Гравитационная плотина - Gravity dam

Willow Creek Dam в Орегон, валковая бетонная гравитационная плотина

А гравитационная плотина это плотина построены из бетона или каменной кладки и предназначены для удержания воды за счет использования только веса материала и его сопротивления фундаменту, чтобы противостоять горизонтальному давлению воды, толкающей его. Гравитационные плотины спроектированы таким образом, чтобы каждая секция плотины была стабильной и независимой от любой другой секции плотины.[1][2]

Характеристики

Гравитационные плотины обычно требуют прочных скальных оснований с высокой несущей способностью (от слегка выветренных до свежих); хотя в редких случаях они были построены на грунтовом основании. Несущая способность фундамента ограничивает допустимое положение Равнодействующая сила, влияющие на общую стабильность. Кроме того, жесткость конструкции гравитационной плотины неумолима для дифференциальной осадки фундамента, которая может вызвать растрескивание конструкции плотины.

Гравитационные плотины имеют ряд преимуществ перед набережные плотин Основным преимуществом является то, что они могут выдерживать незначительные перетоки без повреждений, поскольку бетон устойчив к истиранию. Большие переполненные потоки по-прежнему являются проблемой, поскольку они могут размыть фундамент, если не учтены в проекте. Недостатком гравитационных плотин является то, что из-за их большой площади основания они чувствительны к подъемным давлениям, которые действуют как дестабилизирующая сила. Подъемное давление (плавучесть) можно уменьшить с помощью внутренних дренажных систем и дренажных систем. Во время строительства схватывавшийся бетон вызывает экзотермическую реакцию. Это тепло расширяет пластиковый бетон, и охлаждение может занять несколько десятилетий. При охлаждении бетон становится жестким и склонным к растрескиванию. Задача дизайнера - сделать так, чтобы этого не произошло.

Дизайн

Гравитационные плотины строятся, сначала вырубая большую часть земли на одном участке реки, позволяя воде заполнять пространство и накапливаться. После того, как земля вырублена, необходимо проверить почву, чтобы убедиться, что она может выдержать вес плотины и воды. Важно убедиться, что почва со временем не разрушится, что позволит воде прорезать путь вокруг или под плотиной. Иногда почвы достаточно для достижения этих целей; однако в других случаях требуется кондиционирование путем добавления опорных камней, которые будут поддерживать вес плотины и воды. Есть три различных теста, которые могут быть выполнены для определения прочности опоры фундамента: подход Вестергаарда, Эйлера и Лагранжа.[3] Как только фундамент станет подходящим для строительства, можно начинать строительство дамбы. Обычно гравитационные плотины строятся из прочного материала, такого как конкретный или каменные блоки, и имеют треугольную форму, чтобы обеспечить максимальную поддержку.[4]

Классификации

Самая распространенная классификация гравитационных плотин по материалам, из которых состоит конструкция:

Композитные плотины представляют собой сочетание бетона и набережные плотин.[нужна цитата ] Строительные материалы композитных плотин такие же, как бетонные и насыпные.

По плану (форме) гравитационные плотины можно классифицировать:

  • Большинство гравитационных плотин прямые (Плотина Гранд-Кули ).
  • У некоторых каменных и бетонных самотечных плотин ось плотины изогнута (Плотина Шаста, Cheesman Dam ), чтобы добавить стабильности за счет действия дуги.[5]

По высоте конструкции гравитационные плотины можно классифицировать:

  • Низкий, до 100 футов.
  • Средней высоты, от 100 до 300 футов.
  • Высокая, более 300 футов.

Землетрясения и экосистемы

Гравитационные плотины построены так, чтобы выдерживать одни из самых сильных землетрясения. Несмотря на то, что фундамент гравитационных плотин построен так, чтобы выдерживать вес плотины и всей воды, он довольно гибкий, поскольку поглощает большое количество энергии и отправляет ее в земную кору. Он должен быть в состоянии поглощать энергию землетрясения, потому что, если бы плотина прорвалась, огромное количество воды устремилось бы вниз по течению и разрушило бы все на своем пути. Землетрясения представляют собой самую большую опасность для гравитационных плотин, и поэтому каждый год и после каждого крупного землетрясения их необходимо проверять на наличие трещин, прочность и прочность. Хотя предполагается, что гравитационные плотины прослужат 50–150 лет, их необходимо обслуживать и регулярно заменять.[6]

Другая проблема гравитационных плотин связана с экосистемами. Поскольку поток и количество воды меняются при строительстве плотины, это обычно влияет на площадь плотины и все, что потом. Если вода, которая обычно течет две недели в году в каком-либо районе, теперь течет постоянно, новая жизнь начнет жить и расти там. Точно так же, если вы отключите воду в месте, где вода течет круглый год, вещи начнут умирать. Много экологи имеют проблемы с плотинами из-за их воздействия на окружающую среду.[7]

Рекомендации

  1. ^ Проект гравитационных плотин, Бюро мелиорации, 1976 г.
  2. ^ Проект малых плотин, Бюро мелиорации, 1987 г.
  3. ^ Проектирование гравитационных дамб: Руководство по проектированию бетонных гравитационных дамб. Денвер, Колорадо: Министерство внутренних дел США. 1976 г.
  4. ^ Хосрави, S (2015). Проектирование и модальный анализ гравитационных плотин с помощью языка параметрического проектирования ANSYS. Накхонситхаммарат, Таиланд: Валайлакский журнал науки и технологий.
  5. ^ Проект гравитационной плотины, Инженерный корпус армии США, EM 1110-2-2200, июнь 1995 г.
  6. ^ Люциан, Г. (1986). Анализ землетрясений и реакция бетонных гравитационных дамб. Инженерный корпус армии США. ISBN  0943198070.
  7. ^ «Глубокая вода: эпическая борьба за плотины, перемещенных лиц и окружающую среду». 2006.

Библиография

  • Kollgaardand, E.B .; Чедвик, W.L. (1988). Развитие строительства плотин в США. Комитет США Международной комиссии по большим плотинам.
  • Плотины Соединенных Штатов - Наглядное изображение знаменитых плотин. Денвер, Колорадо: Общество плотин США. 2013.