетонных и грунтовых соору-саний, а также новых облегченных конструкций.

Такие исследования, поставленные в рамках единой методики 1ри дейотвии одного или нескольких факторов, изменяющихся в юататочно широком диапазоне, позволили бы получить новые физи-:;пкие представления и установить закономерности работы системы' Iдотина - основание в упругой стадии н в стадии разрушения.

- г-

Таким образом веоьма актуальной представляется постановка задачи оценки влияния отдельных существенных факторов на несущую споообнооть и напряженно-деформированное оостояние комплекса плотина - основание.

При постановке такой задачи велика роль модальных исследований, для проведения которых необходимо решение ряда методических вопросов, каоающихоя вопросов подобия, создания широкой гаммы модельных материалов, разработки технологии изготовления моделей плотин и оснований, оовершенотвоваяия техники проведения экспериментов и др. Задача совершенствования методики модельных иссиедований также весьма актуальна.

В облаоти исследований прочности и устойчивости гидротехнических сооружений при дейотвии на них статических нагрузок и температур широко известны специалисты, занимавшиеся расчетами и модельными исследованиями: Г.Н. Маслов, A.B. Белов, Н.И. Абрамов, С.В. Александровский, С.С. Антонов, A.M. Архипов, A.M. Белостоц-квй, Г.Ю0 Бердичевокий, В.И. Бронштейн, П.И. Васильев, H.A. Вудь-фович, Э.Г. Газиев, М.Ц. Гогоберщзе, A.II. Гольдин, H.A. Гордон, И.И. Гудушаури, H.A. Гутидзе, В.Ф. Захаров, М.Г. Зерцалов, A.B. Караваев, А.Б. Кириллов, ПЛ. Коган, В.М. Пятхер, Ю.Б. Мга-добвлов, А.Н. Ыарчук, А.!. Ыожевитинов, Моценалидзе Н.С. Мо-ценалидзе А.Н., В.Г. Орехов, Н.П. Розанов, Н.С. Розанов, Д.д. Са-пегин, В.Н. Севастьянов, И.Б. Соколов, П.П. Трапезников, С.Б. Ухов, Ю.А. Фишман, В.Б. Фрадкин, С.А. Фрид, Г.Н. Хесин, K.M. Хуберян, A.A. Храпков, Г.И. Шимыедьыиц, Г. Оберти, Э.Фумагалли, Р. Роша, Я. Серафим н др.

В нашей стране (ВНИИГ, НИС Гидропроекта, МИСИ, ШШ, ВНИМИ, Грузняиэгс, МГШ и др.) и за рубежом выполнен большой объем наследований по конкретным объектам; проведены такке и методические исследования, однако ряд вопросов, связанных с оценкой влияния различных факторов на работу облегченных бетонных и грунтовых плотин, в них на затронут. Недостаточно подно решены и отдельные важные вопрооы модельных исследований.

Чаоть исследований по данной диссертации выполнялось в рамках планов важнейших НИР ГКНТ СМ СССР и отраслевых программ по ряду заданий, посвященных проблемам безопасности гидротехнических сооружений 0.01.275 (I97I-I975 гг.), 0.01.05 (1976-1980 гг.); 0. 85.06 (1981 - 1985 гг); 0.55.08.06 (1986-1990 гг.) и др., что также позволяет считать актуальной проблему, решению которой.

доовященл данная работа.

Исследования по диаоертации выполнялись в период о 1959 по 1992 гг. на начальном этапе в МИСИ им. В.В.Куйбышева, а затем в Лаборатории прочности МГМИ.

Целью работы являетоя: I) Оценка влияния различных фал торов на работу облегченных бетонных плотин, а также плотин из армированного грунта. Эта оценка проводилась для ряда конкретных объектов (что позволило обосновать их безопасность, уменьшить стоимость и ороки строительотва), а также на специальных сериях методических экспериментов и раочетов. В качеотве основных факторов принимались конструктивные особенности плотин, трещины, строительные и конструктивные швы, ослабленные зоны в них; геологические особенности оснований скальных и наскальных; некоторые особенности топографии. 2) Получение новых физических представлений о работе указанных сооружений в упругой стадии и (.и~ии) в атадии разрушения, в том числе получение качественных и количественных -закономерностей - картин разрушения, обобщенных коэффициентов запаса, напряженно-деформированного состояния.

В соответствии о указанной целью решались следующие задачи:

Проведены ататические исследования,:

- масаивно-контрфорсных плотин а одиночными КФ-1 и сдвоенными контрфорсами КФ-2 и КФ-2Я, а также плоский клин КФ-пл; оценивалось влияние трещин, швов, ослабленных зон в теле плотины и особенностей основания;

- разработана новая конструкция многоарочной плотины на нескальном основании и проведены исследования по обоснованию не-оущей способности ее элементов при варьировании различных факторов ;

- арочных плотин в узких и широких створах, а также плоских арок; оценивалооь влияние особенностей геологии - деформатив-ность (прочность) основания, ослабленные зоны, сдвигоопасные массивы и дифференциальные подвижки в основании, топография створа, конструктивные особенности;

- плотин обкатого профиля из армированного грунта и их элементов ; оценивалось влияние процента армирования, облицовки, размеров, местоположения и формы арматуры и др..;

- устойчивости скальных откосов.

Проведещ исследования,.теплового и термонапряженного состояния: -----------

- гравитационная плотин: о раоширенянмя пшами (ГШ) и для сравненья маооавной <ГМ); маосивно-контрфороннх плотян о одиночным коятрфораоы КФ-1, двух типов оо сдвоенными контрфорсами КФ-2 и КФ-2Я, ячеиатых конструкций; оценивалось влияние сраСотри водохранилища и колебаний температуры воды и воздуха; горизонтальных и вертикальных трещин и швов; геометрических размеров оооруженийдеформативнооти основания; неоднородности тела плотины; грунта засыпки ячеиатых конструкций и

их конструктивных особенностей.

_П£0ведв1ш_исследования _соор^жэнийА в за шлоде йств^гади^ с набухавдим грунтом на основе подхода, предложенного автором:

-регуляторов одно, двух а трехпродетных; открытых и с затяжкой;

- ячеистых конструкций; оценивалось влияние особенностей конструкции и параметров набухания.

Разработан_комплека вопросов.,, связанных с методикой моделирования:

- разработаны отдельные новые положения теории подобия и проанализирована возможность их реализации; рааомотрена возможность отказа от некоторых критериев при их малом влиянии на результат ;

- разработана широкая гамма модельных материалов для моделирования моделей плотин, скальных и нескальных оснований, в том числе и из набухающих грунтов, о большим диапазоном физико-механит-

ческях и теплсфизических свойств;

- разработаны конструкции стендов и установок;

- систематизирована, а в ряде случаев разработана технология • изг.-отов'ления моделей плотин, оснований, швов, трещин и др.; отработана тэхнина проведения модельных исследований; разработана оригинальная методика моделирования термонапряженного состояния гидросооружений и взаимодействия последних с набухающим грунтом.

Научная ябвизнд исследований представлена:

- количественными и качественными результатами целенаправленных методичеоких исследований, позволяющих оценить влияние на работу облегченных бетонных плотин и плотин из армированного грунта обжатого профиля рада важных факторов ( различных видов нагрузок и воздействий; геологических особенностей основания; швов, трещин, ослаб® няых зон в тепе сооружений; йонструкттвяых особенностей сооружений и др.); -

- новыми физическими представлениями и закономерностями работы указанных сооружений в упругой стадии и в стации разрушения при действии указанных факторов;

- результатами исследований предложенных в рамках данной работы новых конструкций ячеистых плотин, а также низконапорных многоарочных плотин на нескальных основаниях (имеются авторские свидетельства), арочных плотин на несвальных основаниях, регуляторов на набухающих грунтах;

- разработкой отдельных положений теории подобия к анализом возможности отказа от некоторых критериев подобия, оказывающих малое влияние на результат;

- разработкой широкой гаммы модельных материалов, разрабо:^-кой их рецептур, результатами исследований их физико-механических и теплофизических свойств, которые могут регулироваться в большом диапазоне;

- разработкой конструкций стендов, установок, систематизацией и разработкой технологии изготовления моделей плотин, оснований, швов, трещин и др. ; усовершенствованием техники проведения модельных исследований;

- разработкой оригинальной методики моделирования термонапряженного состояния гидросооружений, а также сооружений взаимодействующих с набухающим грунтом;

- расчетными зависимостями, уточнением отдельных расчетных зависимостей плотин из армированного грунта, предложениями о путях уточнения методов расчета устойчивости арочных плотин, разработкой подхода для создания расчетной методики при определении напряженно-деформированного состояния сооружений, взаимодействующих с набухающим грунтом.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработанная методика моделирования нашла широкое применение при обосновании плотин ряда конкретных гидроузлов при дейатвии статических нагрузок и температурных воздействий;

- на основе полученных зависимостей может быть оценено влияние на напряженное состояние плотин и (или) на их несущую способность вышеперечисленных факторов;

- на основе разработанных предложений могут выполняться расчеты гидротехнических сооружений на набухающих грунтах, уточняться конструкции соорукений из армированного грунта;

- полученные новые физические представления о работе сооружений могут послужить основой для создания новых или уточнения

известных методов расчета;

- предложены оригинальные конструкции низконапорных многоарочных и арочных плотин на не скальных основаниях, которые могут эффективно использоваться в низконапорных гидроузлах при массовом строительстве, а также конструкции регуляторов на набухающих грунтах.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований внедрены:

- при проведении научного обоснования выбора экономичного варианта а обосновании безопасности плотин 12 гидроузлов: Нурекского, Ингурского, Токтогульского, Кировского, Андижанского, Братского, Богучанского, Хуцони, Казиевка, Саяно-Шушенсвого, Антонивановцы (Болгария), Аль-Багдади (Ирак); .

- в Пособии к СНиП 2.06.01-86 и СНиЛ 2.06-03-85 "Проектирование гидротехнических сооружений водохозяйственного назначения" ;

- в материалы Пособия: "Плотины из армированного грунта", которые намечается включать в СНиП 2.06.05-84;

- при разработке на уровне изобретений новых конструкций бетонных плотин и технологии возведения плотин из армированного грунта ; в практику проектирования внедрено одно из изобретений;

- в 2-х учебниках для ВУЗов "Гидротехнические сооружения" Стройиздат, М., 1978 г.; 'Тщротемические сооружения" Агропром-издат, М., 1985 г., а также отражены в учебном пособии "Пабора-торные работы по гидротехническим сооружениям" Агропромиздат,

М., 1989г.; |

- в 2-х справочниках: "Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика", Стройяздат, М., 1983 г.; Справочник "Мелиорация и водное хозяйство", т.4, "Сооружения", Агропромиздат, М., 1987. ;

За разработку комплекса методических вопросов исследований прочности и устойчивости гидротехнических сооружений на моделях и исследования конкретных объектов автор награжден серебряной медалью ВДНХ; серебряной медалью ВДНХ награждена и конструкция разработанной многоарочной плотины на нескальном основании, в соответствии с авторским свидетельством.

Экономический эффект от внедрения результатов исследований по обоснованию конкретных объектов составляет £7 млн.руб.

Апробация работы.Результаты исследований докладывались на Международных Конгрессах и симпозиумах. Сделано 6 докладов и сообщений: на ХШ Конгрессе по высоким плотинам (Нь»-Депи, Индия, 1979 г.; на.Х1У Конгрессе по высоким плотинам (Рио-де-Ганейро, 1982 г.), на Семинаре по безопасности плотин от Экономической комиссии ООН для Европы (Раваниеми, Финляндия, 1988 г.); на конференции Дни плотин (г.Табор, ЧСФР, 1992 г.); на Всесоюзных конференциях и совещаниях - 15 докладов; на конференциях Гидропроекта - 3 доклада. Материалы диссертации докладывались также на конференциях МГШ и МИСИ,

По результатам исследований опубликовано 109 печатных работ, получено 5 авторских свидетельств, выпущено 82 отчета.

Дичннй вклад автора определяется тем, что им одним из первых в нашей стране разработан комплекс методических вопросов, связанных с моделированием на хрупких моделях прочности гидротехнических сооружений и их оснований при действии статичесиих нагрузок и температурных воздействий, а также поставлена задача проведения методических целенаправленных исследований для оценки влияния ряда важных факторов на pa6oiy облегченных плотин.

Во всех опубликованных работах автору принадлежат основные идеи постановки задачи и обеспечения необходимой информативности и обоснования экспериментальных и расчетных исследований; в методической части - разработка ряда основополагающих вопросов методики модельных исследований, новых методов, способов, установок, модельных материалов; научное руководство и участие в экспериментальных, расчетных и теоретических исследованиях; обобщение результатов, формулирование выводов и разработка рекомендаций.

В становлении автора как специалиста большую роль сыграла длительная совместная работа с Н.П. Розановым, а на начальном этапе с В.Г. Ореховым. В разработке ряда модельных материалов большую помощь оказали консультации Г.И.Горчакова и А.П. Мернина. Исследования, расчеты, конструирование оборудования и установок, теоретические разработки выполнялись совместно с автором его аспирантами, защитившими кандидатские диссертации Аббо С.Х., Адесманом В.Б., Дурсума А., Зимнюковвм З.А., Нефедовым A.B., Нуршановым С.А., Хамдамовым Б.Х., Хачикянцем Г.С., а также сотрудниками Лаборатории прочности МГМИ: Балуновым Ю.К., Евдокимовой И.М., Зборовской М.И., Комар д иной В.В., Малявиным В.П., Попу-

новым В.И., Стендовым Ю.Н., Чернявским БД. и др. Большую помощь в изготовлении моделей и разработке многих технологических вопросов овазали модельщики Белобородов Б.А., Глазков А.И., Фяли-монов В.А., Богачев А.П., Меркешкин М.Д. Всем им автор выражает авою признательность за помощь в работе.

Основные положения и выводы по докладу получены лично автором и при его непосредственном участии.

На защиту вннооятся результаты исследований, постановка которых была сформулирована и реализована в соответствии с цепями и задачами исследований, представленными выше.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Для решения задачи оценки влияния различных факторов на работу указанных выше сооружений использовались как модельные исследования, так и расчетные методы. При проведении модельных исследований большую роль играют вопросы методики моделирования, которым было уделено большое внимание в настоящей работе; на их основе в дальнейшем были проведены исследования работы различных конструкций и сооружений. Ниже излагаются основные вопросы, рассмотренные в настоящей работе.

I. Методика экспериментальных исследований

I.I. Некоторые вопросы подобия при моделировании гидротехнических сооружений и их оснований.

При разработке отдельных вопросов подобия автор базировался, в основном, на положениях, сформулированных А.Г. Назаровым. В ряде случаев использовались и некоторые современные воззрения, описывающие поведение бетона и хрупких материалов. Разработки проводились по следующим основным направлениям: I) анализ отдельных условий подобия; уточнение терминологии и геометрическая интерпретация условий подобия, весьма полезная в плане методологии изложения теории подобия; 2) обоснование новых теоретических положений, овязанных с разработкой .новых критериев подобия и анализ возможности их реализации на базе имеющихся модельных материалов; 3) рассмотрение отдельных вопросов приближенного подобия с учетом возможности отказа от некоторых критериев при малом их влиянии на результаты исследований; 4) анализ представлений об обобщенном коэффициенте запаса, получаемом на основе модельных исследований. С учетом этого:

- Предложены критерии подобия, учитывающие на базе .исследований О.Я. Берга границы микротрещинооСразования хрупких материалов, т.е. необходимо подобие, индикаторных диаграмм не только продольных, но и поперечных деформаций и

Дг.н/Япл» —ЯТ.М/Япр.М (I.I)

В (I.I.) и далее: "Н" - натура, "М" - модель;/Г>пр - лриэ-менная прочность;^/"- напряжения, при которых появляются микротрещины.

- О учетом результатов исследований бетона при постоянной скорости деформирования предлагается учитывать при моделировании и нисходящую ветвь индикаторной диаграммы бетона.

- Анализ современных разработок в области механики разрушения позволил сформулировать соответствующие критерии подобия; получены критерии для моделирования динамических воздействий, температурных и впажяоатяых воздействий (усадка или набухание). В эти критерии входит величина коэффициента интенсивности напряжений. Дана геометрическая интерпретация подобия при моделировании на основе этих критериев.

Критерии подобия для динамических (сейсмических) воздействий:

©¿7"= Хр CC^J ^иг ^Ус

Oia^ol^joc^oc^ (I.2)

где Т - период; L - линейный размер \J> - плотность;^- деформации;^ - критический коэффициент интенсивности напряжения ); -ускорение.

Критерии подобия при моделировании температурных и влажностных воздействий.

При обеспечении теплового подобия с учетом критериев Фурье и Био:

, А-вл)

получено соотношение перепадов температур:

(1.4)

где - температура; - соотношение коэффициентов линейного

расширения; - соотношение в натуре и на модели напряжений. Аналогично могут быть получены выражения для деформаций набухания и усадки.

- Для хрупких материалов на основе предложенного Г.П. Черепановым параметра хрупкости^" предложен критерий подобия, использование которого позволит с большей точностью воспроизводить хрупкий или пластический характер разрушения.

где ^ - полная диосипирующая энергия единицы свободной поверхности; - прочнооть материала.

- В связи с тем, что несущая способность гидротехнических сооружений в значительной мере может зависеть от срока службы, важное значение приобретает возможность моделирования долговечности. Отсутствие критериев подобия сдерживает возможность проведения исследований длительной работы сооружений на моделях. Предложенный автором критерий подобия для моделирования долговечности базируется на разработках в области кинетической теории прочности и, как показывает анализ, может быть реализован при использовании имеющихся модельных материалов, в том числе и разработанных автором.

