from 01.01.2016 until now
Voskresensk, Moscow, Russian Federation
GRNTI 02.01 Общие вопросы философии
GRNTI 06.01 Общие вопросы экономических наук
GRNTI 10.01 Общие вопросы
GRNTI 12.01 Общие вопросы науковедения
GRNTI 19.01 Общие вопросы изучения массовой коммуникации
GRNTI 27.01 Общие вопросы математики
GRNTI 28.01 Общие вопросы кибернетики
GRNTI 29.01 Общие вопросы физики
GRNTI 82.01 Общие вопросы организации и управления
GRNTI 83.01 Общие вопросы статистики
Hydraulic structures of the melioration complex currently require work on their reconstruction and modernization. The tasks in this area are very urgent and ambitious - bringing soil and reinforced concrete hydraulic structures into regulatory compliance to increase their reliability and efficiency in the private and public sectors of the economy. Each hydraulic structure is unique. Therefore, each of them, whose service life is more than 25 years, may have its own features and methods of their engineering resolution during reconstruction.
soil dam, hydraulic structure, filtration, pore pressure, stability, deformation
Введение. Современное проектирование грунтовых плотин сопряжено с углубленным анализом статической и динамической их работы. Создание математических моделей грунтовых плотин, использующих теорию пластичности, не учитывают влияние на деформируемость тела плотины продолжительности действия и скорости приложения нагрузки. На работу грунтовой плотины оказывает влияние фильтрационный поток, имеющий в начальный период эксплуатации ее неустановившийся характер. Расчет движения фильтрационного потока в теле плотины осложняется в силу некоторой неопределенности граничных условий и фильтрационной анизотропности свойств грунтов [1].
Грунтовые плотины являются довольно широко распространенным типом водоподпорных сооружений в различных климатических зонах. Их возведение приводит к образованию огромных водохранилищ, аварии которых могут иметь катастрофические последствия. Различия климатических, геологических, топографических, гидрогеологических, сейсмических условий определяют особенности конструкций этих сооружений.
При реконструкции существующих грунтовых плотин (увеличение зеркала водохранилища, подъем и уширение гребня плотины, устройства экрана и т.д.) весьма актуальным вопросом является оценка технического состояния. Эта оценка сопровождается изучением геологического строения основания, тела плотины и примыканий плеч плотины. При этом следует учитывать, что многие из них возводились без надлежащей проектной документации. Практика эксплуатации таких сооружений указывает на то, что они ненадежны и недолговечны.
Целью настоящей работы явилась оценка технического состояния существующей грунтовой плотины, анализ напряженно-деформируемого состояния ее, что позволило бы определить необходимый комплекс защитных мероприятий для обеспечения ее эксплутационной пригодности. Характеристика объекта и методика исследований.
Основная часть. Поставленная цель реализовывалась по существующей грунтовой плотине в с. Мамаевка Егорьевского района Московской области. Общее состояние этого гидротехнического сооружения требовало принятия ряда защитных мероприятий по усилению тела грунтовой плотины и повышению ее устойчивости.
Плотина возведена в 85-90 гг. По принятой в гидротехнике классификации рассматриваемая плотина грунтовая, насыпная, однородная, без ядра, экранов и диафрагм. По высоте гребня она относится к низким (Н < 25 м). Сведений о конструктивных особенностях плотины, методах ее возведения, составе грунтов в теле плотины, основании и примыкании плеч, способах уплотнения грунтов в теле плотины не имеется.
Приведенные обстоятельства существенным образом влияли на выбор методики исследований и анализ факторов, влияющих на работоспособность сооружения, выбор различных критериев оценки.
Для расчета устойчивости откосов требуется построение гидродинамической сетки движения фильтрационного потока и депрессионной поверхности; определение параметров фильтрационного потока; определение фильтрационных расходов через тело плотины. Этому этапу предшествует целый комплекс топогеодезических, инженерно- геологических, гидрогеологических, гидрологических и обмерочных работ.
