Напряжения на контакте плотины с основанием

Напряжения на контакте плотины с основаниемКак видно из предыдущего, деформации подошвы плотины, вызванные ее весом и гидростатической нагрузкой, значительно отличаются от деформаций поверхности основания под плотиной, вызванных теми же нагрузками, и, как правило, поверхность основания стремится как бы оторваться от подошвы плотины. Поскольку тело плотины и скала основания соединены между собой сцеплением бетона со скалой и составляют одно целое, для обеспечения этого «целого» должны быть «приложены» дополнительные напряжения по контакту. Эти-то напряжения и преобразуют линейную эпюру нормальных напряжений по подошве плотины (по теории бесконечного клина) в криволинейную эпюру контактных напряжений. Расчет этих напряжений оказывается очень сложным и трудоемким. Изложение метода расчета Ф. Тёльке [213] занимает, по существу, объем целой (брошюры, практические же подсчеты требуют очень много времени. Решение Тёльке дается в незамкнутой форме с применением приема «сращивания» смещений сооружения и основания (удовлетворение условия неразрывности на длине контакта,?что достигается тоже только приближенно).

Расчеты Ф. Тёльке сделаны до конца для плотины треугольного профиля высотой 60 м с вертикальной напорной гранью и с низовой гранью, имеющей заложение /72=0,73. Рассмотрение результатов этого расчета позволяет сделать интересные выводы. При одинаковом модуле упругости (деформации) плотины и основания эпюры напряжений на контакте представлены кривыми, характеризующимися наличием концентраций (максимумов) близ граней плотины и снижением напряжений (против расчетных по методу бесконечного клина или элементарному методу) в ее средней части. На рис. 7.22 показаны эпюры напряжений ох, оу и хху, а также суммарная эпюра (реакция основания) для случая опорожненного водохранилища. Эпюры показывают, что максимум оу находится у напорной грани и что касательные напряжения сжимают подошву, имея разные знаки у граней плотины. На рис. 7.23 показаны такие же эпюры для случая наполненного водохранилища. Различие в модулях нормальной упругости (деформации) Е плотины и основания играет существенную роль. Из эпюр рис. 7.22 и 7.23 видно, что в первом случае максимальные напряжения концентрируются у напорной грани, в особенности нормальные (оу), и они тем больше, чем больше отношение Еи: Е0 (теоретически при Еп: Е0=оо напряжения оу = оо); во втором случае концентрация напряжений, причем всех, наибольшая у низовой грани плотины. При этом напряжения оу особенно неблагоприятно развиваются в случае жесткого основания (£п:£о0,5), когда и у низовой, И у напорной граней (что особенно неблагоприятно) появляются вместо сжимающих растягивающие напряжения. В случае, когда материал плотины обладает большей жесткостью, чем скальное основание, происходит концентрация напряжений оу и хху и у верховой (напорной) грани плотины. При этом скалывающие напряжения хху не сжимают тела плотины в горизонтальном направлении, как „при опорожненном водохранилище, и не действуют благоприятно в отношении продольных возможных трещин или швов бетонирования (например, при столбчатой разрезке). Следует отметить, что концентрация напряжений в реальных плотинах будет меньше подсчитанной теоретически, в частности благодаря пластическим явлениям в бетоне, особенно в молодом его возрасте. Ее можно также смягчить, делая более плавным сопряжение низовой грани с основанием (путем некоторого округления грани или заделки плотины в скалу).