_ Ан ч-/2о»(эн

Ам+О-омб* (1-6)

где Ч^ - время выдержки под нагрузкой до разрушения напряжение; А и ¿¿о- константы материалов.

Полученные результаты могут быть распространены и на моделирование долговечности с учетом температурных воздействий, для которых получен соответствувдий^критерий подобия.

.—■ ,— '¿¿/у

¿Н _ Сои <£• (1.7)

Л

тжъ£-(<о) - энергия активации процесса разрушения- постоянная Больцмана, дж/к; - абсолютная температура, кельвин; константа.

На база уравнения Г.П. Черепанова, получены также .критерии подобия для моделирования долговечности ( ) при наличии в сооружении трещин; в качестве основных параметров материалов натуры и модели используются некоторые эмпирические константы, в том числе и критический коэффициент интенсивности напряжений//с .

Тун _

'См Ам ехр(-<х.1М

Т/4 '

}/~н _ ъън ех/>(-^2н ¿н )

(1.8)

(1.9)

где А^} ^о - эмпиричеакие константы ; 1Г — скорость

доиритического роста трещины; £ - температура.

- Подобие при моделировании работы сооружений в стадии разрушения могло бы базироваться и на какой-либо из теорий прочности, однако возникает вопрос - какой? Обработанные нами многочисленные экспериментальные данные многих авторов позволяют считать, что имеет место довольно значительны1" их разброс, а также довольно существенные отклонения от известных теоретических зависимостей. Были получены эмпирические зависимости в координатах 6У3

для различных видов материалов, учитывающие результаты этих экспериментов. Обработка данных выполнена была также в координатах

- второй инвариант девиагора касательных напряжений

- первый инвариант тензора нормальных напряжений; обработка в данных координатах позволила существенно уменьшить разброс данных и получить меньшее их отклонение от получанной эмпирической зависимости, являющейся уравнением прочности:

(1.10)

Очевидно, "что подобие магериа лов натуры и модели можэг быть сформулировано как подобие кривых

- Сформулирована методина пересчета коэффициента запаоа/Г, полученного по результатам испытания единичной модели для плотины в натуре иной высоты и выполненной из Сетона другого класса; это позволяет расширить объем получаемой информации, что может быть попользовано, в частности, для оценки несущей способности береговых оекций, имеющих профиль, аналогичный русловым секциям при меньшей их высоте. .

П.Н !ЛН

где г1ц и Кн - высота и прочность бетона плотины в натуре, модель которой испытана в масштабеоС^ ; ЬцЪ. - высота и прочность бетона плотины в натуре, для которой пересчетом определяется коэффициент запаса К' •

В связи о тем, что при таком пересчете возникает вопрос о влиянии перегрузки (или недогрузки) от собственного веоа, на объемных моделях арочных плотин при^/^и^; ^/Алл =0,3 были выполнены методические исследования, показавшие, что изменение величины собственного веса от 0,5 Срасч. до 1,5 ^расч. ПРИВ°ДИТ к незначительному повышению величины коэффициента запаса в пределах 8-10

- Большой интерес представляют для исследователей вопросы идентичности разрушения одинаковых моделей; такие данные практически отсутствуют, что связано с высокой стоимостью и трудоемкостью изготовления моделей и их испытаниями. Проведенные неболь- ■ шие серии исследований на моделях плоских арок, объемных моделях арочных плотин в узких створах ( ^/^,=2) и в широких створах

( =4), массизно-контрфорсных плотин с одиночными и сдвоен-

ными контрфорсами, а также свай и свайных ростверков показали, что картины разрушения испытанных идентичных моделей весьма близки, а различие их обобщенных коэффициентов запаса составляет 6-Н

- В овязи с тем, что часть исследований была посвящена изучению неоущей способности железобетонных свай в грунте и свайных ростверков, являвшихся фундаментом многоарочных плотин на нескальном основании, а при практической реализации известных критериев подобия возникают определенные трудности, разработаны предложения, позволяющие осуществлять приближенное подобие. С уче-

том критериев подобия были иоодедованн прочностные и деформа-тивные характеристики широкого круга различных проволок, с помощью которых возможно осуществить моделирование железобетона, наследовалось также их сцепление на контакте а модельным материалом. Полученные результаты могут Оытьиспользованы для моделирования и других железобетонных конструкций.

- В последнее десятилетие все более широкое распространение за рубежом получают гидротехнические сооружения из армированного грунта.

При исследовании моделей этих сооружений практически отсутствовали критерий подобия. Такие критерии предложены в настоящей работе. Так:

/ »/¿м =еС1;унгР/Х„.гг = (Хугр; & а/^а = ^ ;

Ун,г/> =У*.гр; С», г/>/с„,го =е>6с =Ы6 ; (1.12)

(1.14)

где "гр" - грунт; "а" - арматура£ - удельный вас, угол внутреннего трения, удельное сцепление и модуль деформации;

и - на границе грунт- арматура ¿Г _ пп0-

щадь сечения, ширина и толщина арматуры; Лд. - прочность арматуры на растяжение или срез.

Бри малом влиянии жесткости арматуры в невозможности соблюдения одновременно (1.13) и (1.14), возможно приближенное подобие, исходя из

сЯ*^ = (1.15)

и приняв = путем варьирования и

. Здеоь сЯ"" - разрывное усилие ъ арматуре. Рассмотрены и возможности реализации критериев приближенного подобия, которые вили в дальнейшем использованы при исследовании армированных моделей плотин.

В овязи о необходимостью решения ряда практических задач были сформулированы отдельные предложения, связанные с моделированием температурных и влааноотных воздействий:

- Значительное количество сооружений строитоя на пучиниотых грунтах. Возможно также выполнение засыпов (подпорных стенок, ячеистых конструкций) из пучияиотых грунтов. В связи с необычайной сложностью иди даже невозможностью точного модедирования физико-химических процессов, следствием которых является пучение, предлокен феноменологический подход, позволяющий подучить критерии подобия, базирующиеся на анализе основных факторов, сопутствующих процессу пучения (процесс распространения тепла, объемное расширение грунта при его замораживании), а также учитывающих его напряженно-деформированное ооотоянне в' соотношение коэффициентов пиазйного теплового расширения материалов сооружения (бетона) и грунта. Например ддя модем ячейки, засыпанной пучи-нистым грунтом, последний надо подобрать так, чтобы за время полученное, исходя из критерия Фурье:

(1.16)

он расширялся бы при пучении на а£/*ул</ч.. , определяемую с учетом геометрического подобия:

Л /а -ОС^ ^ ^

при подобии температурных режимов и определенного соотношения температур, а также коэффициентов линейного расширения Сетона с^и линейного теплового расширения грунта:

£н/£м (1.16)

РмШм^Р*) где и Епуч. - температурные деформации бетона и пучения (грунта). Одновременно используются критерии подобия Био и Гука; соотношения подобия коэффициентов температуропроводности бетон -грунт.

- Результаты натурных доследований показали существенное влияние влажностннх деформаций на работу бетонных плотин и сооружений.

Разработаны критерии подобия для прямого физического моделирования напряженно-деформированного состояния от этих воздействий, а также обоснована возможность реализации подобия на базе температурной аналогии. Так, если распространение влага описывается уравнением влагопроводнооти Фурье, то при Физическом моделировании

(dar^j/L

иГн/иГ„ = (£аГ,н иг, м)/(£&-иг,н)

(оигн/бц^м Ен/сб^^Ш^, Ем

где "кГ " - влажность; коэффициент диффузии влаги; ОС^- коэффициент линейного на бухания; 6иг~ напряжения и деформации от набухания.

При использовании температурной аналогии в критерии Фурье (I.I6) взамен dt также используется Лиг и определяется масштаб времени при нагревании модели вместо ее увлажнения. Температура модели при этом:

t/ч (ос«гн ¿tJZ 6ti * (1 20)

€>ur,H/&t А1

где оС± - коэффициент линейного расширения материала модели; 6.4. Earn ~ температурные и влажностные деформации на модели и в натуре.

- Анализ критериев подобия для моделирования термонапряжен-яого состояния позволил сформулировать ряд практических предложений, связанных с возможностью более широкой интерпретации и обобщением результатов, получаемых на основе единичной модели, испытываемой в разных временных масштабах с использованием критерия Фурье (см. I.I6), что равносильно исследованию плотин различной высоты в натуре. Таким жа способом может бить оценено влияние на термонапряжеяное состояние изменения коэффициента температуропроводности. Предлагаемый подход был реализован на моделях массивно-контрфороных и гравитационной плотин, что позволило оценить влияние их размеров на термонапряженное состояние .

- Некоторые отдельные эксперименты, которые требуют дальнейшего развития и углубления, были посвящены оценке влияния различий некоторых физико-механических свойств материала моделей массивно-контрфорсяых плотин Кф-I яд их несущую способность и характер разрушения. При различии свойств - ня 30

^np ~ ^ на ^ различие в обобщенных коэффициентах

запаса составило 2 % при практически близких картинах разрушения. Анализ результатов исследований аналогичных моделей других авторов показал, что при различии и Н^ моделей в

1,5 раза и соответственно Е//? в 3 Р338 различие обобщенных коэффициентов соотавляет 2 картины разрушения также достаточно близки. Т.е. изменение овойотв в указанном диапазоне незначительно сказывается на результатах.

- В работе рассмотрены также отдельные вопросы моделирования компленоа сооружение - основание. В частности для скальных оснований приводится геометрическая интерпретация подобия для некоторых чаото применяемых для скалы теорий прочности. Для яе-окальных оснований дан анализ специфики их моделирования. Показано в частности, что в каждом конкретном случае следует анализировать и при необходимости проверять специальными опытами необходимость осуществления подобия всех параметров. Автор ачитает возможным в ряде случаев отказатьоя от. моделирования зернового соотава грунта, а ограничиваться подобием углов внутреннего трения, удельного сцепления и компрессионных кривых. В качестве примера анализа влияния некоторых факторов, которые могут сказаться (или не сказаться) на работе системы сооружение - грунт были проведены методические эксперименты системы свая - грунт. которые позволили сделать следующие выводы:

а) несущая способность системы существенно завиоит от прочности материала сваи, что не учитывалось до оих пор в ряде работ ; б) изменение модуля деформации грунта от 1.4 до 10 МПа практически не повлияло на несущую способность сваи, т.е. при моделировании несущей способности такой системы можно не отремитьоя к точному воспроизведению деформагявяосгя грунта; в) существенное влияние оказывает на несущую сдособяооть угол внутреннего трения (и очевидно оцепление); г) показано, что отказ от моделирования собственного веса грунта может дривеоти к снижению несущей способности сваи до 30

Предотавляеюя целесообразным в дальнейшем при моделировании и иных конструкций, взаимодействующих с грунтом, обратить внимание на возможное влияние на результат при отказе от во-иопроизведения собственного веса.

- Рассмотрены также вопроаы подобия при моделировании сооружений, возводимых на набухающих грунтах. Получены критерии подобия дпя двух случаев, при которых параметры набухания среды (грунта) а) ие зависят или б) завиоят от ее напряженно-деформированного оостояния. Подучены также критерии подобия, базирующиеся на температурной аналогии а позволяющие моделировать яабу-

хание основания в рамках упругой задачи нагревом или охлаждением материала основания. Ддя моделирования нестационарного процеоса набухания получены критерии расииранного механического подобия для нестационарной фильтрации и дана их геометрическая интерпретация.

- Сформулирован подход к постановке методических исследований несущей способности плотин при наличии в них трещин или дефектов, позволяющий оценивать отепень опасности различных их т&-пов путем сравнения обобщенных коэффициентов запаса моделей с трещинами а соответствующими результатами исследования эталонной монолитной модели и Епп/Ё осд = I и о расчетным (нор-

мативным) обобщенным коэффициентом запаса.

1.2. Материалы для моделирования гидрстехничеаких сооружений и их оснований

Составной и весьма важной чаотью методики моделирования при решении задач прочности и устойчивости гидротехнических сооружений является разработка широкого круга модельных материалов, обладающих йироким спектром физико-механических свойств. Эти материалы должны быть одновременно достаточно технологичными и сравнительно недорогими (особенно при крупных моделях); их поведение под наг-рузной должно быть максимально приближено к работе материалов сооружения и основания. При разработке модельных материалов в данной работе определялись некоторые их основные физико-мезанические характеристики, знание которых необходимо для проведения статических и динамических исследований: I) призменная прочность (для ряда материалов и кубяковая); 2) прочность на осевое растяжение, а для некоторых и растяжение при изгибе; 3) скорооть прохождения продольных ультразвуковых волн; 4) статичеакий модуль упру-гоати; 5) динамический модуль упругоати - определялся по величине продольных волн, а для некоторых составов и резонансным методом; 6) коэффициент Пуассона ; 7) величина усадочных деформаций, и деформаций расширения; 8) удельный вес; 9) прочность на омятие (для отдельных материалов); 10) практически для всех материалов получены индикаторные диаграымы6*=/£ (£ ); II) коэффициент интенсивности напряжений (для отдельных материалов); 12) для ряда материалов, моделирующих свойства- оснований, получены сдвиговые характеристики и С, диаграммн?"= £ { & ), а для не-

свальных; оснований компрессионные кривые; 13) подучены характеристики набухания под нагрузкой ддя паст, моделирующих набухающий грунт. .

Для моделирования термонапряженного состояния определены тепяофизические свойства ряда модельных материалов: I) коэффициент линейного расширения; коэффициент теплопроводности; 3) удельная теплоемкость; 4) хциент температуропроводнооти.

Проведены также исследования, связанные с подбором проволок для моделирования арматуры железобетона и специальной фольги дня моделирования армированного грунта.

Материалы для моделирования бетона и скального основания изготавливались на основе цементного я гипсового вяжущего. Каждый из материалов имеет свой диапазон применения, твхнояогичеокие и шше достоинства и недостатки. Для ввакаиышх оснований использовались несвязные и связные грунты, в том числе и о различными добавками, а также формовочная глина, пластилин, глиниотые пасты с добавкой монтмориллонита.

- Материалы для моделей на основе цементного вяжущего, ом. табл.1.

Были подобраны соотавы и исолецованы: пемзобетон, керамзито-бетон, отиропоробетон.вибровапучешшй газобетон, некоторые типы цементных растворов (а известняком, о песком, с наполнителем в виде резиновой крошки), резино-цвментно-извеотняковыа композиции, полимерцемеятяые раотворн. Ддя большинства этих модельных материалов изучалось изменение их физяко-маханячесяях свойств во времени. Получены рецептуры составов различных материалов. Разработаны удобные в пользования паспорта их физико-механичеаких свойств и эмпирические зависимости, с помощью которых имеется возможность в кратчайшие сроки подбирать материал с учетом особенностей его поведения под нагрузкой, технологии изготовления модели и оонования и их размеров. Полученные материала позволяют воспроизводить ослабленные зоны и трещины в основании.

- Матераалы'для моделей на оонова гипоового вяжущего, см. табл.2. Были подобраны соотавы и исследованы: гипсовые раствора без заполнителя, в том числе с большими водогипсовыми отношениями до 2.0 и более, гипсовые растворы без залодяягаля из влажного гипса, гипоопесчанне растворы, гипооизвеогковне раотворн, гипооазвест-няковые раотворн, гилсо-резийо-ваввотняковые композиции, гипсо-резино-пеочаные композиции, гипсо-резиновне раотворн, полимер-

- 19 -

гипсы. Предложены рецептуры материалов, а также разработки паспорта их физико-механических свойатв.

- Модельные материалы с высоким удельным весом (см. табл.1 и 2), приготовленные на гипсовом и цементном вяжущем. Были разработаны и исследована гипсо-известняково-свипцовые композиции. Резина применялась в виде резиновой крошки, свинец в виде свинцового порошка. Исследовались также цементно-извеотняково-резино-свинцовые, а также цемантно-резино-свинцовые композиции; в последних свинец применялся в виде порошка и в виде свинцовой дроби.

- Для отдельных составов было выполнено сравнение динамического модуля упругости импульсного и резонансного, для них импульсный модуль упругости в 1,1 {-4 раза больше резонансного, что следует иметь в виду при проведении модельных исследований. Для них определены также динамический коэффициент Пуассона (0,18 ... 0,23), декремент колебаний (0,31 ... 0,37) и коэффициент поглощения (0,42«..0,74). Материалы о высоким удельным весом могут использоваться при динамических (сейсмических) исследованиях, для изготовления моделей небольших мелиоративных сооружений при ста-тичеоних исследованиях, а также и при исследованиях термонапряженного состояния.

- Материалы, приготовленные на гипсовом и цементном вяжущем, применяемые при исследованиях термонапряженного состояния, а также напряжений от влажностньх воздействий.

Для этих наследований могут применяться практически любые материалы, в том числе и описанные выше. Для приведенных составов модельных материалов были исследованы их теплофизичевкие свойотва и получен достаточно широкий их диапазон, позволяющий варьировать масштабы моделирования с учетом удобства проведения экспериментов и соблюдения критериев подобия (см. табл.3).

- Материалы для моделирования нескальных оснований.

В задачу этой части работы входило проведение методических исследований, которые позволяли бы в достаточно широком диапазоне регулировать физино-механические свойотва моделей нескальных оснований и обратных засыпок. Исследовались песчаные и песчано-резиновые смеси в рыхлом и уплотненном состоянии, резиновая крошка, керамзит и керамзрто-резиновые смеси, скульптурная глина, пластилин и песчано-пластилино-солицольные композиции, пасты для моделирования набухающих грунтов с добавками монтмориллонита.