Основное содержание исследований. Для образования тела плотины протяженностью около 100м был использован местный материал вблизи створа. Грунты тела плотины представлены желто-бурыми лесовидными супесями и легкими суглинками мощностью 12-14 м, подстилаемые на указанной глубине, по всей вероятности, отложениями каменноугольной системы. Промеры глубин водохранилища указывают на то, что максимальные глубины его приурочены к центральной части и не превышают 5-5,5 м. Ширина по гребню плотины составляет 6-10 м. Высота плотины со стороны нижнего бьефа составляет 12 м. Общий вид плотины приведен на рисунке 1.
|
Введение. Современное проектирование грунтовых плотин требует тщательного анализа как статической, так и динамической их работы. Математические модели плотин, основанные на теории пластичности, часто не учитывают влияние времени и скорости нагрузки на деформацию. Анализ фильтрационного потока, который в начале работы плотины имеет неустановившийся характер, также усложняется неопределённостью граничных условий и анизотропностью грунтовых свойств. Грунтовые плотины широко применяются в разных климатических зонах, создавая большие водохранилища, аварии с которыми могут брать катастрофические масштабы. Климатические, геологические и сейсмические условия существенно влияют на проектирование этих сооружений. При реконструкции плотин, таких как увеличение уровня воды или укрепление дамбы, важно оценить их техническое состояние, включая исследование геологического фундамента. Многие из этих сооружений были построены без надлежащей документации и часто оказываются ненадежными. Настоящая работа направлена на оценку состояния грунтовой плотины в с. Мамаевка, что дало возможность определить необходимые меры для улучшения её эксплуатационных характеристик. Плотина была построена в 1980-90-х годах и требует защиты для повышения своей устойчивости. Плотина была построена в период с 1985 по 1990 год. Согласно общепринятой классификации в гидротехнике, рассматриваемое сооружение является грунтовой, насыпной и однородной плотиной, не имеющей ядра, экранов и диафрагм. По высоте гребня она классифицируется как низкая (Н < 25 м). Информация о конструктивных особенностях плотины, способах её возведения, составе грунтов, на которых она покоится, а также о методах уплотнения грунта в её теле отсутствует. Эти факторы существенно оказали влияние на выбор подхода к исследованию и анализу условий, влияющих на функциональность сооружения, а также на отбор различных критериев оценки. Для расчета устойчивости откосов необходимо создать гидродинамическую сеть для движения фильтрационного потока и депрессионной поверхности, а также определить параметры самого потока и расчетные фильтрационные расходы через плотину. Предшествует этому обширный комплекс топогеодезических, инженерно-геологических, гидрогеологических и радометрических исследований. Основные результаты исследований показывают, что для формирования тела плотины длиной приблизительно 100 м использовался местный строительный материал. Грунты представлены желто-бурыми лесовидными супесями и легкими суглинками мощностью 12-14 м, которые, вероятно, закладываются на глубине каменноугольных отложений. Максимальная глубина водохранилища составляет 5-5,5 м, ширина по гребню – 6-10 м, при этом высота с нижнего бьефа достигает 12 м. Общий вид плотины доступен на рисунке 1. В ходе исследований и измерительных работ было выявлено, что как сверху, так и снизу плотины наблюдаются фильтрационные деформацииее конструкции. Это проявляется в форме фильтрационных выносов со стороны нижнего бьефа и размыва из-за волновых воздействий со стороны верхнего бьефа. Согласно наблюдениям, величина фильтрационного размыва составляет от 0,3 до 0,6 метра в год, что требует срочных мероприятий по укреплению верхнего склона. Угловое закладка нижнего склона плотины варьируется от 1 до 1,5. Практика строительства и проектирования земляных плотин из песчаных и глинистих грунтов показывает, что для таких висот нижний склон следует делать более пологим. Для анализа фильтрационного режима в грунтовых плотинах применяются как расчетные, так и экспериментальные методы. Расчетные методы подразделяются на гидравлические и механические. Гидравлический метод строится на использовании ряда упрощений, основанных на следующих принципах, изложенных ниже. А. Фильтрационный поток считается плавно изменяющимся, и криволинейные эквипотенциалы в однородной плотине можно заменить вертикальними линиями. Для анализа фильтрационного потока в двух вертикальних сечениях используется известная гидравлическая формула Дюпюи. В случае простейшего прямоугольного сечения кривая депрессии будет представлять собой кривую спада, а расход определяется выражением из работы [3]:
Авеличина потока, подвергающегося фильтрации, определяется по формуле:
Где L–расстояние между противоположными сечениями здачи, м. Б. При прохождении потока сквозь слои с различной проницаемостью можно ввести некоторые условные области фильтрации. В этом случае несколько вертикальних слоев различной толщины когут бать заменены на один слой с толщиной d (см. рис. 2б). Это же условие может быть использовано и для ряда горизонтальних слоев [4]. В. Верхняя часть плотины может быть представлена в виде эквивалентного прямоугольного массива (см. рис. 3). Если плотина и её основание обладают одинаковым фильтрационным коэффициентом, то ширину этого эквивалентного массива вэк с достаточной точностью можно принять равной 0,4 Н1, особенно при крутом верхнем откосе (m1< 2).
Г. Промежутки места фильтрационной активности ∆ в области низового клина ориентирвочно можно определить на основании работы[5].
Д. Форма поперечного сечения плотины определяется углом наклона верхнего и нижнего откосов, наличием платформ, а также отметкой и шириной её гребня. Отметка гребня устанавливается от нормального и повышенного уровня воды в водохранилище с учетом расчетных параметров ветровых волн и конструктивних особенностей самой плотины. Проект реконструкции плотины включает в себя укрепление откосов для защиты от воздействия волн. Укрепление выполняется в пределах зоны, где колеблется урівень воды. Верхняя граница основного укрепления, выполненного из бетонних или железобетонных плит, должна находиться на уровне наката, в то время как нижняя граница располагается ниже отметки УМО на расстоянии двух-трех висот волн. В качестве материала для наброски используется природный камень с высокой прочностью (δсж> 50 МПа, F > 50, γ = 24 кН/м3). Ранее проведенные расчеты устойчивости показали коэффициент 0,9-1. Для повышения устойчивости был предложен проект уголковой подпорной стенки с анкерними тягами. Заполнение откосов контрбанкетной подпорной стенки грунтом позволило звеличить заложение откоса со стороны нижнего бьефа. В числе защитных мероприятий также предусмотрено создание в центральной части плотины противофильтрационной грунтоцементной диафрагмы длиной 40 м с изменяющейся глубиной. При осуществлении геодезических работ на верхнем бьефе были произведены замеры дна, что позволило установить гипсометрические кривые и определить объем материалов, необходимых для восстановления откоса. Выводы. Полученные результаты исследований обеспечили болем обоснованную оценку состояния грунтовой плотины, на основании которой были разработаны и частино внедрены меры по повышению ее устойчивости. |
1. Sidorenko D. A., Kachaev A. E. BIM technologies in construction: what will happen next?. Ryazan: Ryazan Institute (branch) of the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "Moscow Polytechnic University". 2023. Pp. 490-492.
2. Talapov V.V. BIM Fundamentals: Introduction to Building Information Modeling. - Moscow: DMK Press, 2011. - 392 p.
3. Mozgolov M. V. On the issue of assessing the accuracy of solutions of finite element method models using the example of calculating a cantilever beam // System technologies. - 2024. - No. 1 (50). - Pp. 118-128.
4. Turapin S. S. Methodological recommendations on the rules for the operation of land reclamation systems and separately located hydraulic structures / S. S. Turapin, G. V. Olgarenko. - Kolomna: IP Vorobyov O. M., 2015. - 68 p.
5. Khitrov Ya. I. Use of BIM technologies for an industrial facility during the reconstruction of one of its existing production facilities // New Technologies. Science, Engineering, Pedagogics: Proceedings of the All-Russian scientific-practical conference, Moscow, February 19–26, 2024. – Moscow: Moscow Polytechnic, 2024. – Pp. 293–298.
6. Khitrov Ya. I. Application of a BIM model of an industrial facility during reconstruction of an existing production facility // Bulletin of the Kolomna Institute (branch) of the Moscow Polytechnic University: Collection of scientific papers. - Moscow: Moscow Polytechnic University, 2024. - Pp. 347-352.
7. Soroka V. V. Information modeling of buildings and structures as a tool for reducing the risks of investment construction // Bulletin of the Kolomna Institute (branch) of the Moscow Polytechnic University: Collection of scientific papers. - Moscow: Moscow Polytechnic University, 2024. - Pp. 341-346.
