7.2. Гранулометрический состав грунта

Основной характеристикой грунта является его гранулометрический состав.

Для насыпных плотин. Наилучшим грунтом для однородной земляной плотины служит естественная смесь частиц разной крупности, в которой мельчайшие пылеватые и глинистые частицы (d ? 0.01 — 0.005 мм) заполняли поры между более крупными (песчаными, гравелистыми) образующими скелет, обеспечивая вместе с тем непосредственное соприкосновение между собой крупных частиц. Подобный грунт обладает большим углом внутреннего трения и вместе с тем благодаря заполнению пор тонким глинистым материалом — ничтожным коэффициентом фильтрации. Содержание глинистых частиц в грунте характеризует и водонепроницаемость и прочность грунта. При содержании этих частиц 6 — 25% всего объема грунта он пригоден для однородного тела плотины, при большем — только для ядер, экранов, понуров. Песчаные грунты могут быть применены для однородных плотин, если коэффициент фильтрации их достаточно мал, в противном случае они идут в проницаемые части тела плотин (низовые), если же из них выполняется все тело плотины, требуется противофильтрационные устройства — ядра, диафрагмы, экраны.

Большое значение имеет степень неоднородности грунта, характеризуемая коэффициентом ? = d₆₀/d₁₀. При ? ? 30 — 100 грунты обладают малой порозностью и хорошо уплотняются при укатке, при ? = ? 5 — 10 грунты уплотняются плохо, обычно они водопроницаемы.

При выборе типа плотины приходится считаться с карьерами местного грунта, которые во многих случаев и определяют тип плотины.

По гранулометрическому составу в земляной насыпной плотине могут быть использованы все грунты за исключением жирных суглинков и глин и мельчайших песчано-илистых грунтов.

Рис.7.2.1. Кривые гранулометрического состава грунтов карьеров намывных плотин

1 — Угличская; 2 — Сестринские дамбы; 3 — дамбы Волгостроя; 4 — Шекснинская; вская; 6—7 — Мингечаурская; 8 — Цимлянская; 9 — Сталинградская; 10 — Куйбышевская; 11 — Александер; 12. Форт-Пек; 13 — плотина из суглинка (СССР). (Гришин, стр. 397).

Для намывных плотин. Гранулометрический состав материала для намывных плотин с ядром должен быть таков, чтобы в нем были и мелкозернистые (глинистые) частицы для намыва водонепроницаемого ядра, и крупные — для образования боковых призм. Плотины без ядра не требуют обязательного наличия глинистых фракций и выполняются из песков и легких супесей.

Опыт показывает, что пригодным составом грунта для ядерных плотин будет тот, в котором глины содержится 10 — 25%, остальной же грунт — песок, гравий, галька. Большее содержание глины может привести к преувеличенным размерам ядра и тем самым уменьшить устойчивость откосов (аварии плотин Салюда, Александер, (США).

Рис. 7.2.2 Кривые гранулометрического состава грунтов насыпных плотин СССР

1 — Гизельдонская (экран); 2— Фархадская; 3 — Ханжонковская; 4 — Боз-Суйская (лёсс); 5 — Терская (на торфяном основании); 6 — Катта-Курганская (лёсс); 7 — Сталиногорская; 8 — Ольховская; 9 — Сызранская (песчаная с диафрагмой).

При небольшом количестве глинистых частиц (меньше 10%) образование водонепроницаемого ядра затрудняется. Состав ядра характеризуется действующим (эффективным) диаметром зерна d₁₀, который не должен снижаться за пределы d₁₀=0.01 мм; при меньших d₁₀ ядро твердеет медленно и возможны аварии при давлении ядра на боковые призмы (авария на плотине Калаверас при d₁₀= 0/002 мм)

Рис. 7.2.3 Профиль плотины верхнего бассейна Загорской ГАЭС

На рис. 7.2.1 приведены кривые гранулометрического состава карьеров намывных плотин России и некоторых зарубежных. В большинстве случаев материалом для намыва плотин в России служили супеси, пески и песчано-гравийные грунты. (Л. Гришин, с. 397)

На рис. 7.2.2 [2] приведены кривые гранулометрического состава грунтов насыпных плотин СССР. Из этого графика видно, что для насыпных плотин практически возможно использовать любые грунты при соответствующей конструкции плотины.