- Сдвиговые характеристики модельных материалов,применяемых

при моделировании скальных оснований; прочность строительных швов.

Для части наследованных хрупких материалов величины С иtg<p бы и найдены расчетом, для отдельных материалов они определялись на основе экспериментов. Полученный диапазон tp^P составляет 3,2 +0,22, для С соответственно 2,7 +0,02 Ша. Были определены и сдвиговые характеристики при ацянге образцов, имеющих общую контактную поверхность (о применением различных омазок и без них) гладкую или зубчатую. Получены величины С=0,0 +0,1 МПа -

=0,1 +0,57.

Для воопроизвецания на моделях прочности строительных швов были проведены специальные исследования, где в качестве клея использовались гипсовые растворы различной прочности, клей ПВА, АК-20 и др. при различных способах и материалах для грунтовки.

Исследования на сдвиг гпсо-известковых образцов (/?пр= 0,95 МПа,^#=0,12 Ша) с зубчатой контактной поверхностью показали, что при различной геометрий зубцов величина tyy и 0 изменялась незначительно:^«' =0,82 ... 0,84; С=0,С8 ... 0,11 МПа.

В результате доследований получена широкая гамм низко-модулышх материалов для изготовления моделей гидротехнических (и промышленно-гражданоких) сооружений, а также для воспроизведения скальных и не скальных оснований; модельные материалы обладают большим диапазоном физико-механических и тедлофизичаоких характеристик:^,6 - 7,2 г/си3; Еотат= 0,05 - 8000 Ша; Един =0,07 -- 9000 МПа ;/?пр=0,05 - 10 МПа ; #/> = 0,01-2,5 МПа; У* =0,15-0,22;

. ^60 - 2500 м/о ;С^=(18чб,6) 10 1/к; Л =0,57-0,12 Вт/ьг-к;

£>=(0,508-0,1) Ю"6 м2/оек\C¿ =(1,22-0,62) I03 Дж/кг-к ; получен широкий диапазон Éh; txqIT- скорость продольных волн;

коэффициент линейного расширения- коэффициенты теплопроводности и температуропроводности; i¿ - удельная теплоемкость; tfs,- параметр набухания для грунта.

1.3. Разработка практических вопроаов исследований на моделях

В процесое постановки и проведения исследований автор принимал непосредственное участив в постановке, разработке и реализации ряда практических вопроаов модельных исследований.

- 21 -

Статичеокие исследования

Дня проведения отатичеоних исследований были разработаны различные стенды и установки для плоение и обьемных моделей сооружений, возводимых на скальных и нэокальных основаниях, в том чиа-ле и слеженных набухающими грунтами. Разработана конотдукция установки для исследования уотойчивооти окальных откосов, установка для исследования свай и овайных ростверков.

Проанализированы различные способы моделирования гидростатического давления с помощью резиновых камер, гидравлических домкратов, мехаяичеоких устройств, а для моделей с дос таточно низкими модулями упругости рассмотрены тяжелые растворы и тяжелые органичеакие жидкости; предложена методика применения тяжелых суспензий (/>=до 4...6 г/см3) на основе порошков бария, свинца и др. с добавками поверхностно-активных веществ.

Решен ряд методических вопросов, связанных с моделированием собственного веса. Рассмотрено влияние количества тяг на напряженное соотояние плотины, исследовано напряженное состояние под анкерами различной формы и даны уточняющие рекомендации по их размещению и по предельным нагрузкам для избежания разрушения тела плотины от концентраций напряжений под анкерами. Проведена серия исследований по уточнению формулы (для оценки длины гибких нейлоновых нитей для моделирования собственного веса), учитывающей наличие нелинейного участка при их нагружении. Показано, что гибкие тяги не сказываются на несущей способности моделей грунтовых сооружений а сооружений из армированного грунта. Предлоявны способы стыковки анкеров с тягами из высокопрочной стали.

Специальными экспериментами показано, что для свайных ростверков и авай отказ от моделирования собственного веса грунта может привеати к снижению несущей способности при работе на горизонтальные нагрузки до 30 В меньшей мере это сказывается на несущей способности арочных плотин (см. разд.1.1).

При испытаниях и изготовлении образцов и моделей плотин и оснований автором впервые внедрена и широко используетая ультразвуковая аппаратура; при этом учтена специфика низкомодульных материалов. В развитие работ ШСИ и ИМАШ были подобраны на оанове сероуглерода хрупкие лаковые покрытия.

Для низкомодульных яязкопрочвых материалов, окрашиваемых и без окраоки была проверена возможность замера упругих деформаций при применении голографичеокой интерферометрии. Расхождение с

-22-

тензометрическим способом замера деформаций составило 12

Был подобран тип окраски и отработана методика скоростной киносъемки при исследовании разрушения моделей, которая позволила получить динамику разрушения откосов в виде кинограмм. Разработана методика проектирования моделей и загрузочных устройств для моделирования гидростатики и собственного веса.

Исследования те рмо на пряденного состояния Для воспроизведения на модели теплового режима разработана нагревательная система, состоящая из гибкой нагревательной ткани из токопроводящей графитированной ленты и теплосьемнша из медных трубок и кожуха или листопрокатного испарителя. Для равномерного распределения температур его рабочую поверхность покрывали специальной теплопроводной пастой.

В качества электроизоляции использовалась стеклоткань. Хладоносители - охлажденные растворы хлористого натрия и хлористого кальция.

Работа тепловой загрузочной системы осуществлятся в ручном или в автоматическом режиме (с использованием автоматической следящей системы с программным управлением). Возможно воспроизведение температур, изменяющихся по любому закону. Предложена нагревательная система, состоящая из элементов Пельтье, позволяющая воспроизводить нагрев и охлаждение моделей в диапазоне температур +100 ... - 30°С.

Для замера температур изготавливалась термопары; использовались и термодатчики.

Замер деформаций осуществлялся термокомпеасированяши тензорезисторами, для наклейки которых применялись соответствующие клеи. Использовался прибор АЭИТ-4М с ценой деления 1«10*"б„ Защита терморезисторов осуществлялась герметиком. Термообработка кле, и тарировка терморазисторов осуществлялась в климатической камере " $еийгоп 3001".

Отработана методика проведения экспериментов.

Технология изготовления моделей плотин и оснований

Несмотря на сравнительно небольшие размеры моделей, технология их изготовления является часто весьма сложной. Это относится и к основаниям, трещинам, ослабленным зонам. Часто каждая модель требует своих специфических технологических решений.

Автор принимал непосредственное участие в разработке тех-

нологии изготовления моделей различных типов плотин: арочных, контрфорсных различных типов, ячеистых, облегченных гравитационных, гравитационных с крупными отверстиями, армированных свай и свайных ростверков, многоарочных плотин. Отработана методика изготовления оснований со сложным геологичеоким строением, ослабленных зон в основании.

Исследованы различные паронепроницаемые покрытия для предохранения от усадки моделей, изготовленных на цементном вяжущем. Отработана методика цементации вертикальных межстолбчатых швов арочных плотин, для которых подобраны специальные растворы. Отработана также методика отливки крупных моделей при применении пластичных составов, дающих большие осадки доола их укладки. Отлажена методика проверни однородности модели путем прозвучивания. Разработана оригинальная методика воспроизведения трещин в моделях с шириной раскрытия 7-20 микрон (в натуре 1-2 мм) путем использования специальной жесткой высокопрочной фольги топщиной. 10-100 микрон.

2. Исследование работы облегченных плотин на статические воздействия. Исследование устойчивости скальных откосов

Основной задачей данной части работы являлаоь оценка влияния ряда важных факторов на напряженное состояние и несущую способность облегченных бетонных и грунтовых плотин. В качестве таких, как нам представлялось, существенных факторов были приняты: а) для маосивно-контрфорсных плотин: местоположение, высота и ширина раскрытия трещин (или швов) в теле плотины; наличие в тепе плотины и в основании оолаблеяных зон, деформативность и прочность основания; б) для разработанной новой конструкции многоарочной плотины на неокальном основании: ее конструктивные особенности и свойства основания; в) для арочных плотин: влияние деформативности и прочности основания, наличие локальных ослаблений основания, наличие сдвигоопасных блоков в бортах каньона и дифференциальных подвижек в основании, влияние прочности основания на смятие ; отдельно обосновывалась возможность возведения арочных плотин на нескальных основаниях; г) для плотин из армированного грунта исследовалось влияние сечения арматуры, ее формы и местоположение, процента армирования, жесткости лицевых стенок и других факторов.

Выл выполнен иомплеко исследований устойчивости акальннх откосов.

2.1. Влияние йа несущую способность контрфорсных плотин трещин, строительных; швов, оолабленных зон и геологических особенностей основания

Исследовались модели маосивно-контрфорсных плотин: а) секции с одиночным контрфорсом (условное обозначение КФ-1, аналог - Кировская плотина), масштаб модели 1:150; б) одиночный плоский контрфорс без оголовка (клин), масштаб 1:150, уоловное обозначение КФ-пл; в) секции со сдвоенными контрфорсами (обозначение КФ-2 и КФ-2Х) аналог - Андижанская плотина с полостью и с диафрагмой в полоати) масштаб 1:200.

Исследование аекций о одиночными контрфорсами (Кф-I) и плоского (КФ-пл) клина

Влияние трещин (незацементированных строительных швов). На первом этапе проведены поиоковые исследования секции КФ-1 в упругой стадии; было определено напряженно-деформированное состояние монолитной секции и секций с вертикальными трещинами; на одной из моделей дополнительно воспроизведено раскрытие строительных швов на низовой грани. Иодятано 16 моделей. Полученные данные позволили оценить степень ухудшения напряженного состояния на верховой грани и в основании плотины; для ряда моделей его можно считать удовлетворительным.

На втором этапе были проведены комплексные исследования 19 моделей КФ-1 в стадии разрушения.

- Предварительная серия опытов подтвердила, что картины разрушения одинаковых моделей с идентичными трещинами весьма близки, а их обобщенные коэффициенты запаса имеют отклонение от ореднего 2

Исследовалось также и влияние количества ( п ) я местоположения вертикальных сквозных трещин' ( n = I; 2 ; 4 ; 6; 9) ; при большом их количестве даже небольшой высоты (— 0,07 Лпл) может иметь место сдвиг не только на контакте плотина - основание, но и по плоскости сдвига, проходящей .через вершины вертикальных трещин, что оледует учитывать при назначении схем предельного состояния.

Полученные количественные характеристики степени опасности различных видов трещин чо напряженному оостоянию и по величина обобщенного коэффициента запаса позволяют считать, что отдельные виды трещин, незначительно ухудшая общее напряженное соо-

гояние, могут снизить несущую способность, которая завялит от количества, местоположения, высоты, конфигурации и степени раскрытия трещин. Последние являются в сооружении и в основании концентраторами напряжений, формирующими схему предельного состояния. Для отдельных типов трещин и их количества обобщенный коэффициент запаса может снизиться на 50...60 При этом особо опасными могут быть не только высокие трещины, но и большое количество невысоких трещин (до Агрвщ.сх 0,07/£дл). Независимо от типа трещин зафиксирована близкая схема разрушения, при которой происходит раскрытие контактного шва со стороны верховой грани (и в ряде случаев появляется трещина в основании) и развитие вторичных трещин, перемещающихся из зон концентрации напряжений, создаваемых первичными трещинами.

Отмечено, что возникновение и развитие вторичных систем трещин не приводит в процессе дальнейшего нагружения к мгновенному разрушению. Плотина и основание обладают определенной "живучестью", т.е. некоторой резервной способностью нести нагрузку после начала развития вторичных трещин. Исследования предварительной серии позволили наметить и направление дальнейших исследований.

- Влияние высоты, местоположения и ширины раскрытия единичных вертикальных трещин на несущую способность секций маосивно-контрфорсных шютин с одиночными контрфорсами (тип КФ-1) и контрфорсов плотин с плоскими перекрытиями (тип КФ-Пл).

Исследования этих моделей при^Спл //?осн = I и Епл / Еосн=1 выполнены о применением теории планирования эксперимента (полный факторный экспепимент,/У=2). В качестве функции цели принят обобщенный коэффициент запаса К или относительный коэффициент запаса К0= К/Кэтал, где Кэгал - обобщенный коэффициент запаса эталонной модели - мояодитнойбез трещин при ^Рпл/^осн^; Епл/Еос = I.

Характеристики трещин в моделях обоих типов приняты одинаковыми, что позволило оценить влияние форма контрфорса (оголовка), на абсолютную величину обобщенного коэффициента и ртносительный коэффициент запаса. В качества основных факторов приняты: а) относительная высота трещины Ат \ б) относительное местоположение трещины Х2 = в/В; в) относительная величина раскрытия трещины Хд= а/А ; где Ь - высота трещины, Алл - высота плотины, в - расстояние от точки контакта верховой грани с основанием до трещины; В - ширина подошвы; а и А - соответственно минималь-

ная и максимальная величины раскрытия трещины;^., 6'/ Q, - независимые переменные. В исследованиях этой серии испытано 22 модели (12 типа К9Ы и 10 типа Кф-пл). В зависимости от сочетания величин факторов относительный коэффициент запаса уменьшается от I до 0,62, т.е. их несущая способность уменьшается на 38 Математическая модель несущей способности - величина относительного коэффициента запаса для секции массивно-контрфороной плотины с одиночным контрфорсом (модель №-1):

К0= 0,816-0 5875 Xj - 0,03375 Х2 - 0,07375 Xg + 0,02125 XXX2 -

- 0,06625 Xj-Xg + 0,03125 Х2Х3 - 0,01875 XjXgXg (2.1)

Наибольшее влияние на несущую способность оназывает фактор Xg, затем эффект взаимодействия Xj и а далее Xj и Х2 и эффекты двойных взаимодействий Х2Хд и XjX2.

Математическая модель <2Ji) представлена в виде номограмм для различных величин раскрытия трещин.

Для клина^ (модели Кф-пл): К0 = 0,766 - 0,00625 Хх + 0,02125 - 0,09125 Xg - 0,00125 Х^ -- 0,03875 ХГХ3 - 0,00625 Х2Х3 - 0,03375" XjX2Xg # ( 2.2)

Математическая модель "живучести" секции ма а о ивно- контрфора ной плотины о одиночными контрфороами (КФ-1): К^, = 0,189 - 0,05875 Xj + 0,04375 Ц + 0,07875 Xg -

- 0,08375 ХГХ2 + 0,05125 Xj-Xg -0,06625 Х2Х3 + 0,02625 X^Xg...(2.3)

В (2.1), (2.2) и (2.3) : 0,26» Xj 0,06; 0,7^ Х^ 0,38; I.O^Xg» 0,008.

Проведенные систематические исследования позволяют отметить следующее: а) несмотря на различие конструкций, картины их разрушения при одинаковых параметрах трещин практически сходны, а относительные коэффициенты запаса Ко также весьма близки между собой;

б) модели с трещинами малого раскрытия (так для плотины высотой =80 м,^а0,2 мы), допускающими передачу усилий через зоны трещин при их смыкании под нагрузкой, Слизки к картинам разрушения монолитных моделей, в) несущая способность существенно завиоит от комплексного влияния исследованных факторов и от их уровней; г) получены новые физические представления о разрушении моделей плотин и оснований и о характере развития трещин, которые могут быть использованы в качеотве схем для разработки новых методов

расчета в стадии разрушения и сравнения о имеющимися; эти данные могут быть использованы и при проектировании противофильтрацион-нах завес.

Подученные физические представления о разрушении идентичных моделей K5-I и КФ-пл с трещинами, а также близость относительных коэффициентов запаса позволяют получить и обобщенное уравнение, описывающее одновременно несущую способность обеих типов сооружений, для чего была использована матрица планирования 24 эксперимента, куда был введен четвертый фактор (качественная характеристика, Х4 - характеризующий тип контрфорса, Кф-I или КФ-пл): К0= 0,79125 - 0,0325 Xj - 0.00625 - 0,0825 Хд + + 0,025 Х4 + 0,01 ХтХ2 - 0,05125 ХтХд - 0,02525 XjX4 + 0,0125 Х2Хз " 0,0275 \\ + 0,0С675 ХзХ4 -- 0,02625 ХХХ2Хз + 0,01125 ХГХ2Х4 ~ °>0125 Х1Х3Х4 + +0,0 1875 X2XgX4 + о,0075 Х-^ЗД ... (2.4)

На основе (2.1); (2.4) построены номограммы относительных коэффициентов запаса. В дальнейшем следовало бы проверить существование указанных закономерностей и для других очертаний контрфорсов, а также и для гравитационных плотин.

- Совмэстное влияние трещин, свойотв основания и горизонтальных строительных ивов на несущую способность массивно-контрфорсных плотин с одиночными контрфорсами.

К факторам Xj, Xg и Xg добавлены факторы Х4= Епл / Е осн -соотношение модулей деформации плотины и'осковаяия и Ъгßpw/Rp ; Х5 - относительное снижение прочности на растяжение горизонтальных строительных швов {Rpw ) по сравнению с прочностью на раотяжение бетона плотины/т£>. Исследования были выполнены по плану дробного факторного эксперимента/У где к - число фак-

торов; р- число факторов, приравненных к эффекту взаимодействия, р принято равным 2. Всего было испытано 12 моделей. Математическая модель, описывающая несущую способность

Ко = 0,5075 + 0.275 Xj - 0,0325 Х2 - 0,036 Хд +0,23 Х4 + 0.005 Xs -- 0,0425 ХХХ2 - О.0388 XjX3 ... (2.5)

Здесь: Х4^ 0,18; 1,0^ Х5>0,6.

Наибольшее влияние оказывает фактор Х4, а фактор Х3 влияет неснолько больше Х2; влияние фактора Xj достаточно сильно проявляется в парных взаимодействиях XjX2 и XjXg . Уравнение (2.5) предотавлено также в виде номограмм. Получены и абсолютные вели-

чины обобщенных коэффициентов запаса и данные о "живучести" конструкции. Ряд выводов, касающихся картин разрушения и характера развития трещин, аналогичен результатам исследований предыдущей серии. Специфика и картина разрушения существенно зависят от де-формативнооти (прочности) основания и наличия ослабленных строительных швов. Наличие неблагоприятного сочетания факторов может понизить несущую способность на 86

Исследование секций со сдвоенными контрфорсами (КФ-2к)

- Влияние деформативности и прочности однородного основания на несущую способность маосивно-контрфороных плотин со сдвоенными контрфорсами монолитных и с трещинами.

Исследовалось 3 группы моделей: а) модели монолитные, у которых/2 =Е пл/Еосн изменялось от 1.0 (для эталонной модели) до 8.6 (и соответственно/^ /?ап/Я осн от 1,0 до 7,8).; б) модели с оистемами сквозных вертикальных трещин в обеих контрфорсах (или в одном из них) на таких же основаниях; в) модель реальной секции № 24 Андижанской плотины оо схематизированной реальной трещиноватостыо (74 трещины о шириной раскрытия в натуре 1.5 ... 2.0 мм) на однородном основании о п=1,2 и п=Ю. Всего 10 моделей. Получены зависимости абсолютных величин обобщенных коэффициентов запаса и относительных коэффициентов запаоа Ко как функции Епл/Еос и /?пл/^осн. Для Ко: для монолитных плотин

при 10>Л52: Ко=1.50 <Епл /Е осн) ~ °'616 ... (2.6)

при 8^1.8: Ко= 1.30 (/?пл //¡осн) "°>566 ... (2.7)

Получены формулы для плотин со сквозными вертикальными трещинами. При значительном их раскрытии различие в величинах обобщенного коэффициента запаса по сравнению с монолитными при аналогичных основаниях при n= I..-.2 составляет 36...44 неоущая способность здесь определяется в основном деформативными и прочностными характеристиками тела плотины. При п=5.3 ...10 различие коэффициентов запаса моделей о трещинами и монолитных составляет 6...8,5 а потеря несущей способности определяется в основном разрушением основания.

Получен ряд закономерностей разрушения, схемы и характер разрушения и др. Наличие крупных вертикальных трещин приводит к увеличению перемещений гребня до 40 %>. При достаточно же прочном основании даже многочисленные вертикальные трещины с шириной

раскрытия 1,5... 2,0 ми в натуре практически не сказывается на несущей способности. Получены количественные данные о влиянии несимметричного расположения крупных трещин на снижение коэффициентов запаса. Анализ зависимости К и Ко =^(ЕплД1осн), показывает существенное ее уположение на участке п= 5,5 * 6.5; в этом диапазоне незначительно изменяется также и коэффициент концентрации напряжений под низовой гранью, который при 0,35?Л?5.2 может Сыть описан формулой:

Кк = 1,6 + 0,8 ^?(Епл/ Еосн) Очевидно при п5 5,5 ... 6,5 могут быть несколько упрощены программы дорогостоящих изысканий, в воторых должны учитываться и особенности расчетов.

- Несущая способность масоивно-контрфорсных плотин со сдвоенными контрфорсами (КФ-2Х) на трещиноватом скальном основании (на примере Андижанской плотины).

Наследовались реальные секции Л 24, 18, 10, а 27 с реальной (но несколько схематизированной) трещинова гостью, для чего выполнен подробный анализ трещинообразования Андижанской плотины. Ширина раскрытия трещин (в натуре 1.5 - 2.0 мм) воспроизведена на модели и их количество (модель Л 24 - 74 трещ; Л 18-79 трещ. и т.п.). Воспроизведена и сложная геология и ее трещиноватооть). В данной серии испытаны еще 2 мегодичеокие модели. Для рэальных оекций № 24, 18, 10 и 27 получены обойщенные коэффициенты запаса К- 3,8 ; 4.2; 4.0 и 2.9, больше обобщевногь нормативного (равного 1.48). Получены схемы предельного состояния, анализ которых показывает, что единственная трещина в геле плотины отделяет верховой зуб; аналогичная картина получена и для модели гравитационной плотины Аль-Багдали на достаточно деформативном основании. При достаточно слабом основании наличие систем трещин о шириной раскрытия 1,5 ... 2,0 мм практически не сказалось на несущей способности, которая определяется в основном свойствами основания. Несмотря на различия геологического строения, при слабых основаниях характер разрушения моделей плотин ш оснований доотаточно близки; имею^ ся ,лишь некоторые особенности, связанные о ориентацией тантониче-ских зон.

- Несущая способность маосивно-коятрфорсной плотины со

о двоенными контрфорсами (КФ-2*) при наличии в плотине ослаблению: зон.

В соответствии с натурными данными в плотинах часто имеет меото неоднородность свойств бетона; возможно и наличие ослаб-

-Золенных зон. Било исоледовано влияние некоторых параметров ос лай-ленных зон на неоущую способность и характер разрушения. В качестве основных варьируемых факторов принимались: Х^ =Л'/В -относительное расположение центра тяжеоти ослаб» наой зоны по ширине факторного пространства; Х2 - относительное рас-

положение центра тяжести ослабленной зоны по высоте факторного пространства плотины;.Хд =/?пл /^оса,1 ; (¿' =1,2,3) - расстояние от центра тяжести ослабленной зоны до контактной точки т.А (на контакте верховая грань - основание); (¿' =1,2,3) -расстояние от центра тяжести ослабленной зоны до уаловной горизонтальной плоскости, проходящей через т.А; В и Н- ширина и высота факторного пространства ;/^пл, /?осА,с— (¿'=1,2,3) -соответственно призменные прочности материала массива плотины и ослабленной зоны.

.Исследования проводились по симметричному трехфакторному плану Бокоа - Бенкгяа, представляющим из себя выборку точек из полного факторного эксперимента 3 . Воего испытано 15 моделей а п=Епл/ Еося = I ия?=/?пл/^?осн. =1. Размеры ослабленного блока были приняты длиной 25 м, высота 3,0; /?осй1. = 0,286/^пл; 0,2^пд; 0,5/?пл. Были получены математические модели, позволяющие определять абсолютные обобщенные коэффициенты запаса К и относительные Ко. При 0,829> Х^ 0,117 ; 0,59^ Х^ 0,014;

Ко = 0,776 + 0,038 X, + 0,076 Х2 + 0,078 Хд -

-0,111 X? * 0,058 + 0,087 & ##> (2>9)

и

Построена номограммы (изолинии относительных коэффициентов запаоа), позволяющие оперативно определять Ко. Их анализ, а также результаты экспериментов позволяет отметить следующие закономерности: а) максимальное снижение несущей способности при расположении ослабленного блока в нижней чаоти верхового оголовка составляет 36 а при расположении его в нижней части низового оголовка - 30 б) начало трещянообразования в ослабленных зонах зафиксировано при нагрузках близких к разрушающим и лишь при расположении их в нижней части верхового оголовка при Р~0,35 Р разр. в) при расположении ослабленной зоны на верховом или низовом оголовках горизонтальные перемещения гребня плотин на 22 # больше, чем у плотин, где оолаСленные зоны располагаются в их центральной чаоти.

2.2. Влияние на несущую апоообнооть многоирочной плотины на наскальном основании особенностей конструкции ее элементов и физико-механических свойств основания

Были предложены два варианта экономичной конструкции ниэ~ конапорной многоарочной плотины на несильном основании, (а.с. № 1254101 и Л 1351992). Конструкция плотяня награждена в 1990г. серебряной медалью ВДНХ СССР. По поручению Госстроя РСФСР Роо-гипроводхозом был выполнен проект экспериментальной плотины,для обоснования основных неаущих элементов которой оо свайными роот-верками был проведен комплекс исследований. В их задачу входило: а) получение качественной картины работы различных вариантов ова&-ных роатвервов, в том числе схем их разрушения; б) количественная оценка их несущей способности; в) выбор оптимальных ахем, обеспечивающих несущую способность и условия эксплуатации в части перемещений; г) выявление зависимости несущей способности роагвер-яов от геометрических параметров плиты роатверка, физико-механических свойств основания и др. На основе предварительных расчетов были выбраны схемы ростверков.

На первом этапе наследовалось влияние ряда факторов на неау-щую способность отдельных свай, от которых зависит и несущая способность свайных ростверков.

- Изучалось влияние прочностных характеристик свай на предельную несущую опособяоагь системы "одиночная свая - грунт" при горизонтальной нагрузке; показано, что прочностные характеристики гибких свай существенно сказываются на несущей способности и характере разрушения системы, т.е. требуетоя соблюдение подобия прочности материалов овай натуры и модели; в области уп-ругой работы индикаторные диаграммы перемещений близки.

- Влияние модуля деформации и угла внутреннего трения грунта на работу горизонтально нагруженных овай: Показано, что при изменения Е ог 1.4 до 10 ВДа (грунт: пвоок рыхлого сложения я его омеая с резиновой кройкой) несущая способность практически не меняется. Заметное влияние на несущую способность овай со свободной годовой оказывает угол внутреннего трения грунта^ ; при увеличении*^' на 60 %, несущая способность увеличивается ~ на 25 Сваи с защемленной годовой обладают большей несущей способностью (на 22-30 %); влияние примерно аналогично тому, что имело место для овай со свободной головой. Ряд методячеоких опытов был поовящея оценке влияния отказа от моделирования собствен-

кого веоа основания и влияния количества и местоположения анкеров для моделирования собственного веса. Увеличение пригрузки в 4 раза (что равносильно изменении в 4 раза линейного масштаба о^) приводит к увеличении несущей способности сваи ~ на 30 %, что следует учитывать при проведении исследований на моделях.

- Исследование работы вертикальных свай на выдергивание в различных моделях основания.

Путем серии методических опытов показано, что путем уплотнения грунта можно достичь эффекта аналогичного моделированию собственного веса грунта.

- Неоущая способность некоторых наклонных свай на горизонтальную нагрузку меньше, чем у вертикальных свай на 39 что требует уточнения в дальнейшем некоторых предпосылок методики расчета (о равенстве внутренних уаилий и перемещений наклонных и вертикальных свай). Всего испытано 48 моделей свай.

Второй этап посвящен исследованию влияния различных факторов на несущую способность свайных ростверков. Было исоледовано 24 модели ростверков. Были рассмотрены отдельные методические вопросы, в том числе связанные о моделированием жесткости плиты свайного ростверка и моделированием ее веса и веоа контрфорса. Были испытаны также б вариантов расположения свай. Отклонение от средних величин разрушающих нагрузок для идентичных моделей не превышает +7 %. Качественные картины разрушения ростверков с достаточно длинными сваями практически одинаковы. Разрушение свай в ростверке происходило (в отличие от одиночных) более плавно о образованием чаще двух "пластичеоких шарниров" -в заделке сваи и на некоторой глубине, а иногда о одним "пласт^-чеоким шарниром". Включение арматуры в электрическую схецу показало, что разрушение свай в ростверке практически происходило одновременно.

Предельная несущая способность для моделей ростверков с наклонными и вертикальными оваяои практически одинакова; выявлена несколько меньшая несущая способность отдельных типов ростверков с наклонной передней и с обоими наклонными в сторону нижнего бьефа сваями. Выявлены роотверки с минимальными горизонтальными, вертикальными и угловыми перемещениями - роотверки козловой схемы. Выявлено влияние на несущую способность длины платы ростверка; эта зависимость близка к линейной. Показано, что уменьшение длины свай второго ряда в 3-6 раз практически не ока-

знвается на несущей способности ростверка; учет этого эффекта являетоя резервом удешевления конструкции ростверка и соответственно плотины. Полученные результаты могут быть использованы для уточнения имеющихся методов расчета, а также для проверни новых методов расчета ростверков при их работе в стадии разрушения. Разработаны также номограммы для расчета свайных ростверков. Выполнено аопоотавление результатов раочетов модели свай-ного^ростверка о использованием экспериментального параметра твр и данных эксперимента; показаяо, что упругий расчет лишь уаловно отражает характер работы ростверка; на первых этапах загружеяяя его расчетные перемещения значительно завышены, а при разрушении оильно занижены. Подтверждены, а в отдельных случаях предлагается уточнение положений известных методов расчета. Построен график для оценки обобщенного коэффициента запаса свайных роствернов (козловой схемы) где / - пролет арки;

К больше расчетного на 16

2.3. Влияние на яеаущую способность и напряженно-

деформированное состояние арочных плотин особенностей геологического строения основания, топографии створа и конструктивных особенностей плотины

К настоящему времени выполнен значительный объем экспериментальных и расчетных исследований арочных плотин. Большинство их посвящено обоснованию плотин конкретных гидроузлов в конкретных весьма специфичных условиях; при этом во многих публикациях не ваегда приведены достаточно полные данные по геологии отвора, его топографии, геометрии плотины,свойствам материалов и др., что затрудняет анализ. Методически целенаправленных работ, позволяющих оценить влияние отдельных факторов сравнительно немного. Это связано со значительной трудоемкостью и высокой стоимостью расчетных, а особенно модельных исследований арочных плотин -- пространственных конструкций сложной геометрической формы.

В задачу исследований данного раздала входило изучение влия-. ния ряда важных факторов: а) геологических особенностей основания; б) топографии отвора; в) специфики отдельных конструктивных элементов плотины.

Часть исследований выполнена на моделях а доведением их до разрушения, часть - расчетными методами (в упругой стадии).

2.3.1. Влияние деформативнооти (и прочности) оонования и его особенностей не неоущую способность и характер разрушения комплекса арочная плотина - основание

Исследования выполнялись на объемных и плоских моделях. Приняты 2 типа обьемных моделей о цилиндрической напорной гранью: I) в "узких" створах - при; S/лпл =0,2 ; 2) в "широких" створах - при =3,5; ¿-J/плл =4; =0,3.

Иооледования несущей способности объемных моделей арочных плотин в "узких" отворах.

- Влияние деформативнооти и прочности основания изучалось на 5 моделях; за эталонную модель как и ранее принималась модель с/2=Епл/Еоон. = I Масштаб моделей 1:400;

выоота моделей А"пл^30 см. При п-1,15 10,0 абсолютная величина обобщенного коэффициента запаса К изменяется от 9.2 до 4.0; соответственно коэффициент запаса по первой трещине К* от 7.15 до 2.19. а

К= О, ¿ (Елл/Еосн) -¿,?$(Епл/Е0сн) + íi,44 (2.10)

Относительный коэффициент запаса

Ко= О^мСЕпл/Еос*)2--О^ЗЯСЕш/еос*)** уg (2. II )

- Влияние на несущую способность наличия ослабленной прослойки в основании; испытано 5 моделей, В чаати моделей в верхней зоне оонования в обеих бортах имелась ослабленная зона глубиной от гребня oi =1/3^пл ; 2/bhm ъЛпл. ; соотношения модулей упругости плотина: основание: ослабленная зона 1:1:0,1; М1:400. Зависимость абсолютной величины обобщенного коэффициента запаоа К от^:

К= <9,0-5,25 У^/Ьпл) <2Д2)

где а - эмпирический коэффициент ;'а=120 - выоота пло-

тины в натуре, м.

Исследования несущей способности объемных моделей арочных плотин в "широких" отворах. .

Влияние деформативнооти в прочнооти основания (испытано 5 моделей), M 1:350. Модели иепытывались в монолитном каньоне. Соотношение Епи : Еосн. =1 : (I * 0.20).

При 0,94 ^ Епп / Е осн^ 6,2 и соответственно 0>97^ЛплМ'оон-£6,4 для плотин высотой 105 и:

К= 10.6 - 5.7 Епл/Еосн' (2.13)

Для плотин менее 105 м

4 ■ |

К= (10.6-5.7 / Епл/Еосн ) а

¡гпл.н

а - эмпирический коэффициент, а=Ю5 м; лпл.н. - вноота плотины в натуре, м.

Получены также перемещения моделей плотин, выделена стадия юс упругой работы и работы за пределами упругости. Следует отметить, что при имевшей место достаточно хорошей топографии и в "узких" и в "широких" створах происходило разрушение плотины, а не основания. При достаточно слабых основаниях имело мзсто смятие в пятах основания. Получены картины разрушения моделей, порядок появления трещин и специфика разрушения в "узких" и "широких" створах, которую оледовало бы учитывать в расчетах.

Анализ трещинообразования говорит о принципиально одинаковом характере их разрушейия, несмотря на некоторые геометрические различия и различия прочностных и деформативных характеристик. Модели плотин разлеляютоя трещинами на отдельные арки, которые при увеличении нагрузки разрушаются как плоокие. В "широких" створах первая трещина появляется на более выооких отметках ( 1/3 * 1/2)/4пл от гребня; в нижней трети русловой части плотины, кроме того, появляютоя круто ныряющие трещины, не выклинивающиеся на борта каньона.

Проанализирована также работа плотины с существенно меньшим ( в 3 раза) модулем упругости правого борта.

Обоснование возможности возведения арочных плотин на нескальном основании.

