с 01.01.2016 по настоящее время
Воскресенск, г. Москва и Московская область, Россия
ГРНТИ 02.01 Общие вопросы философии
ГРНТИ 06.01 Общие вопросы экономических наук
ГРНТИ 10.01 Общие вопросы
ГРНТИ 12.01 Общие вопросы науковедения
ГРНТИ 19.01 Общие вопросы изучения массовой коммуникации
ГРНТИ 27.01 Общие вопросы математики
ГРНТИ 28.01 Общие вопросы кибернетики
ГРНТИ 29.01 Общие вопросы физики
ГРНТИ 82.01 Общие вопросы организации и управления
ГРНТИ 83.01 Общие вопросы статистики
Гидротехнические сооружения мелиоративного комплекса в настоящее время требуют работ по их реконструкции и модернизации. Задачи в этой области стоят весьма актуальные и амбициозные – приведение в нормативное соответствие грунтовых и железобетонных гидроузлов для повышения уровня их надежности и эффективности работы на частный и государственный сектор экономики. Каждое гидротехническое сооружение уникально. Следовательно, у каждого из них, у кого срок эксплуатации более 25 лет при реконструкции могут возникать свои особенности и методы их инженерного разрешения.
грунтовая плотина, гидротехническое сооружение, фильтрация, поровое давление, устойчивость, деформация
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. Сидоренко Д. А., Качаев А. Е. BIM-технологии в строительстве: что будет дальше? // Новые технологии в учебном процессе и производстве: Материалы XXI Международной научно-технической конференции, посвящённой 35-летию полета орбитального корабля-ракетоплана многоразовой транспортной космической системы "Буран", Рязань, 12–14 апреля 2023 года / Под редакцией А.Н. Паршина. – Рязань: Рязанский институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Московский политехнический университет", 2023. – С. 490-492.
2. Талапов В.В. Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий. - Москва: ДМК Пресс, 2011. - 392 с.
3. Мозголов М. В. К вопросу оценки точности решений моделей метода конечных элементов на примере расчета консольной балки // Системные технологии. – 2024. – № 1(50). – С. 118-128.
4. Турапин С. С. Методические рекомендации по правилам эксплуатации мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений / С. С. Турапин, Г. В. Ольгаренко. – Коломна: ИП Воробьев О.М., 2015. – 68 с.
5. Хитров, Я. И. Использование BIM-технологий для объекта промышленного назначения при реконструкции одного из его действующих производств / Я. И. Хитров, А. Е. Качаев // Новые технологии. Наука, техника, педагогика = New Technologies. Science, Engineering, Pedagogics : Материалы Всероссийской научно-практической конференции = Proceedings of the All-Russian scientific-practical conference, Москва, 19–26 февраля 2024 года. – Москва: Московский Политех, 2024. – С. 293-298.
6. Хитров, Я. И. Применение BIM-модели объекта промышленного назначения при реконструкции действующего производства / Я. И. Хитров, А. Е. Качаев // Вестник Коломенского института (филиала) Московского политехнического университета: Сборник научных трудов. – Москва: Московский политехнический университет, 2024. – С. 347-352.
7. Сорока, В. В. Информационное моделирование зданий и сооружений как инструмент снижения рисков инвестиционного строительства / В. В. Сорока, А. Е. Качаев // Вестник Коломенского института (филиала) Московского политехнического университета: Сборник научных трудов. – Москва: Московский политехнический университет, 2024. – С. 341-346.
