Golire rapidă în trei etape¶
Fereastra Golire rapidă în trei etape verifică stabilitatea paramentului amonte al barajelor, digurilor și malurilor atunci când nivelul apei scade rapid. Metoda este cea a lui Duncan, Wright și Wong (1990), adoptată de manualul USACE EM 1110-2-1902.
Urmărește videoclipul
Această fereastră este explicată casetă cu casetă în capitolul "Golire rapidă" al tutorialului video Infiltrație, presiuni interstițiale și golire rapidă.
Versiune activată
Verificarea la golire rapidă în trei etape este disponibilă în versiunea activată a Slope. Un proiect cu golirea rapidă activă, deschis în versiunea neactivată, este calculat fără golire.
De ce golirea rapidă este critică¶
Cu lacul plin, apa împinge pe paramentul amonte și îl susține. Când lacul este coborât rapid, această susținere dispare, dar terenul paramentului rămâne saturat: în materialele puțin permeabile apa nu are timp să iasă. Terenul răspunde în condiții nedrenate, cu o rezistență care depinde de eforturile atinse cu lacul plin. Pentru paramentul amonte aceasta este de obicei condiția cea mai severă.
Nu este suficient să cobori pânza freatică și să faci un calcul drenat: un astfel de calcul ignoră răspunsul nedrenat al terenului. Metoda în trei etape ține cont de el.
Metoda: trei etape¶
Pentru fiecare suprafață calculul fâșiilor se repetă de trei ori.
Etapa 1 – lac plin. Pânza freatică activă (și grila de presiuni interstițiale, dacă există, de exemplu din infiltrație), parametri drenați c', φ'. Din soluție Slope obține, pentru fiecare fâșie, eforturile de consolidare pe planul de rupere:
Etapa 2 – după golire, nedrenat. Pânza freatică după golire. În materialele cu drenaj împiedicat rezistența este nedrenată (φ = 0) și este egală cu τff, interpolată în funcție de raportul de consolidare (Kc) între două înfășurătoare:
- înfășurătoarea pentru Kc = 1 (consolidare izotropă): intercepta d și unghiul ψ, din încercări triaxiale consolidate nedrenate (CU);
- înfășurătoarea pentru Kc = Kf (consolidare la rupere): înfășurătoarea efectivă c', φ'.
Celelalte materiale păstrează c', φ', cu presiunile interstițiale ale pânzei freatice după golire.
Etapa 3 – rezistență drenată acolo unde este mai mică. În fâșiile în care rezistența drenată, calculată cu eforturile normale din etapa 2, este mai mică decât τff, se folosește rezistența drenată și suprafața se calculează din nou.
Factorul de siguranță al suprafeței este minimul dintre etapa 2 și etapa 3. Dacă deja F1 < 1, taluzul este instabil cu lacul plin, iar rezultatul este F1.
Pas cu pas¶
Exemplul este modelul Baraj din pământ cu valorile implicite, cu grila din infiltrație activă și numai cu pânza freatică 1 (lac plin la cota 58,5 m).
-
Fila PÂNZĂ FREATICĂ → grupul Presiuni interstițiale → Golire rapidă. Se deschide fereastra Golire rapidă în trei etape; sus este descrierea metodei.
-
Bifează Calculează stabilitatea la golire rapidă (trei etape). De acum F5 și Recalculează folosesc metoda în trei etape.
-
Pânza freatică înainte și după golire. Pânza freatică înainte de golire este întotdeauna cea activă. Pentru pânza freatică după golire ai două căi:
- alegi o altă pânză freatică deja desenată în lista Nivelul apei după golire;
- sau scrii o cotă în Sau creează nivelul apei după golire coborând nivelul activ până la cota și apeși Creează: Slope creează o pânză freatică nouă, egală cu cea activă, tăiată la acea cotă, și o selectează ca pânză freatică după golire.
Dacă proiectul are numai pânza freatică activă, lista afișează Niciun alt nivel al apei: creați-l mai jos cu Creează. Cota propusă este punctul cel mai de jos al profilului terenului.
Cotele sunt absolute, ca în restul proiectului. În exemplu baza barajului este la 50 m: scrie 51 (1 m de apă deasupra bazei, lac aproape gol) și apasă Creează. În listă apare P.F. 2. Când redeschizi fereastra, câmpul cotei arată nivelul folosit la ultimul Creează.
-
Materiale. Un rând pentru fiecare strat:
Coloană Semnificație Drenaj împiedicat (permeabilitate redusă) materialul nu drenează în timpul golirii: folosește rezistența nedrenată din etapa 2 d [kPa], ψ [grade] înfășurătoarea pentru Kc = 1 din încercări CU: τff = d + σ'fc·tan ψ c', φ' [grade] parametrii efectivi ai stratului, cu gri: citiți din Caracteristici geotehnice, dau înfășurătoarea pentru Kc = Kf Slope propune Drenaj împiedicat pentru materialele permeabile cu kh ≤ 1E-6 m/s (permeabilitatea din infiltrație), d = c' și ψ = φ'/2. Sunt valori de pornire: înlocuiește-le cu rezultatele încercărilor. În exemplu corpul barajului (kh = 1E-7) are drenaj împiedicat cu d = 5 kPa și ψ = 15°; fundația și substratul rămân drenate.