Идея возведения низконапорных арочных плотин на несильных основаниях базируется на результатах вышеприведенных исследований, показавших, что при благоприятной топографии разрушается не основание, а плотина. При маосовом строительстве низконапорных сооружений для мелиоративного строительства, рыбного хозяйства, малых ГЭС -такие плотины, как показали сопоставительные экономические расчета, могут быть весьма эффективны. Были разработаны конструкции двух -и трехшарнирных. индустриальных арочных плотин, конструкции шарниров и опор, подземный контур. Ныло выполнено расчетное обоснование и проведены модельные исследования объемных моделей арочных плотин и плоских арок. Объемные модели позволили уточнить несу-

щую споообнооть конструкции и специфику ее работы, характер разрушения. Масштаб моделей 1:20, размеры - аналогичны моделям в широких створах. Модуль упругости оснований, выполненных из скульптурной глины, Е = 0,5 Ша. Модель I отрезана от основания и устоев контурным швом; при ее разрушении вблизи центральной консоли образовалась вертикальная трещина (."шарнир"). С учетом этого в ключе модели 2 выполнен шарнир, т.е. арка отала трехшар-н:рной. Полученные обобщенные коэффициенты запаса обеих моделей К=1,5., что приемлемо для сооружений 1У класса.

Для совершенствования ключевых и опорных шарниров исследовано 5 плоских моделей 3-х шарнирных цилиндрических арок с устоями трапециидальной и круглой формы, с различными центральными углами. Основание изготавливалось из обычного и скульптурного пластилина: пеока: солидола = 5:10:2, 0^=7,9°;^/=0,14; с=0,037 Ша. Обобщенные коэффициенты запаса К=1,2 ... 3.46. Указанные исследования выполнялись для варианта гидроузла на р.Северка, Моск.обл.с плотиной высотой 6.5 м и показали его эффективность по сравнению о традиционным с грунтовой плотиной.

Влияние прочнооти основания на смятие на несущую способность комплекса арочная плотина - основание.

Выше рассматривались соображения по влиянию смятия в пятах на формирование иартины разрушения комплекса арочная плотина -основание. Однако эти исследования носили в основном качественный характер. Учитывая рекомендации Ю.А.Фишмана, связанные о учетом прочности на смятие при расчетах устойчивости гравитационных плотин, совместно а ним были поставлены специальные исследования по оценке возможности использования этого подхода для арочных плотин. Наследования выполнены на плоских арках применительно к специфике основания арочной плотины Худони. Были испытаны 2 плоские арки; в одной' из моделей толщина основания была равна высоте' арочного пояса (плоское напряженное оостояние); во второй модели - основание было в .2 раза толще. Качественные картины разрушения моделей в пятах имеют отличия. Пр« олабых основаниях для модельных материалов получены соотношения прочноотей на смятие и сжатие подобные тому, что имеет место для скалы /?„..„ ~ (1.4 ...1.6)/?

• и Мл1 •

Сравнение с выпеуиазанными рекомендациями длягравитационных плотин показало достаточно большие расхождения их о экспериментом, что требует применительно к плотинам арочным уточнения указанной методики.

2.3.2. Влияние сдвигоопасных массивов и дифференциальных подвижен в основании арочных пдстин

Важным фактором, влияющим на несущую способность комплекса арочная плотина - основание, является наличие сдвигоопасннх массивов в основании (их размеры, сдвиговые характеристики, форма). Методы расчета устойчивости арочных плотин базируются обычно на расчетах устойчивости бортов ущелья, в том числе и сдвигоопасных массивов, на которые действуют силы от арки. При этом не учитывается совместность работы системы, жесткость арочной плотины. С учетом этого представляло интерес выполнить серию модельных исследований, на базе которых можно было бы проверить методы расчетов, получить обобщенные коэффициенты запаса и картины разрушения. С этой проблемой перекликается и проблема оценки влияния дифференциальных подвижек основания по тектоническим трещинам с низким модулем упругости заполнителя и низкими сдвиговыми характеристиками. На эту проблему' неоднократно обращал внимание прой.Н.П.Розанов применительно к плотинам йнгури и Худони.

- Влияние сдвигоопасных массивов. Исследования выполнены на моделях в широком створе (см.2.3.1). Испытано 7 моделей, отличавшихся формой сдвигоопасных массивов с разными углами падания бортово» плоскости скольжения 53°...56°, составляющие в плане с осью каньона II0...17°. Отдельные сдвиго-опасные массивы захватывая« и часть основания в русле. Диапазон г^йо плоскостям сдвига от 0.30 до 0.75. Для моде дай получены обобщенные коэффициенты запаса и закономерности образования схем предельных состояний, при которых может иметь место вращение плотины или ее части совместно со сдвигоопасным массивом.

Характерными являются наклонные трещины в теле плотины, согласующиеся с резкой ассиметрией перемещений и напрятанного состояния.

Результаты исследований показывают однако, что мгновенная ось вращения мож^т быть не только вертикальной (предложение С.А.Фрида и Д.П.Авениха), но и наклонной. Представляется, что такая схема может иметь место и в узких створах. Несмотря на специфику перемещений различных моделей и определенное отличие картин разрушения, величины их обобщенных коэффициентов запаса различаются лишь на 10...15 это мо'кет свидетельствовать о том, что несущая способность комплекса арочная плотина - основа-

яле существенно зависит от реализации собственно арочной плотиной своей прочнооти; она разрушается по достижении системой некоторой предельной величины перемещений.

- Влияние дифференциальных подвижек в основании.

Влияние дифференциальных подвижек основания изучалось во ВНИИГ на плоских моделях. Для получения более годной информации, а также для оценки влияния некоторых конструктивных мероприятий была выполнена серия расчетных исследований применительно к плотине Худони. Решалась объемная задача теории упругости (программа "Стадио" А.М.Белостоцкого). Расчеты выполнены для 8 расчетных схем.. Рассмотрены варианты конструкции о упругой заделкой и с контурным швом при расчетных нагрузках: а) гидростатика + собственный вес , ( Р ); б) то же + горизонтальная подвижка ^ в оторо-ну верхнего бьефа по плоскости разлома под левобережным крылом плотины,(Р = 10 су); в) Р +С -»-V =10 см, где V- вертикаль-

ная подвижка снизу вверх. Контурный шов воспроизводился в расчетах условно в виде лроолойки толщиной 1,5 м с Е=2250 МПа, при Е ил =22500 МПа. Рассматривалось также напряженное состояние при учете раокрытия шва на верховой грани. Анализ результатов расчетов позволяет сделать следующие основные выводы: I) дифференциальная подвижка создает в тепе плотины определенную зону влияния-, где-имеет меото изменение напряженного состояния; увеличение разме ров массива основания, создающего дифференциальную подвижку, увеличивает размеры зоны и приводит к оущеотвеяному увеличению рао-тягивающих нормальных напряжений до 6,4 МПа, до 3,5 МПа и касательных напряжений'¿■"до 1,9 МПа; 2) низкомодульная прослойка по контуру плотины улучшает ее напряженное состояние и может рассматриваться при диф.подвижках как конструктивное мероприятие ; аналогично очевидно влияние контурного шва. 3) Сравнение вертикаль яых и горизонтальных подвижек позволяет считать, что и те и другие могут приводить к достаточно большим напряжениям одного порядка; 4) учет раскрывающегося шва на верховой грани не оказался на улучшении напряженного состояния плотины с упругой заделкой при дифф.подвижках.

2.3.3. Влияние особенностей топографии на несущую

способность комплекса арочная плотина - основание

- Влияние ширины створа.

Анализ влияния ширины створа был выполнен по результатам

экспериментов, проведенных в Лаборатории прочности кафедры гидросооружений; в серии были иопытаны модели с ¡-¡Ьпл =2; 3; 4 при =0,2 и Длл/^¿^,=5. За эталонную принималась мо-

дель а2/к =2; ее обобщенный коэффициент запаса принят за I.

//у/7/] * у //

Обобщенный коэффициент запаса при увеличении и/^пл от ¿,0 до 4,0 шшсаетая на 49 при он может быть определен по

формуле: ,

Ко = 1.42 - 0.22 <-/Алл Ко - относительный коэффициент запаса (по сравнению с эталонной

моделью при /=2).

- Влияние очертания каньона и "подрезки" бортов ущелья. Картины разрушения объемных моделей и начало трещинообразования позволяет отметить слабые места сиотеми арочная пдотина-оонование. Так при исследовании варианта Саяно-Шушенской плотины наличие входящего угла во врезне правого крыла плотины вызвало концентрацию напряжений и как следствие появление первых трещин, на что было обращено внимание проектировщиков. При исследованиях на модели арочного варианта Нуреконой плотины разрушение модели было зафиксировано после разрушения сильно "подрезанного" правого борта ущелья. Методические исследования в этом направлении следовало бы продолжить.

2.3.4. Влияние на неоущую способность и напряженное

соотояние особенностей конструкции арочной плотины

Сравнивалась работа моделей с упругой заделкой и с контурным швом в русловой чаоти в виде плоскооти с уклоном 0.095. Исследования выполнены на моделях в широком створе. Различие перемещений в моделях (при контурном шве имели место значительные перемещения в нижней чаоти плотины), а также определеннее различия в характера разрушения (отсутствовали ныряющие трещины в русловой части плотины) практически не сказались на величине обобщенного коэффициента запаса 2,6 против 2.5 при упругой заделке; различие составляет 4 что очевидно связано со сравнительно слабым основанием, при котором вследствие нарушений контакта врусловой части пр!а упругой заделке, влияние русловой части невелико и несущая способность определяется несущей способностью системы арка - борга ущелья.

Влияние низкомодульных прослоек в основании предлагалось рядом

авторов для уменьшения концентраций напряжений при сейсме. В 2.3.2 рассмотрено влияние длнного конструктивного мероприятия для улучшения напряженного состояния и при дифференциальных подвижках в основании. Предложено также вместо вертикальных швов в седле над тектонической зоной укладывать блок из низкомодульного материала, а'выше него устраивать расширенный межстолбчатый шов из низкомодульного материала.

2.4. Влияние различных факторов на несущую способность плотин обжатого профиля <из армированного грунта) и их-элементов

В задачу исследований данного раздела входило: а) изучение влияния ряда существенных факторов (процента армирования, размеров, формы и расположения арштуры, типа облицовки, очередности обрывов арматуры и др.) на несущую способность и характер разрушения объемные моделей армированных грунтовых плотин и их элементов для наращивания; б) разработка рекомендаций по рациональному конструированию плотин из армированного грунта; в) уточнение на основе моделирования физических представлений о работе сооружений из армированного грунта, которые позволяют повысить несущую способность; г) уточнение методов расчета и-сопоставление с результатами модельных исследований. Собран и проанализирован также обширный материал по построенным сооружениям из армированного грунта. Разработаны новые технологические приемы возведения плотин из армированного грунта, на которые получены авторские свидетельства.

На основе исследований получены обобщенные коэффициенты запаса для армированных моделей и приведено сравнение их с неармиро-ванными. Всего было испытано 24 объемные модели грунтовой армированной плотины, 30 моделей элементов для наращивания плотен; были выполнены также отдельные методические опыты на плоских моделях в центрифуге НИСа Гидропроекта совместно с В.И.Щербиной. Полученные результаты могут быть распространены и на подпорные стенки.

' ^осиедрванив_ объемных моделей грунтовых:_плот1Ш.

В предварительной серии (5 моделей) отработаны методические вопросы исследований. Исследования основной серии позволили сделать следующие выводы: а) использование разработанных критериев подобия позволило получить более глубокие представления о работе

конструкций из армированного грунта в стадии разрушения; б) гидростатическое давление не оказывает существенного влияния на несущую способность, однако при низких сдвиговых характеристиках по подошве может привести к предельному состоянию в форме близкой к плоскому одвигу; в) увеличение длины армирующих элементов в верхней чаоти армированного грунтового сооружения более эффективно, чем в нижней части; г) облицовна является важным несущим элементом в сооружениях из армированного грунта; чем выше ее деформативность, тем ниже несущая способность сооружения; д) повышение несущей способности возможно путем уширения или утолщения арматуры в местах ее прикрепления к облицовке; е) анализ очередности обрывов арматуры показывает, что максимальные растягивающие напряжения имеют место на глубине 2/3 высоты (от гребня); обрыв первых армирующих элементов не приводит к мгновенной потере несущей способности сооружения; верхние слои армирую-, щих элементов обычно не рвутся, а выдергиваются. Построены графики, позволяющие определять коэффициенты запаса для различных схем армирования при различных типах облицовки.

Исследов8Яие_П£Иматических_элементов_плотин из_а^мирован-ного_г£унта.

Указанные образцы рассматривались как фрагменты (элементы) конструкции, например для наращивания гребня плотины. При их исследовании ставитесь задача изучить характер разрушения, места обрывов, а также получить количественные оценки в виде коэффициентов упрочнения в зависимости от процента армирования и расположения арматуры. Было испытано 30 образцов - моделей 20x20x40см; 3 серии образцов с "гибкой" облицовкой (в качестве арматуры использовалась калька), процент армирования в них^ был соответственно: 0,064 0,032 0,032 При этом ловархность каждого яруса армировалась соответственно на 50 25 % и 50$ плопнди. Величина коэффициентов упрочнения Купр в зависимости от схем и процента армирования: при/Г =0,032^, Купр. =1,7 ... 2,07; прус =0,064,Купр. = =2,60. Увеличение шага арматуры по вертикали приуи =0,032 приводит к снижению несущей способности на 15

Уточнение методов _дасчета соор£жений_яз армированного гранта.. В задачу этой части исследований входило: а) разработка приближенной методика расчета призматических элементов армированной плотины; б) разработка уточненной методики и расчета вертикального армированного откоса, базирующейся на известном методе

круглоцилиндрических поверхностей скольжения; в) сравнение результатов расчета с данными экспериментов.

- В основу метода расчета армированного призматического элемента цля наращивания плотин положено известное условие предельного равновесия, в которое предлагается ввести дополнительно коэффициент условий работы » учитывающий неточность расчетной схемы, расстояние между арматурой по вертикали и горизонтали, неодновременность обрыва арматуры, степень жесткости облицовки и др.; он может быть получен из экспериментов. Для расчета прочности арматуры получена зависимость, по которой можно подобрать арматуру:

Ь^бсл---(2.15)

где 65- предельное вертикальное напряжение от веса грунта на уровне арматуры, при ее обрыве ;/?а- расчетное сопротивление арматуры яа ра зрыв ; Кш - Ша-/сиГ/> , ^¿о ~ коэффициент армирования; площадь поперечного сечения арматуры в расчетном сечении",СОгр- площадь грунта, приходящегося на поперечное сечение арматуры ¿Оа; угол внутреннего трения грунта ; для принятых схем армирования в зависимости от типа облицовки ("гибкой" илилжесткой} =0,1 ■*• 0,35 .

. - Приближенный метод расчета устойчивости откосов плотин из армированного грунта методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Такие методы известны, в том числа и для плотин из армированного грунта. В качестве их модификации предлагается действующее в арматуре уоилие условно привести к силам, действующим на поверхности скольжения, где создаются некоторые условные удерживающие сипы трения и сцепления, тогда:

ТМп +1.Ма_ _ ЕМй 4^2", ¿V

ТМзг • ~ ИМ^ (2Л6)

гдеЕУ^?и£"Л^г- сумма моментов удерживающих и сдвигающих сил действующих по поверхности скольжения; Ма - момент удерживающих сип от арматуры;/^- расчетное сопротивление арматуры-площадь поперечного сечения арматуры \/в£- угол между кривой скольжения радяу:ом2 и вертикалью, проходящей через точку пересечения арматуры с кривой скольжения;«^- плечо силы • = -г-^Д-;^- - угол внутреннего трения грунта ; ^¿ХссС " - коэффициент надежности по ответственности сооружения, коэффи-

циент перегтузки и коэффициент условий работы.

Сравнение результатов расчетов по предлагаемому методу о экспериментом показывает, что, как и другие методы он дает достаточно высокие коэффициенты запаса, превышающие опытные данные (сами по себе весьма высокие) на 30 50 что требует дальнейшей работы по уточнению исходных предпосылок расчетов с учетом полученных новых физических представлений (арматура обрывается не вся оразу, часть арматуры проскальзывает, влияет тип облицовки, закрепление арматуры и др.).

2.5. Исследование устойчивости скальных откосов

В задачу исследований входило уточнение физических представлений о предельном состоянии и характере разрушения скальных относов, на основе которых могли бы быть апробированы методы расчетов. Отработан и ряд методических вопросов. Было испытано 5 моделей откосов (4 - монолитные, I - расчлененная трещиной). Удельный веа материалов моделей (гипсоизвестковый раатвор со свинцовой дробью 3 ... 7,2 г/см3; С = 0,026 ...0,034 МПа;^У = = 1,49 ...1,56; С И^У по поверхностям скольжения соответственно 0.0...0,001 МПа и 0.27...0,52. Масштаб моделей 1:500...1:900. Трещинообразование и разрушение моделей изучалось на основе анализа кинограмм, полученных с помощью скоростной киносъемки. Были выявлены зоны концентраций напряжений, появление и развитие трещин. Получены предельные углы, при которых начинается разрушение откоса. Сравнение результатов экспериментов о методикой расчета, разработанной Ю.Б. Мгалобеловым показало удовлетворительную их сходимость. Качественные картины напряженного соотояния к моменту обрушения соответствуют схемам предельного состояния, полученным в эксперименте. Проанализированы диаграммы изменения скоростей характерных точек в процессе нагружения; показано, что' на начальном этапе разрушения имеет место снижение скоростей смещений этих точек, а затем возрастание, которое приводит к лавинообразному разрушению откоса; эти данные имеют принципиальное значение при анализе результатов натурных исследований для оценки возможности обрушения откоса. Отмечено также, что схемы разрушения условно однородных откосов похожи на отдельные схемы разрушения откосов, в которых была воспроизведена трещиноватость.

3. Влияние особенностей коногрукции, свойатв основания, температурных колебаний воздуха, воды водохранилища и его уровня на термонапряженное состояние облегченных бе тонных плотин

Температурные воздействия являются существенным фактором, от которого зависит напряженно-деформированное состояние, трещ№-носто^кость и несущая способность плотин. Многие вопросы, касающиеся оценки влияния температурных воздействий в сочетании с рядом других важных факторов, не получили, однако, должного освещения в литературе. С учетом этого в задачу работы, изложенной в настоящем разделе, входило изучение следующих основных вопросов: а) определение гермонапряженного сосгояния различных типов облегченных бетонных плотин при различных условиях эксплуатации (при различных уровнях водохранилища); б) термонапряженное состояние плотин при возникших в них нарушениях сплошности: гориг-зонтальные строительные швы (швы - надрезы), вертикальные сквозные трещины, системы внутренних трещин; в) учет колебаний температуры водохранилища на работу облегченных плотин и оценка влияния изменения размеров сооружения на его термонапряженное состояние; г) определение теплового режима и температурных напряжений в зоне окончания вилочного шва; д) оценка впияния деформативности основания, размеров его температурно-активной зоны, а также неоднородности тепа плотины (по деформативности) на термона пряженное состояние; е) сравнение результатов экспериментов и расчетов для монолитного профиля и для случая раскрытия горизонтальных строительных швов на нивовой грани.

3.1. Исследование теплового и термонапряженного состояния массивно-контрфорсных плотин и гравитационных о расширенными швами

3.1.1. Исследования на моделях из хрупких материалов

Исследовались модели: ГРШ (с расширенными швами, к пл=И8 м, М 1:200); КФ-1 — секция массивно-контрфорсной плотины о одиночным ядн 1рфорсом (/гт =75,5 м, Ы 1:150); КФ-2 и КФ-2* секции массив-но-контрфорсной плотины со сдвоенными контрфорсами с полостью и соответственно аналогичная ей с поперечной диафрагмой (Лпл=1Юм,

М 1:200); Г - маасивная гравитационная плотина для сравнения о общегченннми, аналогична модели ГРШ. Из условий подобий годовая гармоника колебаний температуры воспроизводилась на модели за 32...80 мин при амплитудах 8,0...8,8 К; воего испытано 35 моделей.

- Влияние орайотяи водохранилища на термонапряженное состояние (модели КФ-1, КФ-2, КФ-2*, ГИЛ).

Рассматривалось наполненное до НПУ водохранилище, полная его сра-ботка и частичная до 0,24 ^пл (от подошвы). Чаотичная и особенно полная оработка приводят к существенному ухудшению термонапряженного состояния, особенно верховой грани; при полной сработке главные напряжения в верховом^'и низовом// оголовке:^ = 3,3 +2,1 М1а,6^"=3,0 1-2,4 МПа. Характерными являются значительные напряжения (поперек потока) &3 я 63" , которые могут составлять до 40...85 £ от напряжений¿5^'и Частичная оработка несколько улучшает напряженное оостояяие верховой грани по сравнению о полной.

Качественные картины'термонапряженного состояния различных типов плотин близки; в меоте изменения угла наклона низового оголовка имеются концентрации напряжений. Построены графики изменения температурных напряжений во времени и соответственно графики перемещений гребней плотин. Сработка водохранилища может приводить к изменению направления перемещений гребня; так плотины о одиночными и сдвоенными контрфорсами имеют зимой прогиб в сторону верхнего бьефа. Построены графики перемещений гребня в зависимости от амплитуды, которые линейны; большие перемещения имеет плотина с расширенными швами. При учете гидростатического давления и собственного веоа в отдельных зонах температурные напряжения могут привести к появлению трещин и раскрытии строительных швов на напорной и низовой гранях.

Во всех трех типах плотин из-за большой величины растягивающих напряжений возможно появление вертикальных трещин, аналогичных зафиксированным на Братской, Мамаканской, Андижанской плотинах и др.

- Влияние горизонтальных строительных швов (надрезов) и трещин.

Исследования выполнены для случая наполненного водохранилища на моделях массивно-контрфороных плотин с одиночными и сдвоенными контрфорсами и гравитационной о расширенными швами при наличии ; раскрывшихся на низовой грани строительных швов; для сравнения выполнены исследования на моделях о монолитным профилем. Для всех

плотин существенно уменьшаются главные растягивающие напряжения на низово» гранили , а на верховой - на верхних отметках; на более низких отметках - незначительно. В стенках контрфорса уменьшаются растягивающие на пряжения ¿р и Уменьшаются на 24...29 $ перемещения гребня; положение максимального отклонения колеблется от I до 1,3 месяца, а момент наступления максимальной величины запаздывает на I месяц от максимума температуры. Возможно появление вертикальных трещин, т.к. достаточно велики растягивающие напряжения^. Выполнен анализ напряженного состояния и от сумшрннх воздействий ( Р + <7 + <£ ). Раскрывшиеся строительные швы можно трактовать $ как надрезы, с помощью которых мое-но регулировать термонапряженное состояние. Бри этом для снятия растягивающих температурных напряжений полезно устраивать надрезы в верхней части плотины на напорноГ? грани. При назначении их глубины, количества и местоположения следует учитывать возможность частичного закрытия раскрывшихся строительных швов на низовой грани (т.е. увеличение расчетного сечения), что благоприятно скажется на напряженном соотоянии напорной грани.

- Влияние вертикальных сквозных трещин. Такие трещины являются обычно следствием экзотермии. Первая серия исследований (трещины в прискальной зоне) выполнена на моделях массивно-кон'трйорсной плотины с одиночным контрфорсом КФ-1, Исследования показали, что система трещин высотой до 5 м (-~0,07 Апм) оказывает малое влияние на термонапряженное состояние (изменение 4.-..6 % по сравнению с монолитной секцией). При трещинах высотой 12,5 м 1 25 н ( ОДб^пя и 0,2аАш) также несколько улучшается термона пряженное состояние на верховой и низовой грани особенно в пристальной зоне.

В стенке контрфорса растягивающие напряженияб^уменьшаются на 36 Улучшение термонапряженного состояния связано с уменьшением общей жесткости сооружения.

Амплитуда перемещения гребня увеличивается на 15 Анализ суммарного напряженного состояния.указывает на возможность раскрытия и горизонтальных строительных швов на верховой грани, а при суровых климатических условиях и контактного шва.

. Вторая серия (с системой большого количества внутренних трещин).- Исследования выполнены на модели массивно-контрфорсяой плотины со сдвоенными контрфорсами с диафрагмой КФ-2*. Ширина раскрытия трещин в натуре-и их количество (74) соответствует 24-ой

сенции Андижанской плотины. Рассмотрено наполненное водохранилище. Многочисленные трещины практически не сказались на распре-деле ней температур (по сравнению с монолитной различие 5 %). Система внутренних трещин несущественно сказалась на перемещениях (отличие т.е. в пределах точности измерений. Это подт-

верждает ранее высказанные сообружания, что не все трещины следует относить к категории опасных.

- Воздействие колебаний трмпературы воды водхранилища. Исследования выполнялись на моделях массивно-контрйорсной плотины о диафрагмой КФ-2* и облегченной с расширенными швами (ГРИ). Колебания температуры воздуха со стороны низовой и боковой граней вызывают изменение температуры поверхности внутренней полости модели КФ-2*. Колебания температуры воды водхранилища приводят к соответствующим колебаниям на поверхности верхового оголовка и внутренней по-ости на верхних отметках; они приводят к перемещениям гребня 0,32 мм/К; сравнение с перемещениями без учета этого фактора показывают, что различие может составлять до 33#. Аналогичное влияние имело место и в модели ГРШ, где на верхних отметках существенно (до 19...55$) увеличились напряжения и б^'(до 36...70Я. Напряжения на низовой грани изменились незначительно. Перемещения гребня плотины зимой в сторону НБ при учете колебаний температуры воды уменьшаются на 25$.

- Влияние изменения высоты (геометрических размеров плотин) на их термонапряженное состояние.

Исследования влияния размеров выполнялись на моделях массивно-контрфорсной плотины с одиночным контрфорсом КФ-1 высотой 57,2 м; 61,7; 75,5; 107 м и массивной гравитационной плотины (г) высотой 83,4; 113; 152,3 м при наполненном водохранилища ; температура воды в нем и в полостях была постоянно*.

При увеличении высоты контрфорсной плотины с 57,2 до 75,5 м максимальные растягивающие напряжения на низовой грани возросли: б^на 53^, а ^на 35$; на верховой грани би 6/ - соответственно на 32 и 39$. Увеличение высоты до 107 м привело к дальнейшее росту растягивающих напряжений на 48...75^. Наиболее сильно размеры плотины сказываются на величину 6^", и6^". Аналогичные данные получены, и для массивной гравитационной плотины.

- Влияние массивности плотины.

Исследовалось термонапряженное состояние плотины с расширенными швами (ГРШ) и гравитационной массивной при наполненном водохранилище (температура воды постоянная). В массивной плотине возросли

напряжения^ и б}"; на верховой грани при наличии воды напряжения (?з'изме1шотся незначительно при некотором уменьшении особенно на нижних отметках. Перемещение гребней щотин: зимой они направяены в сторону нижнего бьефа; амплитуда перемещений у мас-оивной плотины меньше на 16 В целом термонапряженное состояние облегченной плотины представляется несколько более пред- • почтительным.

- Влияние изменения температурного режима (при остывании бетонных блоков) на температурные напряжения в зоне окончания вилочного шва.

Промоделированы три блока, в которых были воспроизведены модули улругооти и температурные перепады. В окончании вилочного шва получено распределение напряжений, в частности максимальные растягивающие напряжения=1,4 МПа, а 6^=1,35 МПа; величина £^=6-Ю- . Даны рекомендации по величине температурного перепада, обеспечивающего отсутствие трещины.

3.1.2. Расчетные исследования

В задачу расчетов входило рассмотрение следующих вопросов: сравнение результатов расчетов тепловых полей и термонапряженного состояния о результатами модельных исследований; анализ -влияния различных факторов на термонапряженное состояние плотин.

- Сравнение результатов расчетов и экспериментов. Сравнение выполнялось на примере гравитационной плотины с расширенными ивами для сезонных колебаний температуры. Распределение температур определено методом конечных разностей, пооле чего по программе ВНИИГ ШЭ определялись температурные напряжения (плоская .задача). Напряжения определены для монолитной плотины, а также для случая раскрытия горизонтальных строительных швов на ее низовой грани. Имеет место достаточно хорошее совпадение результатов расчетов и экспериментов (различив составляет порядка 10#), В рамках плоской задачи расчеты в отличие от модели не позволили оценить величины^, которые мог?т являться причиной появления вертикальных трещин. Предложена зависимость для определения температурных напряжений на низовой грани в зависимости от глубины pao крытая трещин.

• - Влияние деформативности основания. Деформативность основания существенно влияет на работу плотин; отсутствуют однако данные о степени влияния на термонапряженное

состояние. Изменение модуля деформации основания в. 2 раза (в ту и другую сторону от исходной величины) сказалось лишь вблизи контакта 1/Ю А пи); соответственно температурные напряжения на низовой грани находятся в пределах от исходных. На верховой грани они изменились ня 3 * 5

-•Влияние размеров температурно-активной зоны. (Тип плотины ГИП-1; наполненное водохранилище).

Сезонные колебания температуры, теплообмен между плотиной и основанием, проникая в основание, могут оказать влияние на термо- , напряженное состояние плотины, что чаото не учитывается в расчетах, а в основании не учитывают размеры "температурно-активной" зоны. Выполнены серии расчетов для случаев: I) основание "темпера-турно-инертное" ;'2) температура основания изменяется: а) только под плотиной; б) под плотиной и чаотью нижнего бьефа ; в) под плотиной и максимальной для данных исследований расчетной областью основания. Исследования "пола за ля, что при выполнении расчетов и исследований неучет размеров температурно-активной зоны может привести к достаточно существенному искажению представлений о напряженно-деформированном состоянии сооружения особенно в зоне контакта верховой и низовой грани о основанием.

- Влияние неоднородности тела плотины. Тип плотины ГРШ-1, водохранилище наполненное. Различие дефор-мативных авойсвв бетона плотины может быть следствием промерзания его в различных зонах, при котором увеличиваются модуль упругости и коэффициент линейного расширения. Были выделены зоны: верховая (9м), низовая (9 м) и ядро. Рассмотрено 7 вариантов зонирования, в том числе и однородная плотина. Модули упругости зон варьировались в широком диапазоне (максимальное различие 10 раз). Наибольшее влияние на термонапряженное состояние оказывает изменение модуля упругости Е низовой зоны: при его увеличении в два ра за напряжения возрастают в 1.5...2,0 раза на низовой и в 1.2...4,0 раза на верховой грани; уменьшение Е может существенно снизить там температурные напряжения. Полученные количественные результаты позволяют более четко сформулировать предложения о регулировании напряженного состояния плотин.

3.2. Исследование термовапряженного состояния ячеистых конструкций гидротехнических сооружений

Ячеистые конструкций гидротехнических сооружений'достаточно эффективны и с учетомсовременных возможностей в области материалов

и технологий могут найти достаточно широкое применение. Влияние различных факторов на их тепловое и особенно тармона пряженное состояние практически не изучено. В задачу этой части работы входила оценка влияния следующих факторов: а) сезонных и декадных колебаний температур наружного воздуха; б) конструктивных особенностей секции (числа ячеек вдоль напорного фронта, размеров квадратных ячеек и толщины их стенок) ; в) изменения теплофизических и физико-механически свойств засыпки£г) изменения коэффициента теплопередачи и параметров солнечной радиации; д) конструктивных мероприятий, улучшающих термонапряженное состояние. Указанные исследования выполнены в рамках плоокой задачи МКЭ по программе "Квазис", разработанной к.т.н. Писаревым Г.Н. во ВНИИГ. Всего была исследована работа 27 расчетных моделей, в которых варьировались параметры, указанные в п.п. а + д. Число ячеек вдоль лицевой стенки (поперек потока) и перспендикулярно ей для базовой конструкции принималось 4x3; размеры одной ячейки 5,2x5,2 м.

Были также уточнены отдельные методические вопросы моделирования, проведены модельные исследования и выполнено сравнение их результатов с расчетами.

- Влияние сезонных колебаний температуры.

Показано, что для базовой схемы (4x3) отрицательные температуры (при принятом законе изменения наручных температур) - наиболее глубоко проникают в апреле месяце; в январе нулевая изотерма формируется примерно у середины первой ячейки. Получены величины напряжений в каркасе; максимальные ра с тяг ива ю-.щие напряжения достигают в апреле 3,87 Ша, сжимающие 2,8 МПа (при перепаде ^год= 25°С). Весьма сложной является картина перемещений. Результаты расчетов сравнивались с модельными исследованиями, при проведении которых были решены отдельные специфические вопросы методики моделирования; получен достаточно близкий характер распределения напряжений и температур (различие 3...8#).

- Влияние конструктивных особенностей секции Иоследовалось 4 варианта ячеистых .конструкций - о количеством ячеек вдоль лицевой стенки и перпендикулярно ей: 4x3, 3x3; 2x3; 1x3. При практически одинаковых тепловых полях резко возрастают температурные напряжения при увеличении вдоль напорного фронта числа, ячеек соответственно о 0,03 до 0,155 МПа/ на 1°С температурного перепада при размерах ячейки 5.2-х 5.2 м. Было рассмотрено также влияние размеров ячеек: 5,2x5.2 м; 6.8 х 6,8 м; 3x3 ы при различных толщинах стенок.

— Влияние теплофизических характер истин грунта засыпки и ее модуля упругости.

Изменение модуля упругости засыпки в диапазоне 100...10 МПа практически не сказалось на величине температурных напряжений. Изменение коэффициента тепиопроводкости^гр от 0,58 до 0,116 Вт/м.К практически не оказалось на напряжениях по боковой грани; существенное отличие имеет место при Гр =1,628 вт/м.к., а также при низких значениях удельной теплоемкости 0.0008 ндж/иг.м. Продольные напряжения на напорной грани зависят от ^гр. Изменение коэффициента линейного расширения грунта от ЫСгбдр (О"7почти не сказалось на термонапряженном состоянии.

- Влияние коэффициента теплопередачиоСпи параметров солнечной радиации.

При изменениио£я от 6,98 до 1163 Вт/м °С не отмечено существенных различий в термонапряженном состоянии ячеистой конструкции 4x3 с размером Ячейки 5.2 м. На напорной грани солнечная радиация сказывается 'на возрастании растягивающих напряжений в январе и растягивающих и сжимающих напряжений в апреле. На боковой грани возрастают продольные напряжения

- Влияние декадных колебаний температур.

Они оказывают специфическое воздействие в первую очередь на напорную грань, где напряжения существенно выше, чем при сезонных колебаниях температуры; они однако резко затухают на внутренней поверхности; в целом же сезонные колебания оказывают большее воздействие на конструкцию в целом.

- Влияние низкомодульных вставок на регулирование температу]>-ных напряжений конструкции.

Нами была предложена конструкция ячеек о низкомодульными вставками в меотах концентраций раатягивающих напряжений (в узлах пересечений стенок наркаса, а/о Л 1749358). В предложенной конструкции практически исчезают, а в отдельных узлах более чем в 3 раза уменьшаются пини напряжений.

Для всех исследованных вариантов построены графики распределения температур и напряжения при амплитудах 1К, что позволяет получать тепловые поля и температурные напряжения для других температурных условий умножением реальной амплитуды температур на соответствующие ординаты.

Была уточнена также специфика распределения температур в -оригинальной ячеиатой конструкции ледостойкой нефтегазопромысло-вой морской платформы.

4. Влияние на работу сооружений, взаимодействующих с набухающим грунтом, особенностей их конструкции и • параметров набухания грунта

4.1. Исследование работы регуляторов, возводимых на'набухающих грумах

Ежегодные расходы на ремонт сооружений, возводимых на набухающих грунтах, составляют до 5...8$ их стоимости; в США эта цифра составляет около 1.5 млрд.долл. В СНГ~35# сооружений мелиоративных систем, построенных на набухающих грунтах, требуют ремонта; 4,3 % - разрушились.

При расчетах гидротехнических сооружений обычно учитывают только вертикальные деформации набухания, а горизонтальные (т.е. и горизонтальное давление) не учитывается. Имеющиеся методы расчетов не позволяют оценить напряженно-деформированное состояние набухающего грунта при его взаимодействии о сооружением. Отсутствуют и методы физического моделирования. Задачи исследований данного раздела: а) анализ напряженно-деформированного состояния различных, конструкций регуляторов, возводимых на набухающих грунтах; б) разработка методики моделирования гидросооружений на набухающих грунтах, проведение экспериментов .и сравнение полученных результатов с результатами расчетов.

При разработке инженерного метода расчета для описания процесса набухания предложено использовать фономанологичеокий подход, учитывающий экспериментальные данные о влиянии действующего дав' ления и влажнооти на деформации набухания. Предложено также ис-. польздвать определенную аналогию между объемными деформациями набухания и температурными деформациями, т.е. использовать хорошо разработанный аппарат термоупругости для решения задач набухания. При этом следует иметь в виду, что обычно коэффициент линейного ' . теплового расширения принимается в расчетах постоянным, а относительное набухание 6Н зависит от давления 6, т.е. задача нелинейна. Подобный подход в самом общем виде предлагался П.В.Гореликом (к раонетаи только грхнювых сооружений) и одновременно с нами З.Г.'Тёд-Ыартиросяном (для массива грунта) и В.М.Рыжковым (фундаменты ПГС)."Нами он применен для оценки взаимодействия гидросооружений с набухающим грунтом и реализован по программе • Е.К.Архиповой с помощью МКЭ для плоскодеформироваиного состояния. Для задачи набухания:

где А \л/- приращение влажности тождественно равное I. Нами в расчетах рассматривался стационарный процесс, считалось, что действуют все эксплуатационные нагрузки, влажность равна пределу влажности набухания;«^

Система уравнений МКЭ имеет вид:

/>Г7 {и.}={Р} (4.2)

где вектор нагрузок:

вектор внешних нагрузок - вектор нагрузок от

собственных весов\{/:>} - вектор нагрузки от набухания грунта;

3 (4.4)

[В] - матрица, элементы которой есть функция координатору -матрица упругости ;<5у- относительная деформация набухания, изменяющаяся от элемента к элементу- площадь элемента. Т.к. л . 10 из (4.2):

£/<]{и.} +{Р}Х (4.5)

т.е. задача нелинейна. Она решалась методом последовательных приближений.

Были проведены расчетные и модельные исследования. Для анализа принят однопролетный открытый регулятор (Пенгирдропро-екта) размера ми ёх-Ь, =4 х 3.5 м; 4 х 4 м (базовая модель); 5 х 4 м; б х 4 м, где В - ширина, А - высота регулятора. Были рассмотрены также: регулятор с затяжкой 4 х 4 м в качестве которой предложено использовать мостовое строение, а также 2-х и 3-х пролетные регуляторы открытые и с затяжками. Рассмотрено также влияние различной глубины замачивания, а также различие параметров набухания - принимались 3 типа кривых <5н • Получены величины суммарных напряжений б^п и напряжений от набухания, а также перемещения. Величина перемещений однопролет-ного регулятора = 5 см, максимальные перемещения грунта 17...18 см; боковые отенки сместились от грунтовой засыпки на 2.1 см, а для регулятора а затяжкой на 0.03 см.

Согласно сопоставительным расчетам по методике СНиП для одной из схем регулятора он поднялся на 6.76 см, что превышает

величину подъема, подученного по прецяагаемой методике на 35£.

Результаты исследований напряженно-деформированного состояния рассмотренных схем регулятороя указывают на существенное влияние набухания. Так суммарное контактное давление с учетом набухания на внешней поверхности отеши регулятора может увеличиться более чем в 2...5 раз, а напряжения в различных элементах конструкции более чем в 3 раза. В предложенных конструкциях регуляторов о затяжкой максимальные растягивающие напряжения могут быть уменьшены при наличии набухания в 8...10 раз; существенно меньше они (—в 2 раза) и-при действии бокового давленая от веса засыпки. На базе разработанной методики (см. раздел I) были выполнены модельные исследования однопролетнего регулятора ; в качества набухающего грунта приманена грунтовая паста; маоитай! модели 1:10. Сравнение результатов экспериментов и расчетов показало их достаточно хорошее совпадение; различие в перемещениях составило 10-14

4.2. Взаимодействие каркаоа ячеистых конструкций гидротехнических сооружений с набухающим грунтом засыпки

В ряде случаев грунт карьеров или полезных выемок, который мог бы быть использован в качестве засыпки в ячеистых конструкциях является набухающим. Влияние набухания засыпки на напряженное состояние ячеистых конструкций ранее не исаледовалось. Решалась плоская задача для варианта ячеистой плотины Нижне-Кафирниганекого гидроузла. Напряжения в каркасе определялись: от гидростатического давления, давления засыпки и от набухания; ^(поспернее - по методике, изложенной в 4.1). Результаты расчетов показали, что напряжения от набухания сопоставимы с напряжениями от гидроотатики и бонового давления грунта, а иногда превосходят их. Предлагается давление набухания включить в перечень основного сочетания нагрузок, действующих на каркас ячеистых конструкций при использовании набухающего грунта в качестве засыпни.

ЗАКЕКЛЕЮЕ

В диссертационной работе представлены результаты обобщения многолетних специально поставленных методических исследований гидротехнических сооружений, а также исследований конкретных объектов, базирующихся на расчетах, а также на экспериментах, выполненных на основе разработок автора в области модельных исследований.

Основные научные, практические результаты и выводы, полученные в работе, следующие:

1. Выполненные исследования позволили оценить качественно и количественно степень влияния, т.е. степень опасности различных факторов на работу некоторых типов облегченных плотин и получить новые физические представления об их поведении в упругой стадии и в стадии разрушения. Полученные данные были использованы при обосновании ряда конкретных объектов, а результаты методических исследований позволили получить соответствующие математические зависимости; в дальнейшем они могут использоваться и при разработке новых методов расчета, а также непосредственно в проектной практике.

2. Исследования на статические воздействия масоивно-контр-форсных плотин КФ-1 и плоскгго клина КФ-лл позволили оценить влияние как отдельных факторов (высоты, местоположения и ширины раскрытия трещин,строительных"швов и основания), так и их совместное влияние, при котором' несущая способность может снизиться на

40...60 %\ получены зависимости величин обобщенных коэффициентов запаса К от уровней факторов и составлены номограммы. Аналогичные результаты получены для плотин КФ-г* при наличии ослабленных зон, располагающихся в различных местах тела плотины; возможно уменьшение К на 36 Отмечается, что при определенных параметрах трещин и ослабленных зон величина обобщенного коэффициента запаса практически не уменьшается. Следует иметь в виду, что иногда система трещин может незначительно сказаться на напряженном состоянии, но при этом резко (на 60 Я снизить несущую способность.

3. Разработана новая конструкция низконапорной многоарочной плотины на нескальном основании. Выполненными расчетными и модельным исследованиями на статические воздействия обоснована несущая способность ее и отдельных элементов (свай, ростверков); показано существенное влияние {рУ грунта: при его увеличении на 60 % несущая способность повышается на 25 Я; выявлено влияние длины плиты ростверка ; обосновано предложение о возможности укорочения длины свай второго ряда более чем в 3 раза. Как имеющие меньшие величины горизонтальных, вертикальных и угловых перемещений рекомендованы козловые схемы.

4. Полученные результаты позволяют оценивать несущую способность некоторых типов арочных плотин при статических воздействиях в зависимости от деформативяости (прочности) основания, учитывать

наличие ослабленных зон в бортах ущелья. Снижение модуля деформации основания для широких и узких створов в 6-10 раз приводит к уменьшению обобщенного коэффициента з,апаса в 2.2-2,5 раза. Показано, что при хорошей топографии даже при весьма слабом основании разрушается плотина, а не основание, что позволило обосновать конструкцию низвонапорно» арочной плотины вд наскальном основании.

Получена также зависимость относительного коэффициента запаса от ширины створа; она линейна; при увеличении от 2 до 4

Ко снижается на 49

5. Наличие сдвигоояасного массива в одном из бортов ущелья при различных геометрических-характеристиках и при=0,30... 0,75 по плоскости сдвига незначительно повлияло на величину обобщенного коэффициента запаса системы арочная плотина - основание (различие 10...15$), что говорит о том, что он существенно зависит от собственно« прочности и жесткости плотины, что необходимо учитывать в расчетах устойчивости, не разделяя плотину и основание.

6. Возможные дифференциальные подвижки в основании арочной плотины приводят к результатам, аналогичным наличию сдвигоопасных блоков. Полученные количественные данные о распределении напряжений позволяют судить о работе плотины и предложить конструктивные мероприятия в виде низкомодульных прокладок и вставок, улучшающих напряженное состояние.

7. Исследования плотин и их элементе® из армированного грунта позволили получить новые физические представления о влиянии

на характер их разрушения и несущую способность процента армирования» формы арматуры, облицовки, расположения арматуры и др. Получены соответствующие коэффициенты упрочнения. Уточнены отдельные расчетные формулы. Получены графики обобщенных коэффициентов запаса для плотин различной высоты.

8. Получены предельные положения скальных откосов, при которых начинается их разрушение. Получена удовлетворительная сходимость с расчетами (расхождение 'составляет 17 $>). Анализ кинограмм показал, что для характерных точек на начальном этапе разрушения откоса - имеет место уменьшение скорости их смещений, а затем возрастание, приводящее к лавинообразному разрушению. Эти данные важны для анализа натурных данных.

9. Исследования термонапряженного состояния массивно-контр-форсных плотин КФ-1 и КФ-2 и КФ-2 , гравитационных с расширенными

швами ГРИНЕ показали существенное влияние сработки водохранилища. Качественные картины напряженного состояния контрфорсных плотин достаточно близки и несколько более благоприятны, чем для масси&-ной гравитационной плотины. Отмечены значительные напряжения6}. Получены данные о влиянии раскрытия строительных швов, крупных вертикальных трещин, а также систем небольших внутренних трещин; последние практически не сказываются на общем напряженном состоянии и перемещениях. Отмечается значительное влияние колебаний температуры воды водохранилища на напряжения верховой грани; на верхних отметках они увеличиваются на 36-70

10. Размеры плотин различных типов существенно сказываются на величинах температурных напряжений ¡с увеличением высоты с 37,2 до 107 м растягивающие напряжения возрастают на 48...75 Влияние деформативности основания проявилось лишь вблизи контакта

1/10/гПл); при изменении модуля деформаций в 2 раза от исходной величины при наполненном водохранилище температурные напряжения изменились на ГО % на низовой грани и &-5 $ на верховод. На температурные напряжения, особенно в зоне контакта, достаточно большое влияние могут оказать и принимаемые в расчетах размеры "темпера турно-а к т ивной" зоны.

Отмечается также существенное влияние изменения модуля упру-гаати в зоне верховой и низовой грани на величину растягивающих температурных напряжений: при увеличении на низовот* грани Е в два раза они возрастают в 1.5...2 раза на низовой грани и в 1.2...4 раза на верховой.

11. На основе комплекса исследований теплового и термонапряженного состояния ячеистых конструкций оценено влияние количества

и размеров ячеек, сезонных и декадных колебаний температур, тепло-физических и деформативных свойств засыпки, снижения концентраций напряжений с помощью специальных низкомодульных элементов. Получены графики напряжений для перепадов температур 1К, которые могут быть использованы проектировщиками.

12. Сравнение результатов расчетов термонапряженного состояния (плоская задача) и экспериментов различных конструкций плотин показывает довольно хорошую их сходимость; различие составляет порядка Ю... 12 При использовании решений плоской-задачи следует однако иметь в виду значительные растягивающие температурные напряжения б^и на гранях плотины, которые при сезонных колебаниях температур воздуха могут привести к появлению вертикальных

трещин.

13. Выполненные на базе предложенного автором подхода расчетные исследования регуляторов, взаимодействующих с набухающим грунтом, позвонили проанализировать напряженно-деформированное состояние различных конструкций при различных параметрах набухания грунта и наметить пути облегчения регуляторов путем использования мостовых конструкций в качестве затяжки. Максимальное различие с результатами модельных исследований, выполненных по разработанной методике составляет 14 Отмечено также, что напряжения в каркасе ячеистых конструкций при засыпке из набухающего грунта сопоставимо по величине с напряжениями от гидростатического давления и бокового давления грунта.

14. Разработаны 'отдельные новые положения теории подобия. Решен широкий круг вопросов, касающихся методики проведения модельных исследований. Разработана пирокая гамма модельных матерка-лов с большим диапазоном Лизико-механических и тепло^изических свойств, установки, технология изготовления различных типов сооружений, оснований, швов, трещин. Разработана оригинальная методика моделирования термонапряженного состояния гидросооружений и взаимодействия их с набухающим грунтом.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации:

1. Некоторые вопросы подобия при проведении статических исследований на моделях из хрупких материалов. Сборник трудов й 46 (плотины) кафедры Гидротехнических сооружений Г.МСИ им. В.В.Куйбышева, М.: 1964, с. 84-92.'

2.Исследование хрупких материалов для моделей гидротехнических сооружений. Там же, с.66-76 (соавт. П.И.Гордиенко, В.Г.Орехов и др.).

3. Экспериментальные исследования напряженного состояния арочного варианта Нурекско1" плотины. Там же, с.48-66 (соавт. Н.П.Розанов, В.Г.Орехов и др.).

4. Гкопоизвестнркозые материалы для модельных исследований. Куриал: Гидротехническое строительство, № 2, 1956, с.51-52.(соавт. А.П.^еркин). ■

' ■ 5. Низкомодульнье полимербетоны и полимергипсы. Сборник трудов ВНИлЯСК, выпуск 43 (12). <5изик(Ьхими"еские исследования новых строите л ьн.: а териа лор, 1965, с. 114-118.(£олвт.ВЛ.Смелянскйи)

- 59 -

6. Ультразвуковые исследования низкомодульных материалов для статических и динамических моделей. Тр.координ.совещ. по гидротехнике. Выпуск 47. Сейсмостойкость гидротехнических сооружений. П. ¡Энергия, 1969, с.364-369.

7. Исследование физико-механических свойств низкомодульных влажных гипсовых растворов. Мат-лы научн.конф. ИИ, 1968,

с.136-138.

8. Исследование низкомодульных материалов для моделей гидротехнических сооружений с помощью ультразвука. Там же с,133-136.

9. Некоторые вопрось исследований прочности гидротехн. сооружений на моделях при помощи хрупких покрытий. Там же, с. 138-140 (соавт. Е.П.Пучков).

10. Некоторые вопросы экспериментальных исследований термонапряженного состояния гидротехнических сооружений на моделях

из хрупких материалов. Там же, с.168-169. (соавт. Н.П.Розанов, В.П.Малявин).

11. Разработка составов и изучение Лизико-механических свойств материалов для модельных исследований. Плотины и водосбросы. Сб. трупов $ 61 МИСИ им.Куйбышева ( каф. Гидросооружений, вып. Г. М., 1969, с.102-110 (соавт. П.И.Гордиеяко, Г.Э.Шаблинсяий).

12. Нвзвомодульный нерамзитобетон для статических и динамических модельных исследований. Там же, с.110-115. (соавт.В.Г.Орехов, В.И.Пыстогов).

13. Низкомодульные материалы для моделей и задачи их дальнейших исследований. Моделирование строительных конструкций. Мат-лы коордия. совещ. по применению моделирования для исследования строительных конструкций, издательство литературы по строительству. М., 1971, с.173-179.

14. Некоторые вопросы методики динамических исследований моделей гидротехнических сооружений с доведением их до разрушения. Труды Гядропроекта. Сборник Л 20 "Сайсмкчесаое воздействие на гидротехнические сооружения". М., 1971, с. 160-167 (соавт. Н.П.Розанов).

15. Исследование термонапряженного состояния облегченных бетонных плотин на моделях и усовершенствование методики моделирования. Сб.: Научные исследования по гидротехнике в 1971 г.

- И.:Энергия, 1972, с.59-60 (соавт. Н.П.Розанов, В.П.Малявин И Др.).

16. Статические модельные исследования Кировской плотины (с учетом трещинообразования в бетоне в приконтактной зоне). Там sce, с.85+ 87. (соавт.Розанов Н.П._, Вишневская Т.А. и др.).

17. Разработка экспериментально-аналитического метода оценки прочности поликристаллических материалов в объемном напряженном состоянии (раздел 2). Там же, часть I, с.171-172.(Coafo. В.Е.Чернявский, Кузнецов^.

18. Разработка материалов для моделирования горных пород

и тоннельных сооружений. Там ке, часть 2, с.91 (соавт. В.^Чернявский, К.И.Иевин).

19. Исследование термонапряженного состояния облегченных бетонных плотин на моделях и ус оверлею твование методики моделирования (на примере массивно-контрфорсной плотины со сдвоенными контрфорсами). Сб.Научные исследования по гидротехнике в 1974г. - Я..-Энергия, 1975, с.88-89 (соавт. Н.П.Розанов, В.А.Зимнюков

и др.).

20. Исследование тяжелых модельных материалов для динамических испытаний. Тр.координ.совет, по гидротехнике. Вып.64. Динамика гидросооружений. Часть И. Киев: Наукова Думка, 1972,

с. 175-182 (соавт. Н.П.Розанов, В.Е.Чернявский).

21. Исследование несущей способности арочных плотин на трещиноватых и ослабленных основаниях. Всесоюзная конференция. Методы определения напряженного состояния и устойчивости высоконапорных гидротехнических сооружений и их оснований при статических

и цинамичесн'их нагрузках. Сб. ¡Тезисы докладов МВи ССО СССР, , МИСИ им.Куйбышева. М., 1972, с.93-105 (соавт.Н.П.Розанов, В.И.Попу-лов и#др.).

22. Модельные исследования напряженного состояния заанкерениы* в основание массивно-конгрфорсных плотин. Труды Грузинского Политехнического института им. В.И.Пенина, №7.(155). Тбилиси, 1972, с.245-251. (соавт. И.И.Гудушаури, Н.С.Моцонелидзе и др.).

23. Подбор и исследование тяжелых низкомодульных материалов для моделей. Труды МГМИ, Т.ХХХ1У, выпуск "Гидравлика и гидротехнические сооружения", М., 1973,с.263-269(аоавт.ВД.Чернявокий).

24.'Методические вопросы исследований на хрупких моделях термонапряженного состояния бетонных плотин в эксплуатационный'период. Там жа, с.252-263 (соавт. Н.П.Розанов, В.П.Малявин).

25. Некоторые вопросы модельных исследований гидротехнических сооружений и их оснований в стадии разрушения. Труды МГМИ, т.ХХХУ, выпуск Гидравлика и гидротехнические сооружения. М., 1973, с.244-252.

26. К вопросу о моделировании трещиноватых скальных оснований в стадии разрушения. Тр.координ.совещ. по гидротехнике. Дискретные среды в гидрогехн. стр-ве (дополнительные материалы) И.:Энергия,1972, с.54-58. (соавт. Н.П.Розанов, В.а.Чернявский).

27. Исследование несущей способности плотины Саяно-Шушен-ско?* ГЭС. Тр.МГМИ, т.43, вып.Гидротехнические сооружения, строительная механика. М.,1975, с.6-11 (соав~. Н.Л.Розанов, В.И.Попу-лов и яр.).

28. К вопросу о прочности хрупких материалов в плоском напряженном состоянии. Тр.ига, г.49, вып.Гидротехнические сооружения, строительная механика, основания и фундаменты. М.,1976, с.101-108 (соавт.В.П..Чернявский, Т.Н.Кузнецова и др.).

29. Влияние трещинообразования в бетоне на напряяенное состояние контрфорсно-* ппои.ны. Там же, с.5-12 (соавт. Н.П.Розанов, Т.А .Вишневская и др.).

30. Притенение гэлограФической интерферометрии для исследования деформаций бетонных кубов. Труды МГИИ, том 53, выпуск Гидротехнические сооружения, строительная механика, основания и фундаменты. М., 1977, с.86-91 (соавт. А.А.Гноевой).

31. Термонапряженное состояние облегченной плотины при раскрытии строительных швов (надрезов). Труды МГМИ, т.58, вып. Гидротехнические сооружения. М., 1978, с.72-78 (соавт. В.А.Зимников, В.В.Комардина).

22. Анализ влияния некоторых факторов на термонапряженное состояние бетонных плотин. Трупы Ш/И, т.62, вып.Гидротехнические сооружения, основания и Фундаменты. М. ,1979, с.138-156 (соавт.В.И.Бронштейн, В.А.Зимнювов и др.).

33. Исследование термонапряженного состояния бетонных плотин с учетом податливости основания. Сб. Материалы конференций и.совещаний по гидротехнике. Работа бетонных плотин совместно со сдельным основанием. П.; Энергия, 1979, с.101-108 (соавт. В.И.Бронштейн, В.А.Зимников).

34. Методические указания по расчету напряженного состояния массивно-контрфорсных плотин (я 'д ред.Г.М.Каганова). Минсель-хоз СССР, Джамбульский гидромелиоративный институт, Джамбул, 1980, с.1-29 (ооавт. Р.К.Кромер).

~ 52 -

35. Effect of cza.c/rs cn opezatic/z of oaituis ¿Wtf ХШ SJ(,3 Cenyzejs. {6>a<--d't 24A/e^-iSei^ ,7/jMuJ. Quesric;-!. 49, 1979, p. 1-62 (соавт. Н.П.Розанов, В.II.Чезнявски"' и пр.).

36. Исследование работы шлюзов-регуляторов на набухающих грунтах. Тп.№.';:, т_69, вып. Гидротехнические сооружения, ос-кования и фундаменты, инженерные конструкции. М., 1981, с.3-16 (соавт. В.И.Бронштейн, С.Х.АОбо).

• 37. Моделирование долговечности и прочности гидротехнических cojpy'ений. Там же, с.16-30 (соавт. С.А.Нуршанов).

38. Методика оценки долговечности гидротехнических соору-ченич на основе моделирования. Сб.Материалы конференций и сочещани1" по гидротехнике. Оценка и обеспечение надежности гидротехнических сооружений. П.¡Энергоиздат, 1982, с.65-68 (соавт. С.А.Нурша нов).

39. Влияние напухания грунта на нзпр^.енно-^ейормррованное состояние :"люза-регупг"Тора, Сборник научных турдов КГКК, Гидротехнические сооружения, основания и фундаменты, инженерные конструкции. Г., 1982, с.167-173 (соавт. С.Х.АЗЗо, В.И.Бронштейн).

<t0. Влияние неоднородности тела бетонно* плотины на термонапряженное состояние сооружения. Там же, с.179-188 (ооавт. В.И.Бронштейн, В.А. Ьимнюков и др.).

41. of (¡!eo&jict>£ featazes oft- Tou/rdat¿on. он ¿/:e statey o^ eufiiess 2a/ns WiMi. <ftuc /л 2 es.

Х1Уp.1-30 (соавт. Н.П.Розанов, И.И.Евдокимова и др).

4Ja. Исследования влияния трещин на работу массивно-нонтр-' форсно» плотины.Труды МГЬШ, том 53, выпуск Гидротехнические сооружения, строитетьная механика, основания и фундаменты, i.'., 1977, с.94-103 (соавт. Н.П.Розанов, Т.А.Вишневская и др.).

42.(5*•peZt'rKf't&i sficUt е л' Sto.£<- ¿у tS'io Z а^е tfese 'z усгъл* A'cJ-f Sttcpej, X77 ¿дууд tSJ^'B^ Acs -Je-Jane< ¿v May /Лй^ p.1-20 (соавт. К.П.Розанов) .

43. Влияние геологвческдх особенностей оснований на пре-

■ тельные состояния контрфорсных плоткн при налички в них трещин. Сб;научных -урдов UTuS. Исследования гидротехнических соорутени"-. .'...,1982, с.3-13 (соазт. Н.П.Розанов, К.Г.Евдокимова и др.).

44. Приближенные методы оценки несущей способности арочных плотин. Труды !.Т?.:К, т.58, вып.Гидротехнические сооружения. L"., 1978, с.6?-7г (соавт. Н.Б.Розанов, ...Н.7теклов).

45. Методика моделирования трещин в моделях из хрупких материалов. Вопросы мелиорации и гидротехнического строительства в условиях Казахстана. Труды ТЯ-ЖКСХ, вып.119, Ташкент, 1981, с. 179-184 (соавт. И.М.Евдонимова, С.А.Нурланов).

46. Исследование прочности массивно-контрлорсннх плотен при наличии в них трещин и ослабленных зоа. Сб.научных трудов Г,(ТМИ. Прочность и устойчивость гидротехнических сооружений. Ii., 1984, с.3-25 (соавг. Н.П.Розанов, С.А.Нуршанов и др.).

47. Влияние точности назначения характеристик скального массива на несущую способность комплекса плотина - основание. Материалы конференций совещаний по гидротехнике. Всесоюзное совещание. Проектирование и исследование скальных основания ГТС. П.:Энергоатомиздат, 1984, с.38-42". (соавт. Н.П.Розанов, й.М.Евдокимова и др.).

48. Решение задачи взаимодействия гидротехнических сооружений с набухающим грунтом основания. 4-е научно-техническое совещание Гидропроекта. Тезисы докладов и сообщений. Часть 4. М., 1982, с.200 (соавт. С.Х.Аббо, Е.К.Лрхипова и др.).

49» Исследование несущей способности контр|юрсных плотин с трещинами на основаниях с различными геологическими свойствами. Сб.научных трудов МГйи Натурные и модельные исследования гидротехнических сооружений. М., 1983, c.II8-IS3 (соавт. Н.П.Розанов, Г.Н.Кулеаов и др.).

50. Влияние одиночных трещин на несущую способность контр-форсных плотин. Сб.научных трудов КГМй. Совместная работа грунтовых оснований и засыпок с конструкциями гидротехнических сооружений. И., 1985, с.153-163 (соавг. Н.П.Розаноз, С.А.Нурзн-нов и др.).

51. Моделирование термонапряженного состояния массивного бетона. Журя.Бетон и железобетон, .№ 2, 1985, с.19-21 (соавг. Н.П.Розанов, В.П.Малявин и др.).

52. Критерии подобия для приближенного моделирования пу-чинистых грунтов и взаимодействующих с ними сооружений.

Сб.научных трудов МГШ. Исследование, проектирование и строительство ГТС. М., 1986, с.40-54 (соавг. Г.З.Элинсон).

53. Комбинированная модель для оценки влияния одиночной трещины на несущую способность контрфорсно» плотины. Там же,

с. 54-63 (соавт. Н.А.Розанов, И.М.Евдокимова и др.).

54. Иоследования прочности облегченных бетонных плотин. Сб. научных-тру нов МГШ. Натурные и лабораторные исследования ГТС. М., 1987, с.57-59 (соавт. Н.П.Розанов, В.Б.Адесман и др.).

55. Исследование несущей способности массивно-контрфорс-ной плотины с_ трещинами с учетом свойств основания и при наличии строительных швов. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Всес.конф.: Предельные состояния бетонных и к/б конструкций энергетических сооружений. М.: Энергоатомиздат. 19/7, с.9-15 (соавт. Н.П.Розанов, И.У.Евдокимова и др.).

56. Инженерная оценка степени опасности трещин В массивно-нонтрфорсных плотинах. Маг-лы Всес.конф. и совещ. по гидротехнике. Всес.конф. Прочность и температурная трещиносто^кость бетонных гидротехничейких сооружений при температурных воздействиях ПТТС-88. П.: Энергоатомиздат, 1989, с.94-96 (соавт. И.К.Евдокимова, Н.П.Розанов).

57. Результаты определения теплового и термонапряженного состояния ячеистой конструкции с использованием экспериментального и расчетного методов. Там же, с.106-112 (соавт. М.И.Зборовская, В.А.Зимнюков и др.).

58. К вопросу работы металлических уплотнений межсекционных швов бетонных плотин при неравномерных осадках секций. Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура № 8, Новосибирск, 1988, с.78-82 (соавт. Н.П.Розанов, Б.М.Бах-тян и др.).

59. К вопросу моделирования свайных фундаментов многоарочных плотин. Кат.-лы конф. и совещ. по гидротехнике. Всесоюзная конференция "Повышение эффективности проектирования, исследований и'эксплуатации арочных плотин. Арка-87. II.: Энергоатомиздат, 1989, с.72-78 (соавт. Н.П.Розанов, В.Б.Адесман).

60. Оценка несущей способности арочной плотины при наличии • сдвкгоопасных блоков в основание. Там же, с.78-82 (ооавт. Н.П.Розанов,' Я.".Евдокимова и др.).

61. К вопросу оценки работы ячеистой конструкции при варьировании теплойизических характеристик грунта засыпки. Сб.научных трудов КГШ. Исследование гидротехнических сооружений и водохозяйственных комплексов. П., 1988, с.48-64.

62.Экспериментальные исследования несущей способности образцов из армированного грунта. Сборник-научных трудов МП®. Исследование гидротехнических сооружений, их аварии и рзконструк-

М,, 1990, с.50-59 <соавт. И.М.Евдокимова, Б.Х.Хамдамов).

63. Индустриальные конструкция низконапорных арочных и многоарочных плотин на нескальном основании. Журнал Гидротехническое строительство, № 8, 1986, о.15-18 (соавт.Н.П.Роза-нов, И.М.Евдодямова и др.).

64. Материалы для моделирования наскального основания. Сборник научных трудов МГМН "Наследование гидротехнических сооружений и водохозяйственных комплексов". М., 1988, с.70-80

(соавт. В.Б.Адесмая).

65. Многоарочяая плотина. Авт.свидетельство № I254IUI, бюлл. Ш2, 30.08.86 (соавт. Н.П.Розаяов, В.Б.Адесмая).

66. Многоарочная мотива на слабом основании. Аят.свидетельство М I35I99I, бюлл. №42, 15.II.87 (соавт. Н.П.Роза нов,В.Б. Адес-ман и др.).

cens'tltiction Joisits1 аля!" Сгяс¿п. conc.'zeta on. -¿Ae. ¿■aßety cfi- ¿ecfess gutt tejs Za-ms*.

Семинар по безопасности плотин. Финляндия, Рованиеми, 29.08 -2.09.88. Экономическая комисоия ООН для Европы, р.1-19 (соавт. Н.Е.Розанов, И.М.Евдокимова и др.).

68.AfSefssreit of- S-afety aß- a!ecJ?fesx ¿uttzes,? ivtt/i cta.ccs' of t/iei/nac сг^гл. ;--; Там же,

p.I-2I (соавт. Н.П.Розанов, В.А.Зимяюков и др.).

69. Гидротехнические сооружения. М.: Стройиздат, 1978, с.647 (под ред. H.H.Розанова).

70. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. М.:Стройиздат, 1983, с.543 (под ред. В. Л.Недряги).

71. Гидротехнические сооружения. М.: Агропромиздат, 1985, с. 431 (под ред. Н.П.Розанова).

72. Справочник. Мелиорация и водное хозяйство, т.4, Сооружения. М.: Агропромиздат, 1987, с.464 (под ред. П.А.Палад-Заде).

73. Па бора торные работы по гидротехническим сооружениям (учебное пособие). М.: В.О. Агропромиздат, 1989, с.207 (под ред. Н.П.Розановм).

>74. К расчету ячеистых конструкций гидротехнических сооружений на температурные воздействия. Сборн. научн.трудов МГМИ Исследование гидротехнических сооружений, их аварий и реконструкция. М., 1990, с.5-11 (оозвт. Н.П.Розанов, В.А.Зимнвков и др.).

75. Сравнение результатов расчета коятрфорсных плотин методом гранлчных и конечных элементов. Сб.оря.научн. трудов '■.ТМИ. Совершенствование гидротехнических сооружений. М., 1991, с.109-117 (соавг. Д.Н.Есбатыров, Н.ПЛ^оицкая).

76. Анализ влияния отдельных факторов на термонапряженное состояние ячеис'тнх плотин. Тан{ке. - с.117-123 (соавг. М.И.Зборовская, В.А.Зимнюков).

77. Оценка безопасности массивно-коятрфорсных плотин при наличии трещин в бетоне и с учетом свойств основания. Госкомитет СССР по народному образованию / МИСИ им.Куйбышева. Сб.научных трудов. Современные проблемы гидротехники. М., 1991, с.167-183 (соавг. Н.П.Розанов, И.М.Евдокимова и др.).

78. Влияние трещин температурного происхождения на безопасность массивяо-конгрфорсных плотин. Там же, с.183-197 (соавт. Н.П.Розанов, В.А.Зимнюков).

79.Проектирование гидротехнических сооружений водохозяйственного назначения. (Пособие к СНиП 2.06.01-86, разделы 3, 5, 6, II и СНиП 2.06.03-85 раздел 4). Министерство водохозяйственного строительства СССР. В.О, "Союзводлроект", М. ,1989, с. 32-72; с.230-245 (соавт. Евдокимова, В.А.Зимнюков).

80. Гидротехническое сооружение ячеистой конструкции, а/с № 1749358, бюлл. № 27, июль 1992 г. (соавт. В.А.Зимнюков, Г.Н.Писарев и др.).

81. Устройство для укрепления каменяо-земляной плотины.

Авт .свид.*,/?/77.А? Ли*л^уЯ^оавг.С.В.Барткевич, А.К.Финк и др.)

82. Способ возведения грунтовой плотины гидроэлектростанции при-ее поэтапном вводе в эксплуатацию. Авт.свид.

бюлл. (соавт. И.М.Евдонимова, Б.Х.Хамдамов и др.).