Weronika Hejko, ISiW 1

BIUH – Ćwiczenie 4: Stateczność jazu i niecki wypadowej.

Dokonano sprawdzenia dwóch warunków stateczności:

1. Warunek poślizgu na podłożu

2. Warunek wystąpienia nadmiernych ciśnień w podstawie budowli hydrotechnicznej – tzw. wypłynięcia

Warunki stateczności wymagają spełnienia zależności:

$$\frac{mE_{\text{stab}}}{E_{\text{dest}}} \geq 1,2$$

gdzie:

E_stab – efekty obliczeniowe oddziaływania stabilizującego

E_dest – efekty obliczeniowe oddziaływania destabilizującego

m –współczynnik korekcyjny; na potrzeby ćwiczenia projektowego został pominięty

Schematy statyczne

1. Warunek 1 – warunek poślizgu po podłożu, w rozbiciu na:

• Warunek 1A – poślizgu po podłożu przy podstawowym układzie obciążeń (NPP)

• Warunek 1B – poślizgu po podłożu przy wyjątkowym układzie obciążeń (NadPP)

1. Warunek 2 – warunek wypłynięcia, w podziale na:

• Warunek 2A – wypłynięcia przy podstawowym układzie obciążeń (NPP)

• Warunek 2B – wypłynięcia przy wyjątkowym układzie obciążeń (NadPP)

• Warunek 2C – wypłynięcia przy szczególnym przypadku remontowego opróżnienia z wody niecki wypadowej.

Oznaczenia wykorzystane w schematach:

G_j – ciężar progu przelewowego, $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

G_n – ciężar niecki wypadowej, $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

P_WG – statyczne parcie poziome wody od strony Wody Górnej, $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

P_WD – statyczne parcie poziome wody od strony Wody Dolnej, $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

W_1, 2, 3– ciężar wody spoczywającej na progu przelewowym lub niecce wypadowej, $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

E – parcie gruntu, $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

W_hs– wypór hydrostatyczny, rozpatrywany osobno dla jazu i niecki wypadowej, $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

W_hd – wypór hydrodynamiczny, rozpatrywany osobno dla jazu i niecki wypadowej, $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

Wszystkie schematy znajdują się w załącznikach do ćwiczenia.

Wartości oddziaływań:

Ciężar objętościowy elementów betonowych

G_j = A • γ_B • 1mb [kN]

G_n = A • γ_B • 1mb [kN]

A - pole konturu obiektu betonowego [m²]

γ_B - ciężar objętościowy betonu $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$, przyjęto $24\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

Ciężar objętościowy „brył” wody

W_1, 2, 3 = A • γ_w • 1mb [kN]

γ_B - ciężar objętościowy wody $\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$, przyjęto $10\left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$

Parcie poziome wody

P_WG,   WD = A • γ_w • 1mb [kN]

Wypór hydrodynamiczny

W_hd = A • γ_w • 1mb [kN]

A - pole konturu figury wyporu hydrodynamicznego wody na rozpatrywanym odcinku fundamentu budowli [m²], określone graficznie w ćw3

Wypór hydrostatyczny

W_hs = L_hs • h_hs • γ_w • 1mb [kN]

L_hs - długość podziemnego konturu fundamentu [m],

h_hs - zagłębienie poziomu posadowienia fundamentu poniżej zwierciadła wody w stanowisku dolnym [m]

W tabelach zestawień oddziaływań wartość L_hs • h_hs oznaczono jako A

Współczynnik tarcia

f = 0, 75 • tgφ [−]

φ = 14⁰

Przyjęto współczynnik tarcia f = 0, 19 [−]

Warunek 1A

W związku z możliwością wybrania jednego schematu dla warunku 1A, obliczenia przeprowadzono Schemat 1A – poślizg po podłożu przy podstawowym układzie obciążeń (poziom piętrzenia NPP) i przepływie miarodajnym Q_m (wszystkie przęsła czynne)

Zestawienie wartości oddziaływań dla tego schematu:

Rodzaj oddziaływania	A ∖ n[m^2]	[kN]
Gjaz	205,5	5137,5
Gniecka	25,96	649
W1	7,97	79,7
W3	115,14	1151,4
PWG	168,05	1680,5
Whd jaz	102,12	1021,2
Whd niecka	46,16	461,6
Whs jaz	145,52	1455,2
Whs niecka	156,4	1564

Współczynnik stateczności:

$$n = \frac{E_{\text{stab}}}{\text{Edest}} = \frac{(E + N) \bullet f}{P_{\text{WG}} + E} = 0,27$$

gdzie $N = \sum_{}^{}G + \sum_{}^{}{W - \sum_{}^{}W_{\text{hs}} - \sum_{}^{}W_{\text{hd}}}\lbrack kN\rbrack$

Warunek stateczności:

0, 27 ≥ 1, 20  Warunek jest niespełniony

Warunek 1B

• Schemat 1B – poślizg po podłożu przy wyjątkowym układzie obciążeń (poziom piętrzenia NadPP) i przepływie kontrolnym Q_k (rozpatrywane wyłącznie przęsła czynne)

Zestawienie wartości oddziaływań dla tego schematu:

Rodzaj oddziaływania	A ∖ n[m^2]	[kN]
Gjaz	205,5	5137,5
Gniecka	25,96	649
W1	8,15	81,5
W3	115,26	1152,6
PWG	170,2	1702
Whd jaz	100,15	10001,5
Whd niecka	43,52	435,2
Whs jaz	144,236	1021,2
Whs niecka	155,02	1550,2

$$n = \frac{E_{\text{stab}}}{\text{Edest}} = \frac{(E + N) \bullet f}{P_{\text{WG}} + E} = 0,48$$

0, 59 ≥ 1, 20  Warunek jest niespełniony

Warunek 2A

• Schemat 2A – wypłynięcie niecki wypadowej przy podstawowym układzie obciążeń (poziom piętrzenia NPP) i przepływie średnim Q_sr

Rodzaj oddziaływania	A ∖ n[m^2]	[kN]
Gniecka	25,96	649
W3	86,16	861,6
Whd niecka	46,16	461,6
Whs niecka	127,42	1274,2

Współczynnik stateczności:

$$n = \frac{E_{\text{stab}}}{\text{Edest}} = \frac{G_{n} + W_{3}}{W_{\text{hs\ niecka}} + W_{\text{hd\ niecka}}} = 0,84$$

Warunek stateczności:

0, 84 ≥ 1, 20  Warunek jest niespełniony

Warunek 2B

• Schemat 2B – wypłynięcie niecki wypadowej przy wyjątkowym układzie obciążeń (poziom piętrzenia NadPP)

Rodzaj oddziaływania	A ∖ n[m^2]	[kN]
Gniecka	25,96	649
W3	115,26	1152,6
Whd niecka	43,52	435,2
Whs niecka	155,02	1550,2

Współczynnik stateczności:

$$n = \frac{E_{\text{stab}}}{\text{Edest}} = \frac{G_{n} + W_{3}}{W_{\text{hs\ niecka}} + W_{\text{hd\ niecka}}} = 0,91$$

Warunek stateczności:

0, 91 ≥ 1, 15  Warunek jest spełniony

Warunek 2C

• Schemat 2B – wypłynięcie niecki wypadowej przy podstawowym układzie obciążeń (poziom piętrzenia NPP), przepływie średnim Q_sr i remontowym opróżnieniu niecki wypadowej z wody.

Rodzaj oddziaływania	A ∖ n[m^2]	[kN]
Gniecka	25,96	649
Whs niecka	127,42	1274,2
Whd niecka	42,38	428,30

Współczynnik stateczności:

$$n = \frac{E_{\text{stab}}}{\text{Edest}} = \frac{G_{n}}{W_{\text{hs\ niecka}} + W_{\text{hd\ niecka}}} = 0,4$$

Warunek stateczności:

0, 4 < 1, 15  Warunek nie jest spełniony

Nastąpi przesunięcie i wypłynięcie niecki . Aby zapobiec wypłynięciu niecki powinno zwiększyć się jej grubość. Natomiast w celu zapobiegnięciu przesunięciu można wymienić grunt w miejscu posadowienia jazu i niecki, glina Spowodu swoich właściwości jest bardzo nie korzystnym podłożem. Można zastąpić ją piaskiem