-
Apasă OK. Lista Pânză freatică din fila PÂNZĂ FREATICĂ conține acum pânzele freatice 1 și 2; cea activă este tot 1 (lac plin).
- Apasă F5 (CALCUL → Executie analiză). Slope repetă cele trei etape pentru fiecare suprafață din rețea.
- Redeschide Golire rapidă ca să citești rezultatele suprafeței critice (vezi mai jos).
Rezultate¶
În partea de jos a ferestrei:
Ultimul calcul, suprafața critică: F1 (lac plin) = 2.789, F2 (nedrenat) = 1.217, F3 (drenat unde e mai mic) = -, Fs = 1.217. Fâșii cu drenaj împiedicat: 7, trecute la rezistența drenată: 0.
| Valoare | Semnificație | Exemplu |
|---|---|---|
| F1 (lac plin) | factorul de siguranță din etapa 1 pe suprafața critică | 2,789 |
| F2 (nedrenat) | etapa 2, după golire, cu rezistență nedrenată | 1,217 |
| F3 (drenat unde e mai mic) | etapa 3; "-" înseamnă că nicio fâșie nu a trecut la rezistența drenată, deci etapa 3 nu a fost necesară | - |
| Fs | minimul dintre etapa 2 și etapa 3: rezultatul verificării | 1,217 |
| Fâșii cu drenaj împiedicat | fâșiile suprafeței care se află în materiale cu drenaj împiedicat | 7 |
| trecute la rezistența drenată | fâșiile în care etapa 3 a folosit rezistența drenată | 0 |
Suprafața critică se mută pe paramentul amonte (centru 65,35; 84,07, R = 34,42 m): în modelul Baraj din pământ factorul de siguranță scade de la 1,36 (lac plin, suprafața critică în aval) la 1,22 după golirea rapidă. F1 = 2,789 arată că, cu lacul plin, aceeași suprafață din amonte este foarte sigură: golirea este cea care o face critică.
Aceleași valori sunt în raportul de calcul, cu descrierea metodei și pânzele freatice înainte și după golire. Suprafețele pentru care o etapă nu are o soluție valabilă (metodă neconvergentă sau soluție numerică fără sens fizic) sunt eliminate și nu participă la căutarea minimului.
Pentru a reveni la calculul normal (lac plin), debifează caseta de la pasul 2 și apasă OK.
Golire rapidă instantanee și pânză freatică coborâtă¶
| Calcul | Ce face | Când îl folosești |
|---|---|---|
| Metoda în trei etape (această fereastră) | rezistență nedrenată în materialele cu drenaj împiedicat, din eforturile cu lacul plin | verificarea barajelor, digurilor și malurilor |
| Golire rapidă (instantanee) (meniul butonului de recalculare din panoul Recalculează) | recalculează o suprafață ca și cum apa exterioară ar fi îndepărtată dintr-odată: fâșiile submerse înainte folosesc greutatea saturată, fără împingerea apei exterioare, și păstrează presiunile interstițiale ale pânzei freatice; nu face distincție între materiale drenate și nedrenate | verificare rapidă, foarte acoperitoare, a unei singure suprafețe |
| Pânză freatică coborâtă (pânza freatică după golire devenită activă, calcul normal) | calcul drenat cu nivelul final | condiția pe termen lung, golire lentă; nu reprezintă golirea rapidă |
Metoda instantanee nu se poate combina cu metoda în trei etape: când metoda în trei etape este activă, cea instantanee este exclusă.
Validare¶
Metoda a fost comparată cu un caz de referință publicat: barajul zonat Johnson Reservoir, cu nucleu de argilă, golire de la 48,77 m la 30,48 m (raportul de validare și fișierele în dosarul Examples\Seepage and Pore Pressures\Johnson Reservoir al Slope). Nucleu cu drenaj împiedicat, d = 11,97 kPa și ψ = 14°.
| Pe cercul de referință, metoda Spencer | F1 | F2 = Fs |
|---|---|---|
| Slope | 1,922 | 1,382 |
| Soluția publicată | 2,05 | 1,31 |
| Calcul Bishop independent (lac plin) | 1,93 | — |
F1 concordă cu calculul independent. Diferența la F2 provine în principal din presiunile interstițiale din etapa 2: soluția publicată le obține dintr-un calcul de infiltrație nestaționară, Slope din pânza freatică după golire (ipoteza uzuală pentru materialele drenante; în materialele nedrenate, cu φ = 0, presiunea interstițială nu intervine). Ca în soluția publicată, etapa 3 nu reduce rezultatul.
Bibliografie¶
- Duncan J.M., Wright S.G., Wong K.S. (1990). Slope stability during rapid drawdown. Proceedings of the H. Bolton Seed Memorial Symposium, Vol. 2, 253-272.
- Duncan J.M., Wright S.G., Brandon T.L. (2014). Soil Strength and Slope Stability, 2nd ed. Wiley.
- U.S. Army Corps of Engineers (2003). Slope Stability, EM 1110-2-1902.
©Geostru