Анализ работоспособности грунтовой плотины в криолитозоне | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №11 (115) июнь-1 2016 г.

Дата публикации: 27.05.2016

Статья просмотрена: 27 раз

Библиографическое описание:

Соколов Б. В., Агишев К. Н., Чернышев Д. А. Анализ работоспособности грунтовой плотины в криолитозоне // Молодой ученый. — 2016. — №11. — С. 473-479. — URL https://moluch.ru/archive/115/30595/ (дата обращения: 20.10.2018).

 

Необходимым конструктивным элементом для водохозяйственного использования рек являются водоподпорные гидротехнические сооружения или плотины. Как показывает практика [1, 2], в условиях криолитозоны наиболее целесообразным типом водоподпорного сооружения являются грунтовые плотины. Они могут быть разделены на две основные группы: плотины с мерзлотной завесой (не фильтрующие) и плотины без мерзлотной завесы (талые или фильтрующие) [1].

Часто по геологическим и другим особенностям района строительства приходится пересматривать известную технологию работ, создавать новые конструкции и организацию возведения, особенно напорных гидротехнических сооружений.

Надежности и безопасности напорных сооружений, и в частности плотин, во многом способствует качественно выполненные противофильтрационные завесы в вечномерзлых основаниях.

  1.                Постановка задачи.

Практика гидротехнического строительства показывает, что строительство крупных гидротехнических сооружений в условиях вечной мерзлоты возможно. Однако при этом особое внимание должно быть уделено фильтрационному и температурному режимам системы грунтовая плотина — основание, изменения которых, в основном, являются причиной аварийных ситуаций. Это устанавливает повышенные требования к конструкциям и качеству противофильтрационного элемента, а также требует дополнительных исследований и совершенствования методов решения фильтрационно-температурных задач.

  1.                Описание исследования.

Как известно, основным фактором, влияющим на устойчивость и сохранение работоспособности грунтовых плотин в криолитозоне, является их температурно-влажностный режим или их геокриологическое состояние. При проектировании принимается один из принципов строительства [6]:

  1.                Сохранение вечномерзлого состояния грунта при строительстве и эксплуатации;
  2.                Допущение использования естественных талых или оттаивание грунтов основания в ходе строительства и эксплуатации плотины на определенную глубину.

Плотина согласно проекту мерзлого типа, расположена на мерзлом основании. Мощность многолетнемерзлых пород около 230 м. Температура грунтов на глубине нулевых амплитуд минус 5-7ºС [3, 4].

В теле плотины наблюдалось постепенное повышение температур от правобережной части к левобережной, эта тенденция была подтверждена результатами работ, проведенных в предаварийный период 2012 г. [5].

Большая часть плотины от правого берега до дамбы-шпоры водозаборного узла сложена многолетнемерзлыми грунтами сливающегося типа и характеризуется температурами грунтов от минус 5ºС до минус 1ºС в верхней части разреза ниже сезонно-талого слоя и от минус 1,4ºС до минус 0,6ºС на глубине 20 м. Температура грунтов равномерно повышается по направлению от правого берега плотины к левому. Около оси заложения трубы для пропуска строительных расходов на глубинах 4–9 м (абсолютные отметки 44–49 м) зафиксированы повышенные температуры грунтов в диапазоне минус 0,2–0,4 ºС. Так же участок многолетнемерзлых грунтов сливающегося типа вскрыт у левого берега плотины правее поверхностного водосброса. Температуры грунтов на этом участке составляют от минус 2,6–2,4 ºС в верхней части разреза, до минус 0,1–0,3 ºС на глубинах 15–20 м.

Грунты основания за пределами зоны разуплотнения находятся в многолетнемерзлом состоянии, четвертичные отложения льдонасыщены, льдистые, реже — сильно льдистые; сланцы юрско-меловой системы — слабольдистые.

Грунты слоя сезонного промерзания и оттаивания представлены насыпными, преимущественно щебенистыми и дресвяными грунтами с суглинисто-супесчаным заполнителем и суглинками дресвяными и щебенистыми. Грунты сезонного слоя находятся в мерзлом состоянии. Толщина сезонного слоя изменяется от 3,0 до 3,7 м. При промерзании по степени морозной пучинистости грунты сезонного слоя относятся к среднепучинистым.

Наиболее фильтрующими являются насыпные техногенные грунты на контакте с грунтами основания, представленным выветрелыми трещиноватыми коренными породами или аллювиальными отложениями, находящимися в талом состоянии.

Подземные воды вскрыты в талых аллювиальных галечниковых грунтах на глубинах порядка 16–18 м. Воды напорные, установившийся уровень подземных вод соответствует абсолютным отметкам 40,01–40,51 м.

Воды пресные, химический состав — гидрокарбонатно-хлоридно-натриево-магниевый с минерализацией 0,6 г/л.

Коррозионная агрессивность грунтов плотины по отношению к свинцу средняя и высокая, к алюминию — средняя, к стали — средняя и высокая, к бетону грунты неагрессивны.

Результаты опробования скважин.

Было выполнено 11 экспресс-наливов в скважины, расположенные на гребне плотины и на берме со стороны нижнего бьефа. При проведении испытаний применялись автоматические датчики давления, позволявшие проследить ход восстановления уровня воды в скважине непрерывно.

Коэффициенты фильтрации по 11 опробуемым скважинам, полученные при интерпретации экспресс-опробований по методу Hvorslev, приведены в таблице 1, исходные расчетные графики — на рис. 4.2–4.10.

 

Таблица 1

Результаты фильтрационных испытаний

 скважины

Коэффициент фильтрации, м/сут

1

1.17

2

4.26

5

1.41

6

1.60

7

4.80

8

2.43

9

4.83∙10–3

10

1.00

11

0.10

 

Индикаторные графики изменения уровней при обработке экспресс-наливов с результатами работы программы ANSDIMAT представлены на рисунках 1-9.

Рис. 1. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине № 1 при экспресс-наливе

 

Рис. 2. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине№ 2 при экспресс-наливе

 

Рис. 3. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине № 5 при экспресс-наливе

 

Рис. 4. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине № 6 при экспресс-наливе

 

Рис. 5. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине № 7 при экспресс-наливе

 

Рис. 6. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине № 8 при экспресс-наливе

 

Рис. 7. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине № 9 при экспресс-наливе

 

Рис. 8. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине № 10 при экспресс-наливе

 

Рис. 9. График временного прослеживания восстановления уровня воды в скважине № 11

 

Таким образом, в результате проведенных экспресс-опробований и обработки данных определены фильтрационные характеристики грунтов. Коэффициенты фильтрации разуплотненных талых грунтов изменяются от 1,17 до 4,8 м/сут, суглинков — от 1,41∙10–3 до 4,83∙10–3 м/сут.

С помощью цементации производится заполнение имеющихся в грунте пустот, в результате чего снижается расход и скорость фильтрации воды. При снижении расходов и скоростей фильтрации:

−                    создаются условия, позволяющие переморозить фильтрующий талик;

−                    повышается суффозионная устойчивость грунтов в районе фильтрующего талика;

−                    уменьшается тепловой поток в мерзлый массив на границе с мерзлыми породами, и соответственно уменьшается скорость деградации мерзлоты.

  1.                Заключение.

Анализируя полученные данные можно сделать следующие выводы:

  1.                Плотина находится в аварийном состоянии;
  2.                Требуется цементационная завеса в местах ослабления грунтовой плотины и восстановление несущей способности по результатам ранее проведенных геофизических, геологических и гидрогеологических изысканий.

 

Литература:

 

  1.                Гольдин А. Л., Рассказов Л. Н. Проектирование грунтовых плотин: 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во АСВ, 2001. 375 с.
  2.                Куперман В. Л., Мызников Ю. Н., Торопов Л. Н. Гидроэнергетическое строительство на Севере. М.: Энергоатомиздат, 1987. 303 с.
  3.                Документация о ремонте плотины после аварии 1970 г.
  4.                Проектная документация строительства плотины «Дальстройпроекта» 1964–1969 гг.
  5.                Проект капитального ремонта плотины ОАО «Фундаментпроект» 2011 г.
  6.                СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечно мерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04–88 — М., 2012.
Основные термины (генерируются автоматически): временное прослеживание восстановления уровня воды, скважина, температура грунтов, коэффициент фильтрации, грунт, минус, Плотина, график, грунтовая плотина, мерзлотная завеса.


Похожие статьи

Учет нормального давления при расчете горизонтальных...

где коэффициент фильтрации грунта тела плотины

коэффициент фильтрации грунта, м/с; высота плотины, м; глубина воды в верхнем бьефе, м; ордината депрессионной кривой в сечении 1–1, м

Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия)

Вследствие изменения температуры поверхности грунтов в сторону потепления

В качугской степи через буровую скважину получили воду из-под

В 1941 г. на базе экспедиции Института мерзлотоведения была организована в Якутске научно-исследовательская мерзлотная...

Специфика строительства земляного полотна в условиях вечной...

По определению, мерзлыми грунтами считаются любые породы с нулевой или отрицательной температурой и содержащие лед.

А высокие насыпи, которые создают теплоизоляцию, приводят к увеличению уровня вечной мерзлоты.

Способы возведения первичной дамбы обвалования...

Технология строительства ограждающих дамб по вариантам № 2 и № 3, предусматривающая доставку грунта из карьера непосредственно к месту

где — слой хвостов, намываемых в год на начальном этапе намыва карт, м/год; — рост уровня воды в хвостохранилище в год, м...

Анализ и оценка скорости фильтрационных процессов при...

Результаты исследований процесса фильтрации в теле грунтовой плотины и её химическое влияние на пьезометры. Исследование фильтрационных свойств тампонажных растворов. Подача бетонной смеси на высоту при отрицательных температурах.

Стабилизация грунтов методом использования... | Молодой ученый

Добиться устойчивой гидрофобизации грунтов довольно сложно, так как через некоторое время гидрофильность грунтов восстанавливается.

График зависимости свойств стабилизированных грунтов от содержания гидрофобной (1) и негашеной извести (2).

Технология защиты земляных сооружений от разрушающих...

Ключевые слова: вечномерзлый грунт, земляное полотно, охлаждающая

Из-за поднятия уровня воды в реках было размыто множество участков автомобильных и железных дорог.

- 177 с. 4. Минайлов, Г.П. Способы понижения температуры вечномерзлых грунтов на...

Моделирование распределения температурных полей и процесса...

Суть задачи заключается в компьютерном моделировании процессов распределения положительной температуры бетонной смеси в грунте, имеющем отрицательную температуру с целью получения графика распределения температуры бетонной смеси в различные...

Контроль над изменением свойств почв и режима грунтовых вод...

Грунтовые воды и почвы характеризуются высоким содержанием солей, помимо этого последние также солонцеватые.

Временные гидромелиоративные работы для ускорения мелиорирования почв и предотвращения процессов вторичной деградации: открытый дренаж...

Учет нормального давления при расчете горизонтальных...

где коэффициент фильтрации грунта тела плотины

коэффициент фильтрации грунта, м/с; высота плотины, м; глубина воды в верхнем бьефе, м; ордината депрессионной кривой в сечении 1–1, м

Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия)

Вследствие изменения температуры поверхности грунтов в сторону потепления

В качугской степи через буровую скважину получили воду из-под

В 1941 г. на базе экспедиции Института мерзлотоведения была организована в Якутске научно-исследовательская мерзлотная...

Специфика строительства земляного полотна в условиях вечной...

По определению, мерзлыми грунтами считаются любые породы с нулевой или отрицательной температурой и содержащие лед.

А высокие насыпи, которые создают теплоизоляцию, приводят к увеличению уровня вечной мерзлоты.

Способы возведения первичной дамбы обвалования...

Технология строительства ограждающих дамб по вариантам № 2 и № 3, предусматривающая доставку грунта из карьера непосредственно к месту

где — слой хвостов, намываемых в год на начальном этапе намыва карт, м/год; — рост уровня воды в хвостохранилище в год, м...

Анализ и оценка скорости фильтрационных процессов при...

Результаты исследований процесса фильтрации в теле грунтовой плотины и её химическое влияние на пьезометры. Исследование фильтрационных свойств тампонажных растворов. Подача бетонной смеси на высоту при отрицательных температурах.

Стабилизация грунтов методом использования... | Молодой ученый

Добиться устойчивой гидрофобизации грунтов довольно сложно, так как через некоторое время гидрофильность грунтов восстанавливается.

График зависимости свойств стабилизированных грунтов от содержания гидрофобной (1) и негашеной извести (2).

Технология защиты земляных сооружений от разрушающих...

Ключевые слова: вечномерзлый грунт, земляное полотно, охлаждающая

Из-за поднятия уровня воды в реках было размыто множество участков автомобильных и железных дорог.

- 177 с. 4. Минайлов, Г.П. Способы понижения температуры вечномерзлых грунтов на...

Моделирование распределения температурных полей и процесса...

Суть задачи заключается в компьютерном моделировании процессов распределения положительной температуры бетонной смеси в грунте, имеющем отрицательную температуру с целью получения графика распределения температуры бетонной смеси в различные...

Контроль над изменением свойств почв и режима грунтовых вод...

Грунтовые воды и почвы характеризуются высоким содержанием солей, помимо этого последние также солонцеватые.

Временные гидромелиоративные работы для ускорения мелиорирования почв и предотвращения процессов вторичной деградации: открытый дренаж...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Учет нормального давления при расчете горизонтальных...

где коэффициент фильтрации грунта тела плотины

коэффициент фильтрации грунта, м/с; высота плотины, м; глубина воды в верхнем бьефе, м; ордината депрессионной кривой в сечении 1–1, м

Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия)

Вследствие изменения температуры поверхности грунтов в сторону потепления

В качугской степи через буровую скважину получили воду из-под

В 1941 г. на базе экспедиции Института мерзлотоведения была организована в Якутске научно-исследовательская мерзлотная...

Специфика строительства земляного полотна в условиях вечной...

По определению, мерзлыми грунтами считаются любые породы с нулевой или отрицательной температурой и содержащие лед.

А высокие насыпи, которые создают теплоизоляцию, приводят к увеличению уровня вечной мерзлоты.

Способы возведения первичной дамбы обвалования...

Технология строительства ограждающих дамб по вариантам № 2 и № 3, предусматривающая доставку грунта из карьера непосредственно к месту

где — слой хвостов, намываемых в год на начальном этапе намыва карт, м/год; — рост уровня воды в хвостохранилище в год, м...

Анализ и оценка скорости фильтрационных процессов при...

Результаты исследований процесса фильтрации в теле грунтовой плотины и её химическое влияние на пьезометры. Исследование фильтрационных свойств тампонажных растворов. Подача бетонной смеси на высоту при отрицательных температурах.

Стабилизация грунтов методом использования... | Молодой ученый

Добиться устойчивой гидрофобизации грунтов довольно сложно, так как через некоторое время гидрофильность грунтов восстанавливается.

График зависимости свойств стабилизированных грунтов от содержания гидрофобной (1) и негашеной извести (2).

Технология защиты земляных сооружений от разрушающих...

Ключевые слова: вечномерзлый грунт, земляное полотно, охлаждающая

Из-за поднятия уровня воды в реках было размыто множество участков автомобильных и железных дорог.

- 177 с. 4. Минайлов, Г.П. Способы понижения температуры вечномерзлых грунтов на...

Моделирование распределения температурных полей и процесса...

Суть задачи заключается в компьютерном моделировании процессов распределения положительной температуры бетонной смеси в грунте, имеющем отрицательную температуру с целью получения графика распределения температуры бетонной смеси в различные...

Контроль над изменением свойств почв и режима грунтовых вод...

Грунтовые воды и почвы характеризуются высоким содержанием солей, помимо этого последние также солонцеватые.

Временные гидромелиоративные работы для ускорения мелиорирования почв и предотвращения процессов вторичной деградации: открытый дренаж...

Учет нормального давления при расчете горизонтальных...

где коэффициент фильтрации грунта тела плотины

коэффициент фильтрации грунта, м/с; высота плотины, м; глубина воды в верхнем бьефе, м; ордината депрессионной кривой в сечении 1–1, м

Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия)

Вследствие изменения температуры поверхности грунтов в сторону потепления

В качугской степи через буровую скважину получили воду из-под

В 1941 г. на базе экспедиции Института мерзлотоведения была организована в Якутске научно-исследовательская мерзлотная...

Специфика строительства земляного полотна в условиях вечной...

По определению, мерзлыми грунтами считаются любые породы с нулевой или отрицательной температурой и содержащие лед.

А высокие насыпи, которые создают теплоизоляцию, приводят к увеличению уровня вечной мерзлоты.

Способы возведения первичной дамбы обвалования...

Технология строительства ограждающих дамб по вариантам № 2 и № 3, предусматривающая доставку грунта из карьера непосредственно к месту

где — слой хвостов, намываемых в год на начальном этапе намыва карт, м/год; — рост уровня воды в хвостохранилище в год, м...

Анализ и оценка скорости фильтрационных процессов при...

Результаты исследований процесса фильтрации в теле грунтовой плотины и её химическое влияние на пьезометры. Исследование фильтрационных свойств тампонажных растворов. Подача бетонной смеси на высоту при отрицательных температурах.

Стабилизация грунтов методом использования... | Молодой ученый

Добиться устойчивой гидрофобизации грунтов довольно сложно, так как через некоторое время гидрофильность грунтов восстанавливается.

График зависимости свойств стабилизированных грунтов от содержания гидрофобной (1) и негашеной извести (2).

Технология защиты земляных сооружений от разрушающих...

Ключевые слова: вечномерзлый грунт, земляное полотно, охлаждающая

Из-за поднятия уровня воды в реках было размыто множество участков автомобильных и железных дорог.

- 177 с. 4. Минайлов, Г.П. Способы понижения температуры вечномерзлых грунтов на...

Моделирование распределения температурных полей и процесса...

Суть задачи заключается в компьютерном моделировании процессов распределения положительной температуры бетонной смеси в грунте, имеющем отрицательную температуру с целью получения графика распределения температуры бетонной смеси в различные...

Контроль над изменением свойств почв и режима грунтовых вод...

Грунтовые воды и почвы характеризуются высоким содержанием солей, помимо этого последние также солонцеватые.

Временные гидромелиоративные работы для ускорения мелиорирования почв и предотвращения процессов вторичной деградации: открытый дренаж...

Задать вопрос