Набережная плотина представляет собой большую искусственную плотину . Обычно он создается путем размещения и уплотнения сложной полупластической насыпи из почвы или камня различного состава. Он имеет полупроницаемое водонепроницаемое натуральное покрытие на поверхности и плотную непроницаемую сердцевину. Это делает плотину невосприимчивой к поверхностной или просачивающейся эрозии . [1] Такая плотина состоит из фрагментированных независимых материальных частиц. Трение и взаимодействие частиц связывают частицы вместе в стабильную массу, а не за счет использования цементирующего вещества. [2]
Насыпные плотины бывают двух типов: земляная плотина (также называемая земляной плотиной или наземной плотиной ), сделанная из уплотненной земли, и каменная плотина . Поперечное сечение насыпной плотины имеет форму насыпи или холма. Большинство из них имеют центральную часть или ядро, состоящее из непроницаемого материала, предотвращающего просачивание воды через плотину. Ядро может быть из глины, бетона или асфальтобетона . Этот тип плотины является хорошим выбором для участков с широкими долинами. Их можно строить на твердых камнях или на более мягких почвах. В случае плотины из каменной наброски каменная насыпь взрывается с использованием взрывчатки, чтобы разрушить горную породу. Кроме того, куски породы, возможно, придется раздробить на более мелкие фракции, чтобы получить правильный диапазон размеров для использования в насыпной плотине. [3]
Земляные плотины, называемые также земляными плотинами, земляными плотинами или земляными плотинами, сооружаются как простая насыпь из хорошо уплотненной земли. Однородная земляная плотина полностью построена из одного типа материала, но может содержать дренажный слой для сбора просачивающейся воды. Зонированная земляная плотина имеет отдельные части или зоны из разнородного материала, обычно это оболочка из локально обильного материала с водонепроницаемым глиняным ядром. В современных зонированных земляных насыпях используются фильтрационные и дренажные зоны для сбора и удаления просачивающейся воды и сохранения целостности нижележащей зоны оболочки. Устаревший метод строительства зонированной земляной плотины предполагал гидравлическое наполнение для создания водонепроницаемого ядра. В плотинах из рулонной земли также может использоваться водонепроницаемая облицовка или ядро, как в плотинах из каменной наброски. Плотина с замороженным ядром — это временная земляная плотина, которую иногда используют в высоких широтах для циркуляции охлаждающей жидкости по трубам внутри плотины для поддержания внутри нее водонепроницаемой области вечной мерзлоты .
Плотина Тарбела — большая плотина на реке Инд в Пакистане , примерно в 50 км (31 милях) к северо-западу от Исламабада . Ее высота 485 футов (148 м) над руслом реки и водохранилище площадью 95 квадратных миль (250 км 2 ) делают ее крупнейшей насыпной плотиной в мире. Основным элементом проекта является насыпь длиной 9000 футов (2700 м) и максимальной высотой 465 футов (142 м). На плотину было использовано около 200 миллионов кубических ярдов (152,8 миллиона кубических метров) насыпи, что делает ее одним из крупнейших искусственных сооружений в мире.
Поскольку земляные плотины могут быть построены из местных материалов, они могут быть экономически эффективными в регионах, где стоимость производства или доставки бетона будет непомерно высокой.
Каменно -насыпные плотины представляют собой насыпи из уплотненного свободно дренируемого сыпучего грунта с водонепроницаемой зоной. Используемая земля часто содержит высокий процент крупных частиц, отсюда и термин «каменная насыпь». Непроницаемая зона может находиться на передней стороне и состоять из каменной кладки , бетона , пластиковой мембраны, стальных шпунтовых свай, древесины или другого материала. Непроницаемая зона также может находиться внутри насыпи, и в этом случае ее называют «ядром». В тех случаях, когда в качестве непроницаемого материала используется глина, плотину называют «композитной». Чтобы предотвратить внутреннюю эрозию глины в каменную насыпь из-за сил просачивания, керн отделяется с помощью фильтра. Фильтры представляют собой специально сортированный грунт, предназначенный для предотвращения миграции мелкозернистых частиц почвы. Когда под рукой есть подходящий строительный материал, транспортировка сводится к минимуму, что приводит к экономии затрат во время строительства. Плотины из каменной наброски устойчивы к землетрясениям . Однако неадекватный контроль качества во время строительства может привести к плохому уплотнению и засыпанию насыпи песком, что может привести к разжижению каменной насыпи во время землетрясения. Потенциал разжижения можно снизить, предохраняя восприимчивый материал от насыщения и обеспечивая достаточное уплотнение во время строительства. Примером плотины из каменной наброски является плотина Нью-Мелоунс в Калифорнии или плотина Фьерца в Албании .
