В книге приводятся сведения о землетрясениях, методах определения сейсмичности площадок строительства и основных параметров сейсмического воздействия, поведении плотин, дамб и насыпей при землетрясениях. Рассматриваются динамические свойства грунтов и грунтовых материалов, современные методы расчета и экспериментальных исследований сейсмостойкости гидросооружений из грунтовых материалов, приводятся основные положения для проектирования сейсмостойких плотин. Для инженеров-проектировщиков, строителей и исследователей, работающих в области сейсмостойкого гидротехнического строительства, и может быть полезна студентам гидротехнических специальностей вузов.

Предисловие

Глава первая. Некоторые сведения о землетрясениях и их воздействии на гидросооружения
1.1. Основные характеристики землетрясений
1.2. Оценка сейсмичности районов строительства
1.3. Поведение гидросооружений из грунтовых материалов при землетрясениях

Глава вторая. Динамические свойства и характеристики грунтов
2.1. Механические свойства грунтов
2.2. Динамические свойства грунтов в расчетах сейсмостойкости гидросооружений по нормативной методике
2.3. Динамические свойства водонасыщенных грунтов
2.4. Динамические модели грунтов в расчетах сейсмостойкости гидросооружений с учетом пластических деформаций

Глава третья. Расчеты сейсмостойкости гидросооружений из грунтовых материалов
3.1. Методы расчета сооружений на сейсмические воздействия
3.2. Определение сейсмических нагрузок на плотины из грунтовых материалов по спектральной методике
3.3. Расчеты устойчивости и деформаций откосов гидросооружений при сейсмических воздействиях
3.4. Расчеты напряженного состояния и деформаций гидросооружений при сейсмических воздействиях

Глава четвертая. Опыт проектирования гидросооружений в сейсмических районах
4.1. Экспериментальные исследования сейсмостойкости гидросооружений
4.2. Основные принципы проектирования сейсмостойких гидросооружений из грунтовых материалов
4.3. Некоторые сведения об особенностях конструкции, строительства и расчетов ряда плотин из грунтовых материалов
4.4. Полевые динамические исследования и стационарные инструментальные наблюдения за гидросооружениями при землетрясениях

Список литературы

Предисловие

В последние годы в высокосейсмических районах Советского Союза, богатых гидроэнергоресурсами, в широких масштабах осуществляется гидротехническое строительство. В связи с этим вопросы обеспечения сейсмостойкости гидросооружений из грунтовых материалов с учетом сейсмических воздействий приобретают чрезвычайно важное значение. Указанные сооружения могут возводиться из доступных и дешевых местных материалов практически в любых створах и на любых основаниях. Они имеют высоту до 300 м и более, отличаются хорошими технико-экономическими показателями, достаточно высокой сейсмостойкостью и получают все более широкое применение. В Японии за последние 70 лет было построено 1852 плотины высотой более 15 м, из них 1227, или ²/₃ от общего числа,— из грунтовых материалов, в том числе 43 каменнонабросных. В США ежегодно строится 125 плотин, и почти все — из грунтовых материалов. Аналогичная картина наблюдается в нашей и многих других странах.

За последние годы в нашей стране — во ВНИИГ, НИС Гидропроекта, институтах строительной механики и сейсмостойкости АН Грузинской ССР (ИСМиС), инженерной сейсмологии и сейсмостойкого строительства АН Таджикской ССР (ТИССС), ВНИИВОДГЕО, ИФЗ АН СССР, ЛПИ, МИСИ и др., а также за рубежом достигнуты значительные успехи в области изысканий и исследований для целей сейсмостойкого гидротехнического строительства, разработки теории, расчетных методов проверки и критериев сейсмостойкости грунтовых гидросооружений; обобщения и практического использования накопленного опыта их проектирования; организации и проведении инструментальных наблюдений за этими сооружениями при землетрясениях и др.

В последние годы был осуществлен переход от статического метода расчета сейсмостойкости гидросооружений к динамическому спектральному методу, что нашло отражение в разд. 5 гл. СНиП II-A. 12-69, а также в «Руководстве по учету сейсмических воздействий при проектировании гидросооружений» к этому разделу СНиП.

Определенные успехи достигнуты в разработке теории динамики грунтов, методики и техники определения характеристик их деформационных и прочностных свойств, необходимых для расчета гидросооружений на сейсмические воздействия. Во ВНИИГ разработаны «Методические рекомендации по определению динамических свойств грунтов, скальных пород и местных строительных материалов». Значительный прогресс достигнут в разработке методов расчета гидросооружений из грунтовых материалов с учетом волнового характера сейсмического воздействия, взаимодействия с основанием и водной средой, нелинейных и пластических свойств грунтов при динамических нагрузках и других факторов.

Вместе с тем указанные выше вопросы, несмотря на их актуальность, слабо освещены в литературе и представлены преимущественно отдельными статьями и сообщениями, часто трудно доступными для широкого круга специалистов, работающих в области сейсмостойкого гидротехнического строительства. Некоторые сведения, касающиеся сейсмостойкости гидросооружений из грунтовых материалов, приведены в издании «Динамика сплошных сред в расчетах гидротехнических сооружений» под ред. В.М. Ляхтера и Ю.С. Яковлева. - М. Энергия, 1976. Однако в этих работах не ставилось целью решение всего комплекса вопросов, возникающих при проектировании и строительстве рассматриваемых сооружений в сейсмических районах.

В основу настоящей книги положены результаты исследований по сейсмостойкости гидросооружений из грунтовых материалов, выполненных в последние годы под руководством и при участии автора во ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева, а также материалы исследований Гидропроекта, ИФЗ, ИСМИС, ТИССС, ВНИИВОДГЕО, ЛПИ, МИСИ и других организаций.

Материалами книги послужили результаты исследований и расчетов для обоснования сейсмостойкости плотин из песчаных грунтов (Капчагайской и др.), гравийно-галечниковых и каменно-земляных материалов (Чирюртской, Чарвакской, Нурекской и др.). Наиболее подробно рассматриваются исследования и расчеты, проведенные для обоснования сейсмостойкости Нурекской плотины. Разработанный во ВНИИГ экспериментально-расчетный метод решения задач сейсмостойкости грунтовых сооружений нашел применение для обоснования проектов ряда плотин в сейсмических районах, в том числе Рогунской плотины.

Помимо отечественного опыта, в книге анализируется зарубежный опыт исследований, расчетов и проектирования грунтовых гидросооружений в сейсмических районах, наблюдений за их поведением (колебаниями, деформациями и повреждениями) при землетрясениях, взрывах и других динамических воздействиях.

Книга состоит из четырех глав.

В первой главе приводятся необходимые сведения о землетрясениях, их основных параметрах, исследованиях по оценке степени сейсмической опасности районов размещения гидроузлов и определению исходных данных для проектирования, характеризующих сейсмические воздействия, а также о различных видах и причинах деформаций, повреждений и аварий большого числа плотин, дамб и насыпей при землетрясениях. На основе анализа и обобщения этих данных приводятся рекомендации по выбору створов, типа и сейсмостойких конструкций гидросооружений и мероприятий по повышению их надежности.

Во второй главе рассматриваются физико-механические свойства грунтов, методы их определения, основные факторы, влияющие на эти свойства. Даются анализ существующих динамических моделей грунтов и оценка их пригодности для решения задач сейсмостойкости оснований и гидросооружений из грунтовых материалов. Приводятся описание методики и техники исследований динамических свойств грунтов, а также их характеристики, используемые при расчетах и проектировании гидросооружений на сейсмические воздействия.

Третья глава посвящена вопросам, связанным с расчетами сейсмостойкости гидросооружений из грунтовых материалов. Приводятся методы и результаты расчета динамических характеристик сооружений и действующих на них сейсмических нагрузок с использованием нормативных коэффициентов сейсмичности и спектральных графиков коэффициента динамичности и с применением расчетных схем сдвигового клина и МКЭ. Рассматриваются методики проверки устойчивости откосов и оценки остаточных деформаций вследствие перемещений (сдвигов) сейсмически неустойчивых призм обрушения при воздействиях, задаваемых акселерограммами землетрясений, а также вторичных деформаций, обусловленных изменением свойств (разупрочнением) грунтов под влиянием сейсмических толчков. Приводятся результаты численных расчетов напряженного состояния и деформаций гидросооружений с учетом волнового характера сейсмического воздействия, нелинейных и пластических свойств материалов при динамических нагрузках и других факторов.

В четвертой главе приводится описание методики и основных результатов динамических испытаний моделей, опытных насыпей, гидросооружений из грунтовых материалов и их фрагментов; мирового опыта расчетов и проектирования этих сооружений в сейсмических районах; методов и результатов инструментальных наблюдений за поведением гидросооружений из грунтовых материалов при землетрясениях.

Автор надеется, что книга позволит с большей достоверностью и обоснованностью решать многие сложные вопросы, возникающие при проектировании и строительстве гидросооружений из грунтовых материалов в сейсмических районах.

§ 2.4 написан совместно с инж. Л.А. Эйслером. Автор выражает благодарность доктору техн. наук. О.А. Савинову за помощь, оказанную им при работе над книгой, канд. техн. наук В.Ф. Иванищеву за просмотр рукописи, ценные советы и замечания и канд. техн. наук И.А. Константинову за работу, проведенную им при редактировании книги.