Некоторые причины аварий плотин » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Некоторые причины аварий плотин

07.07.2021

X.В. Хинкли в своей работе, посвященной анализу причин аварий некоторых плотин раннего периода, сказал: «Что хорошего в ошибках других, если мы не вынесем из них пользы для себя?».

Из аварий, имевших место в прошлом, можно извлечь многое, что полезно для практики последующего проектирования. Это положение справедливо для всех областей, связанных с инженерным использованием грунта, но особенно — для плотиностроения.

Первое требование, выполнение которого обеспечивает возможность удовлетворительной работы любой плотины, состоит в том, что она должна возводиться на участке, геологические условия которого позволяют избежать утечки воды из водохранилища, образуемого плотиной. Как было показано на рис. 12.2 и 12,3, а также при соответствующих разъяснениях, приведенных ранее, это требование может оказаться неудовлетворительным при возведении плотин в области распространения закарстованных известняков. Интенсивная цементация может при таких условиях явиться возможной защитной мерой. Цементация успешно применялась администрацией долины Теннеси.

Возможность больших потерь на фильтрацию из водохранилища не ограничивается только районами распространения таких известняков, как это видно из следующего отрывка из письма, адресованного автору Эдвином Б. Экелем, руководителем отдела инженерной геологии геологической службы Соединенных Штатов.

Плотина Лоун Пайн в Шоу Лоу Крике, графство Навайо, шт. Аризона, является ярким примером неудачи, связанной с неожиданной утечкой воды через дно водохранилища. Плотина смешанного типа (укатанная земляная плотина и каменная наброска) длиной 700 футов, высотой 100 футов была построена в 1935—1936 гг. и предназначалась для создания водохранилища на площади 330 акров с емкостью 11 000 акро-футов. Ее строительство финансировалось администрацией общественных работ. Вскоре после начала заполнения водохранилища по его дну и бортам обнаружились многочисленные течи. Все усилия прекратить их оказались неэффективными, и потеря воды на фильтрацию была настолько велика, что не удовлетворялись даже потребности в воде для целей ирригации.

Геологическое обследование, проведенное после неудачи с заполнением этого водохранилища, показало, что утечка из него воды происходила через зияющие трещины растяжения в массиве коренной породы, представленной песчаником. Эти трещины весьма характерны для некоторой части весьма большой территории в северовосточной части Аризоны. На площади водохранилища трещины в коренной породе, которые, несомненно, простирались в глубину на несколько сотен футов, были полностью скрыты под покровом почвенного горизонта или другого грунта. Напор воды в водохранилище был достаточным, чтобы промыть эти трещины. Вследствие этого вся вода из водохранилища ушла через трещины и в основном пополнила здесь запасы грунтовых вод.

После исследования геологического обследования мною в 1939 г. района водохранилища я пришел к выводу, что при обычных исследованиях, проводимых для таких небольших плотин, как Лоун Пайн, если эти исследования ограничиваются только участками плотины и связанного с ней водохранилища, весьма возможно пропустить трещины или не придать им должного значения. Однако неудача с этим водохранилищем служит великолепным уроком, который говорит о необходимости составления еще До начала строительных работ региональных геологических карт. Имея надлежащие геологические карты этого района, почти наверняка можно было бы предвидеть опасные последствия наличия здесь зияющих трещин растяжения.

Таким образом, оказывается, что систематическое региональное изучение в инженерной геологии настолько же важно, как и в инженерном грунтоведении.
Некоторые причины аварий плотин

Изучение района с точки зрения инженерной геологии и грунтоведения должно распространяться значительно шире участка собственно плотины и не только на дно, но также и на естественные борта водохранилища на всем его протяжении. Пренебрежение этим обстоятельством может привести к тяжелым последствиям, иллюстрируемым рис. 17.1 и 17.2. Эти рисунки помимо всего прочего свидетельствуют о возможности существования в районах древнего оледенения весьма причудливых форм напластования грунта. В тот период лед двигался вверх по долине, образовав поперек ее моренную гряду. По мере роста гряды уровень оз. Седар, расположенного выше языка ледника, возрос от показанного для предшествующего времени цифрами I—I до уровня II—II. Этот уровень сохранялся до постройки бетонной плотины, перегородившей послеледниковую долину, обозначенную на рис. 17.1 пунктирной линией В—В. Долина образовалась вследствие размыва моренной гряды Ceдар-Крик, в которую сбрасывались воды из оз. Седар.

Возведение бетонной плотины вызвало подъем воды в озере до уровня III—III и обводнение значительно выше линии В—В толщи флювиогляциальных гравелистых отложений, слагавших ядро моренного вала, связанного с плотиной. Вода не имела выхода из толщи гравия, так как низовой откос моренной гряды был покрыт слоем ледникового тилля и валунной глины с переменной мощностью. Согласно сообщению Дж. Гувера Макина, это обстоятельство явилось вероятной причиной аварии. Давление воды на внешний водонепроницаемый покровный слой постепенно возрастало, пока не произошел ее прорыв в одной наиболее слабой зоне. Возникшие отсюда последствия усматриваются из рис. 17.2. Приблизительно за 1 ч из гряды было вынесено более 1 млн. ярд3 обломочных продуктов. При этом на склоне гряды образовался амфитеатрообразный кратер на ее откосе (на рис. 17.1 обозначен линией AA). Было установлено, что его борта сложены слоистым гравием, в то время как в толще тилля поток образовал узкую промоину с крутыми бортами, различимую на рис. 17.2. Поток воды, который обрушился в долину через этот амфитеатр, снес железнодорожные пути, лесопилку и дома небольшой деревни. Сток через этот проран уменьшался весьма быстро и продолжался при малом расходе в течение нескольких месяцев до тех пор, пока не снизился существенно уровень воды в оз. Седар.