Растущую популярность набирает популярность асфальтобетон . Большинство таких плотин построено с использованием камня и/или гравия в качестве основного заполнения. С тех пор, как первая такая плотина была завершена в 1962 году, в настоящее время во всем мире построено почти 100 плотин этой конструкции. Все построенные к настоящему времени плотины с асфальтобетонным сердечником имеют отличные эксплуатационные характеристики. Используемый асфальт представляет собой вязкоупруго - пластичный материал, способный приспосабливаться к движениям и деформациям насыпи в целом, а также к осадке фундамента. Гибкие свойства асфальта делают такие плотины особенно подходящими для сейсмических регионов. [4]
Для гидроэлектростанции Могличе в Албании норвежская энергетическая компания Statkraft построила каменно-насыпную плотину с асфальтовым сердечником. Ожидается, что после завершения строительства в 2018 году плотина длиной 320 м, высотой 150 м и шириной 460 м станет самой высокой плотиной такого типа в мире. [5] [6] [7]
Каменно-насыпная плотина с бетонным фасадом (CFRD) представляет собой каменно-насыпную плотину с бетонными плитами на верхней стороне реки. Эта конструкция представляет собой бетонную плиту как непроницаемую стену, предотвращающую утечку, а также конструкцию, не подверженную воздействию подъемного давления. Кроме того, конструкция CFRD гибка с учетом топографии, ее можно построить быстрее и дешевле, чем земляные плотины. Концепция CFRD возникла во время Калифорнийской золотой лихорадки в 1860-х годах, когда горняки строили каменные плотины с деревянным фасадом для работы шлюзов . Позднее древесина была заменена бетоном, поскольку конструкция была применена к ирригационным и энергетическим схемам. По мере того, как в 1960-х годах конструкции из CFRD росли в высоту, засыпка уплотнялась, а горизонтальные и вертикальные швы плит были заменены улучшенными вертикальными швами. В последние несколько десятилетий дизайн стал популярен. [8]
Самая высокая CFRD в мире — плотина Шуйбуя высотой 233 м (764 фута) в Китае , построенная в 2008 году. [9]
Строительство плотины и заполнение водохранилища за ней создает новую тяжесть на дне и склонах долины. Напряжение воды линейно возрастает с глубиной. Вода также давит на верхнюю часть плотины, нежесткую конструкцию, которая под напряжением ведет себя полупластично и вызывает большую потребность в регулировке (гибкости) вблизи основания плотины, чем на более мелких уровнях воды. Таким образом, уровень напряжения плотины должен быть рассчитан до начала строительства, чтобы гарантировать, что порог уровня прорыва не будет превышен. [10]
Перекрытие или перелив насыпной плотины за пределы ее водосбросной способности приведет к ее возможному разрушению . Эрозия материала плотины из-за чрезмерного стока приведет к удалению масс материала, вес которого удерживает плотину на месте, противодействуя гидравлическим силам, действующим на перемещение плотины. Даже небольшой продолжительный поток может удалить тысячи тонн вскрышного грунта из массы плотины за считанные часы. Удаление этой массы выводит из равновесия силы, которые стабилизируют плотину относительно ее резервуара, поскольку масса воды, все еще находящаяся за плотиной, давит на облегченную массу насыпи, облегченную поверхностной эрозией. По мере того как масса плотины разрушается, сила, действующая со стороны водохранилища, начинает перемещать всю конструкцию. Насыпь, почти не имеющая упругой прочности, начнет распадаться на отдельные части, позволяя воде из водохранилища течь между ними, размывая и удаляя еще больше материала по мере прохождения. На заключительных стадиях разрушения оставшиеся части насыпи почти не окажут сопротивления потоку воды и продолжат разрушаться на все более и более мелкие участки земли или камня, пока не распадутся на густую взвесь земли, камней и воды.
Таким образом, требования безопасности к водосбросу высоки и требуют, чтобы он был способен сдерживать максимальную стадию паводка. Его спецификации обычно пишутся так, что он может выдержать как минимум столетнее наводнение. [11] В начале 21 века было разработано несколько систем защиты от насыпей и плотин. [12] Эти методы включают в себя бетонные системы защиты перекрытий, деревянные насыпи , шпунтовые сваи , каменную наброску и габионы , армированный грунт , плотины с минимальными потерями энергии , ступенчатые водосбросы для перелива насыпей и системы защиты из сборных бетонных блоков.
Все плотины склонны к просачиванию под плотину, но насыпные плотины также склонны к просачиванию через плотину; например, Усойская оползневая дамба пропускает 35-80 кубометров в секунду. Достаточно быстрая просачивание может привести к смещению частиц компонентов плотины, что приводит к более быстрой просачивании, которая превращается в неконтролируемую петлю обратной связи, которая может разрушить плотину в случае разрушения трубопровода. Поэтому мониторинг утечки является важным фактором безопасности. [13]
гн и строительство в Бюро мелиорации США