Описываются основные свойства различных грунтов, уложенных в тело плотины, даются рекомендации по прогнозу их прочности, деформируемости, водопроницаемости. Приводятся методы расчёта напряжённо-деформированного состояния и прочности грунтов, устойчивости откосов, консолидации, порового давления, осадок и смещений, фильтрации, сейсмической устойчивости. Излагаются современные методы оценки работы сооружений, расчётные обоснования конструкции грунтовых плотин. Впервые излагаются вопросы оптимизации конструкций грунтовых плотин (на основе факторного анализа) и надежности грунтов плотин. Рассчитано на студентов, а также аспирантов строительных специальностей вузов.

Предисловие к первому изданию
Предисловие ко второму изданию
Введение

Глава 1. Грунт как материал тела плотины
1.1. Классификация грунтов, зерновые составы и основные физико-механические свойства их
1.2. Водопроницаемость грунтов
1.3. Объемная деформируемость грунтов
1.4. Деформации формоизменения
1.5. Условие прочности грунтов
1.6. Основные динамические свойства грунтов
1.7. Выбор характеристик грунтов тела плотины

Глава 2. Фильтрация в теле грунтовых плотин
2.1. Основные положения теории фильтрации
2.2. Методы определения параметров фильтрационного потока в грунтовых плотинах
2.3. Фильтрационная прочность грунтов
2.4. Противофильтрационные устройства

Глава 3. Консолидация грунтов тела и основания плотин
3.1. Основные положения теории консолидации
3.2. Основные зависимости теории консолидации
3.3. Решение задач теории консолидации
3.4. Рекомендации при проектировании

Глава 4. Напряженно-деформированное состояние и прочность грунтов в теле плотин
4.1. Вариационно-разностный метод при решении задач о напряженно-деформированном состоянии грунтовых плотин
4.2. Метод конечных элементов в сочетании с методом локальных вариаций (задача плоской деформации)
4.3. Метод конечных элементов в сочетании с методом локальных вариаций (пространственная задача)
4.4. Результаты решения задач о напряженно-деформированном состоянии грунтовых плотин
4.5. Использование результатов расчетов напряженно- деформированного состояния при проектировании

Глава 5. Сейсмостойкость грунтовых плотин
5.1. Некоторые сведения о землетрясениях
5.2. Типы сейсмических волн, шкалы балльности
5.3. Динамический метод расчета напряженно-деформированного состояния грунтовых плотин (явная схема, вариационно-разностный вариант)
5.4. Динамический метод расчета напряженно-деформированного состояния грунтовых плотин (неявная схема, метод конечных элементов)
5.5. Статический, или квазидинамический, метод определения сейсмических сил
5.6. Учет сейсмических воздействий в расчетных схемах и антисейсмические мероприятия

Глава 6. Устойчивость откосов
6.1. Метод расчета устойчивости по круглоцилиндрической поверхности обрушения
6.2. Оценка местной устойчивости откосов
6.3. Способ наклонных сил A.Л. Можевитинова
6.4. Рекомендации по использованию методов оценки устойчивости откосов

Глава 7. Сопряжение плотин с основанием
7.1. Противофильтрационные устройства в основании плотины
7.2. “Стена в грунте”
7.3. Инъекционные завесы в основании плотин
7.4. Оценка растворения засоленных грунтов в теле и основании гидротехнических сооружений
7.5. Выбор типа подземного контура

Глава 8. Конструкции плотин из грунтовых материалов
8.1. Основные положения выбора конструкции
8.2. Земляные насыпные плотины
8.3. Земляные намывные плотины
8.4. Каменно-земляные плотины
8.5. Грунтовые плотины с негрунтовыми противофильтрационными элементами (каменные плотины)
8.6. Грунтовые плотины, возводимые направленным взрывом
8.7. Плотины, возводимые в районах Крайнего Севера
8.8. Выбор типа грунтовой плотины

Глава 9. Выбор оптимальной конструкции грунтовой плотины методом факторного анализа
9.1. Понятие о факторах, определяющих конструкцию плотины
9.2. Факторный анализ при проектировании грунтовых плотин. Метод полного факторного эксперимента
9.3. Метод дробного факторного эксперимента
9.4. Поиск оптимальной конструкции
9.5. Многокритериальные методы оптимизации
9.6. Оптимизация конструкций

Глава 10. Надежность и безопасность работы грунтовых плотин в период строительства и эксплуатации
10.1. Общие вопросы обеспечения надежности и безопасности грунтовых плотин
10.2. Геотехнический контроль за возведением грунтовой плотин
10.3. Натурные наблюдения за состоянием грунтовых плотин и их основаниями
10.4. Контроль качества возведения грунтовых плотин
10.5. Критерии безопасности грунтовых плотин

Библиографический список

Предисловие к первому изданию

Грунтовые плотины — самый распространенный тип водоподпорного сооружения, так как возведение таких плотин может быть полностью или почти полностью механизировано, оно менее энергоемко, требует меньших трудозатрат, а также сокращает расход цемента на строительство гидроузла по сравнению с бетонными плотинами. Современные грунтовые плотины достигли высоты 300 м (Нурекская, СССР) и объема 130 млн.м³ (Тарбела, Пакистан).

В СССР грунтовые плотины построены и строятся в самых разнообразных климатических условиях. В зоне вечной мерзлоты построены Вилюйская и Усть-Хантайская плотины, строится Колымская плотина. В Средней Азии построены Нурекская, Чарвакская, Гиссаракская, Папанская плотины, строится самая высокая в мире Рогунская плотина. На Кавказе построены Сарсангская, Мингечаурская, Жинвальская, в Крыму — Изобильненская плотины и др. Начато строительство ряда крупных плотин из грунтовых материалов на Дальнем Востоке, в южных районах Сибири, на Урале, в Карпатах.

Различие климатических, геологических, топографических, гидрологических, сейсмических условий определяет различные технологии возведения плотин, их конструкции, конструктивные элементы сопряжения с основанием и т.д.

Многие грунтовые плотины создают огромные водохранилища, и аварии таких плотин могут иметь катастрофические последствия.

К проектированию и строительству таких ответственных сооружений, как грунтовые плотины, предъявляются высокие требования. Для современного проектирования и конструирования прогрессивных и экономичных грунтовых плотин требуется проведение статических и динамических расчетов, основанных на анализе напряженно-деформированного состояния. Этим вопросам в учебниках гидротехнических сооружений отводится ограниченное место, либо они вообще опущены.

Ранее проектированию грунтовых плотин было посвящено учебное пособие “Плотины из местных материалов” (автор А. А. Ничипорович), изданное в 1973 г. Этот курс сыграл большую роль в подготовке специалистов-гидротехников. За годы, прошедшие после выхода этой книги, многие вопросы проектирования грунтовых плотин получили существенное развитие, например, такие, как проектирование свойств грунтов тела грунтовых плотин, исследования напряженно-деформированного состояния грунтовых плотин при статических и динамических воздействиях, консолидация, сопряжения грунтовых плотин с основанием, использование ЭВМ в расчетных методах. В последние годы разработан метод оптимизации конструкций на основе анализа напряженно-деформированного состояния, накоплены данные натурных наблюдений за построенными Чарвакской и Нурекской плотинами.

Создание математических моделей основано на современных разработках главным образом теории упругости и пластичности. Предполагается, что учащиеся до изучения курса “Гидротехнические сооружения” прослушали курс теории упругости и ползучести, но поскольку эти дисциплины обычно читаются сокращенно, это может вызвать некоторые затруднения в понимании изложенного.

Аналогичные сложности могут возникнуть и при изучении путей численной реализации математических моделей. Методы численной реализации требуют знаний соответствующих разделов вычислительной математики и программирования.

Наконец, вопросы оптимизации конструкции грунтовых плотин базируются на еще непривычных для студентов терминах и понятиях, но это направление бурно развивается и в проектировании современных конструкций не может быть игнорировано.

Для лучшего понимания этого сложного материала студенты должны обратиться к специальной литературе, список которой приводится в конце книги и на которую в тексте имеются ссылки.

Настоящее пособие состоит из девяти глав. В гл. 1 описываются основные свойства различных грунтов, уложенных в тело плотины, даются рекомендации по прогнозу их прочности, деформируемости, водопроницаемости. Рассматриваются вопросы исследования пригодности грунтов для укладки в тело плотины.

В гл. 2 и 3 излагаются методы расчета фильтрации и консолидации. Глава 4 посвящена расчетным обоснованиям напряженно-деформированного состояния, осадкам и смещениям, гл. 5 - методам сейсмической устойчивости. В гл. 6 даются оценка работоспособности плотин, методы оценки устойчивости плотин по круглоцилиндрической поверхности обрушения. В гл. 7 и 8 анализируются разнообразные конструкции плотин и их элементы в сочетании с работой основания. В гл. 9 приводится решение технико-экономической задачи на основании факторного анализа.

Здесь не рассматриваются такие вопросы, как гидравлические методы расчетов фильтрации, некоторые задачи консолидации, расчеты элементов крепления откосов плотин, расчеты устойчивости откосов, контроль качества строительства плотин, некоторые особенности проектирования намывных плотин и др., поскольку они достаточно подробно освещены в технической литературе.

В книге использованы материалы Гидропроекта, Союзгипроводхоза, ВНИИ ВОДГЕО, ВНИИГ, МИСИ, ЛПИ и других проектных, научно-исследовательских и учебных институтов.

Настоящее пособие рассчитано на студентов и аспирантов гидротехнических специальностей строительных, политехнических, мелиоративных Вузов.

Книга также будет полезна инженерам-проектировщикам, поскольку в ней излагается научный подход к проектированию и конструированию грунтовых плотин; эти вопросы отражены только в периодической литературе.

Авторы надеются, что настоящее пособие “Проектирование грунтовых плотин” будет способствовать более глубокой, фундаментальной подготовке инженеров- гидротехников.

Главы 1, 4, 5, 6 (кроме § 6.3), 7 и 9 написаны доктором техн. наук, проф. Л.Н. Рассказовым, гл. 2, 3 и 8 — доктором техн. наук A.Л. Гольдиным, § 6.3 — доктором техн. наук, проф. П.Л. Ивановым, им также представлена часть материала, использованного в гл. 3.

Авторы выражают признательность сотрудникам Ленинградского политехнического института: проф. А.Л. Можевитинову, доктору техн. наук, проф. С.А. Кузьмину, доктору техн. наук, проф. П.Л. Иванову, канд. техн. наук, доц. В.Н. Бухарцеву и заведующему лабораторией ВНИИГ, канд. техн. наук В.Г. Радченко за внимательный просмотр рукописи и полезные замечания и предложения, способствовавшие ее улучшению, а также канд. техн. наук А.А. Белякову, взявшему на себя нелегкий труд по редактированию рукописи.

 

Предисловие ко второму изданию

Первое издание учебного пособия “Проектирование грунтовых плотин” вышло в 1987 году и в течение 2-х месяцев стало библиографической редкостью. В 1993 году издательство “BALKEMA” (Роттердам) выпустило перевод этой книги на английском языке.

За прошедшее время после выхода книги продолжалось развитие гидротехнического строительства, совершенствовались расчетные методы, получила широкое распространение в качестве противофильтрационного мероприятия в основании и теле плотины “стена в грунте”. 23 июня 1997 года был принят Государственный Думой федеральный закон “О безопасности гидротехнических сооружений”. Все это дало основание для переработки и дополнения книги.

Переработана первая глава в части уточнения свойств грунта, математической модели грунта за счет учета ползучих свойств.

Во второй главе даны решения пространственной установившейся фильтрации, изложен метод решения задач неустановившейся фильтрации.

Четвертая глава переработана в части решения пространственной задачи напряженно-деформированного состояния плотины с учетом свойств ползучести грунтов.

Аналогично в пятую главу включены решения пространственной задачи напряженно-деформированного состояния плотины при сейсмических воздействиях, включая “стену в грунте”.

Шестая глава дополнена методом Бишопа расчета устойчивости откосов по круглоцилиндрическим поверхностям обрушения.

Седьмая глава расширена за счет исследований напряженно-деформированного состояния “стены в грунте” и сопряжения ее с плотиной.

В девятую главу включен метод штрафных функций при оптимизации конструкций грунтовых плотин. Обновлены примеры решения.

Книга дополнена десятой главой “Надежность и безопасность работы грунтовых плотин в период строительства и эксплуатации”.

В этой очень важной для сегодняшнего периода проектирования, строительства и, особенно, эксплуатации плотин, главе рассмотрены вопросы мониторинга контроля состояния плотины, методики отбора проб и методов определения плотности- влажности, проницаемости грунтов тела и основания плотины, критерии безопасности грунтовых плотин.

Глава 10 написана совместно авторами книги.

Мы очень надеемся, что книга встретит благожелательный отклик как у студентов, желающих больше узнать о грунтовых плотинах и грунтовых сооружениях вообще, так и у специалистов, которые, может быть, найдут в ней полезные сведения.