Тонкие горизонтально залегающие водоносные прослои характеризуются другой важной геологической особенностью. При недостаточном к ним внимании возникающее взвешивающее противодавление в таких прослоях может существенно уменьшить сопротивление сдвигу по контуру прослоев за счет внутреннего трения в низовом конце подошвы плотины и вызвать аварию. Геологи могут обнаружить такие особенности строения грунтовой толщи скорее, чем инженеры. Пренебрежение противодавлением явилось причиной разрушения в 1911 г. бетонной плотины Остин, шт. Пенсильвания, унесшего свыше 100 жизней. Опасность таких катастроф может быть снята заложением в надлежащем месте дренажных скважин, разгружающих противодавление. Плотина была возведена на толще перемежающихся пластов песчаника и глинистого сланца, и никаких мер по снятию избыточного противодавления принято не было.

Однако одни геологические исследования без проведения опытов по изучению механических свойств скальных пород и грунтов могут оказаться недостаточными. К каким катастрофическим последствиям может привести наличие в основании под плотиной слабой породы, показывают рис. 17.3 и 17.4, характеризующие положение до и после аварии.

Согласно официальному отчету о разрушении плотины Сент Френсиз высотой 205 футов, причиной аварии было недостаточно надежное основание плотины. Восточная часть плотины была возведена на слюдистом сланце, а западная — на красноватом конгломерате, который терял прочность при замачивании. Такое свойство конгломератов было, по-видимому, установлено только после аварии. Оба береговых крыла плотины неожиданно обрушились. Внезапно возникшим при прорыве бьефа потоком огромные бетонные глыбы размером 50—100 футов были унесены от створа сооружения вниз по течению на расстояние в полмили. Прорыв плотины привел к большим бедствиям в нижнем бьефе. 263 человека утонуло и 200 пропало без вести.

В ряде случаев возникают аварии земляных плотин в связи с недостаточной прочностью грунтов в их основании. Обычно такие аварии происходят в период строительства и выражаются в обрушении одного из откосов плотины в виде оползня по некоторой кривой скольжения. Было установлено, что, как правило, обрушению откосов земляных плотин в наибольшей степени способствует наличие в их основании водонасыщенных глинистых грунтов. Аварии плотины Чингфорд в Англии и Маршалл Крик в Соединенных Штатах связаны именно с этим обстоятельством. Уполаживание откосов этой плотины в порядке ее реконструкции оказалось в этом плане эффективным мероприятием. Эта авария произошла, по-видимому, в результате сочетания двух причин: обрушения откоса в связи со сдвигом по слабому глинистому прослою и оплыва рыхло намытого песка в условиях его полного разжижения.

Наиболее частые случаи аварии земляных плотин связываются с недостаточной пропускной способностью водосбросов. При этом условии исключительное значение приобретают тщательные гидрологические исследования по изучению атмосферных осадков и максимального стока всех притоков реки. При переливе воды с большой скоростью через гребень земляной плотины она не может сопротивляться размыву. В силу этого, если уровень воды в водотоке превысит высоту земляной плотины, она, безусловно, будет выведена из строя. Поэтому водосбросы должны проектироваться с достаточным запасом исходя из необходимости пропуска наибольшего вероятного паводка. Водосбросы возводятся из бетона и располагаются обычно в прорези в толще естественных пород близ места сопряжения плотины с одним из берегов. Наиболее тяжелая из известных аварий земляных плотин, сопровождавшаяся катастрофическими последствиями, была вызвана именно недостаточной пропускной способностью водосброса и переливом воды через гребень (плотина Саут Форк в Пенсильвании). При прорыве этой плотины бурный поток, устремившись вниз по долине, снес все на своем пути. Этот случай известен под названием джонстаунского наводнения, так как в наибольшей степени пострадал район г. Джонстауна. При этой аварии погибло 2280 человек и 1675 едва избежали гибели. Громадным был и материальный ущерб.

Заиление водохранилища может вызвать увеличение давления на плотину и со стороны верхнего бьефа против обычно принимаемого при проектировании гидростатического. При малом запасе устойчивости такое увеличение давления может представить для бетонных плотин существенную опасность. С этой причиной была связана авария одной из крупных плотин (Аустин Дэм, Оклахома, США). Увеличение давления на плотину в связи с наносами может быть принято при проектировании равным половине веса осевшего ила во взвешенном состоянии.

Саутворт описывает трудности, возникшие в период строительства плотины Матилия из-за недостаточного предварительного изучения геологии района ее возведения. Инженер, который пренебрег выполнением этих исследований, был привлечен к суду.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: