Фильтрационные расчеты. 
Проектирование природоохранного гидроузла IV класса капитальности

В соответствии со /4/ фильтрационные расчеты следует выполнять для определения фильтрационной прочности тела плотины, ее основания и берегов; расчета устойчивости откосов плотины и берегов; обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и конструкций плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.

В ходе выполнения расчетов определяют положение депрессионной кривой, фильтрационный расход воды через тело плотины и ее основание, скорости и градиенты напора фильтрационного потока в теле плотины, основании, а также в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границах противофильтрационных устройств. Для ответственных сооружений положение депрессионной поверхности и другие параметры определяют также и в берегах — в зоне движения обходного фильтрационного потока. Ввиду сложности теоретических решений параметры фильтрационного потока в берегах зачастую устанавливают специальными лабораторными исследованиями.

Способы и схемы фильтрационных расчетов с большой надежностью разработаны для плотин, расположенных на водонепроницаемом основании. Под водонепроницаемым понимают такое основание, коэффициент фильтрации которого по сравнению с коэффициентом фильтрации плотины настолько мал, что может быть приравнен нулю. Ниже рассмотрены только некоторые из них применительно к плотинам с экраном и понуром. В приближенном методе расчет ведут при двух независимых предположениях. Вначале считают, что плотина водопроницаема, а основание водонепроницаемо, и для этой схемы определяют фильтрационный расход через тело плотины q_T и строят кривую депрессии. Затем принимают схему, в которой плотину считают водонепроницаемой, а основание водопроницаемым.

В случае дренированных плотин размер В_пл принимают равным расстоянию от подошвы верхового откоса до начала дренажа.

При построении кривой депрессии участок ее примыкания к реальному верховому откосу исправляют визуально так, чтобы участок был перпендикулярен откосу в точке его пересечения с уровнем воды в верхнем бьефе и затем плавно переходил в депрессионную кривую.

Однородная плотина с экраном на водонепроницаемым основании. Особенность данного случая состоит в том, что воды в нижнем бьефе нет. Фильтрационное уравнение при этом имеет вид:

L_p — ширина эквивалентного профиля плотины по основанию:

= (10).

где в — коэффициент учитывающий крутизну верхового откоса, определяемый по формуле Г. К. Михайлова:

Величину захода депрессионной кривой в дренаж определяют по зависимости:

.

Ордината кривой депрессии.

Расход фильтрационного потока через тело плотины q_T определяют по зависимости:

где КT — коэффициент фильтрации тела плотины.

Кривую депрессии строят по уравнению:

Задаваясь не менее 6 раз значениями х в диапазоне от х=?L до х= Lp — m₂h₁. при выходе на низовой откос:

Для расчета плотины применяем виртуальный метод, в котором ядро с заданными размерами и коэффициентом фильтрации К_я заменяют приведенным ядром призматической формы с коэффициентом фильтрации К_Т. Плотина тем самым приводится к эквивалентной по фильтрационным свойствам однородной плотине.

Находим среднюю толщину ядра.

где д₁ и д₂ — толщина ядра поверху и понизу.

Определяем приведенную (виртуальную) толщину эквивалентного ядра:

;

Вычисляют приведенную ширину гребня плотины:

(19).

Расход фильтрационного потока через тело плотины равна:

Кривую депрессии строят по уравнению (14), задаваясь не менее 6 раз значениями х в диапазоне от х=2,4 до х=91,05.

Расчет сводим в таблицу.

Таблица 1. определение координат депрессионной кривой.

X, м.	2,4.						91,05.
У, м.	5,92.	5,66.	5,31.	4,51.	3,54.	2,19.	0,7.

По полученным точкам на поперечном профиле плотины строим кривую депрессии.

Скорость фильтрации при выходе фильтрационного потока на низовой откос или входе в дренаж составляет: