Гравитационная плотина — это плотина, построенная из бетона или каменной кладки и предназначенная для удержания воды, используя только вес материала и его сопротивление фундаменту. Гравитационные плотины спроектированы таким образом, что каждая секция плотины является стабильной и независимой от любой другой секции плотины. [1] [2]
Для гравитационных плотин обычно требуются прочные скальные основания с высокой несущей способностью (от слегка выветренных до свежих), хотя в редких случаях их возводили на грунте.
Устойчивость плотины в первую очередь возникает из диапазона нормальных углов силы, которые жизнеспособно генерируются фундаментом. Кроме того, жесткая природа конструкции гравитационной плотины плохо выдерживает дифференциальную осадку фундамента , поскольку это может привести к трещинам в конструкции плотины.
Главным преимуществом гравитационных плотин перед насыпями является устойчивость бетона к размыву , что защищает от повреждений, вызванных небольшими переливающимися потоками. Неожиданные большие переливающиеся потоки по-прежнему являются проблемой, поскольку они могут размыть основания плотин. Недостатком гравитационных плотин является то, что их большие бетонные конструкции подвержены дестабилизирующему подъемному давлению относительно окружающего грунта. Подъемное давление может быть уменьшено с помощью внутренних и фундаментных дренажных систем.
Во время строительства экзотермическое отверждение бетона может генерировать большое количество тепла. Плохо проводящий бетон затем удерживает это тепло в конструкции плотины на протяжении десятилетий, расширяя пластичный бетон и делая его подверженным растрескиванию при охлаждении. Задача проектировщика — не допустить этого.
Гравитационные плотины строятся путем срезания большой части земли на одном участке реки, что позволяет воде заполнить пространство и храниться. После того, как земля будет срезана, почва должна быть проверена, чтобы убедиться, что она может выдержать вес плотины и воды. Важно убедиться, что почва не будет размываться со временем, что позволит воде прорезать путь вокруг плотины или под ней. Иногда почвы достаточно для достижения этих целей; однако в других случаях требуется кондиционирование путем добавления опорных камней, которые укрепят вес плотины и воды. Существует три различных теста, которые можно провести для определения прочности опоры фундамента: подходы Вестергаарда, Эйлера и Лагранжа. [3] Как только фундамент станет пригодным для строительства, можно начинать строительство плотины. Обычно гравитационные плотины строятся из прочного материала, такого как бетон или каменные блоки, и строятся в треугольной форме, чтобы обеспечить наибольшую поддержку. [4]
Наиболее распространенная классификация гравитационных плотин — по материалам, из которых они изготовлены:
Композитные плотины представляют собой комбинацию бетонных и насыпных плотин . [5] Строительные материалы композитных плотин те же, что используются для бетонных и насыпных плотин.
Гравитационные плотины можно классифицировать по плану (форме):
Гравитационные плотины можно классифицировать по их конструктивной высоте:
Гравитационные плотины построены так, чтобы выдерживать некоторые из самых сильных землетрясений . Несмотря на то, что основание гравитационной плотины построено так, чтобы выдерживать вес плотины и всей воды, оно довольно гибкое, поскольку поглощает большое количество энергии и направляет ее в земную кору. Оно должно быть способно поглощать энергию землетрясения, потому что, если плотина сломается, она отправит огромное количество воды вниз по течению и уничтожит все на своем пути. Землетрясения представляют собой самую большую опасность для гравитационных плотин, и именно поэтому каждый год и после каждого крупного землетрясения их необходимо проверять на наличие трещин, долговечность и прочность. Хотя ожидается, что гравитационные плотины прослужат от 50 до 150 лет, их необходимо обслуживать и регулярно заменять. [7]