Автор: Иванов Владимир Валерьевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №22 (126) ноябрь 2016 г.

Дата публикации: 07.11.2016

Статья просмотрена: 10 раз

Библиографическое описание:

Иванов В. В. Анализ и оценка скорости фильтрационных процессов при возможных повреждениях противофильтрационной завесы бетонной плотины // Молодой ученый. — 2016. — №22. — С. 35-40.



В статье рассматривается возможность математического моделирования фильтрации под плотиной на скальном основании с учетом повреждений в противофильтрационной завесе. Приведены примеры для расчета фильтрации подземного контура плотины с неоднородно проницаемой завесой и под плотиной с водопроницаемой противофильтрационной завесой.

Ключевые слова: фильтрация, гидротехническое сооружение, плотина, цементационная завеса

В процессе эксплуатации может происходить формирование в противофильтрационной цементационной завесе различных повреждений (к примеру, при процессе выщелачивания солей из загипсованных массивов) из-за деформаций основания плотины. К тому же, в период строительства могут происходить повреждения в завесе по причине некачественного ее устройства, равно как в результате воздействия на материал цементационной завесы температурно-усадочных напряжений.

При выполнении расчета фильтрации под плотиной в качестве возможных повреждений рассмотрим следующие три вида:

При расчете фильтрации под плотиной рассмотрим в качестве возможных повреждений три вида:

а) горизонтальные трещины в противофильтрационной завесе при значительном расстоянии между собой (l05b0, где l0 расстояние между трещинами, b0 — ширина условной зоны до вертикальной линии равного напора вблизи завесы с трещиной);

б) горизонтальные трещины в противофильтрационной завесе при близком их расположении (l05b0);

в) вертикальные трещиныв противофильтрационной завесе;

г) произвольноориентированные трещины в противофильтрационной завесе;

д) одиночные повреждения — окна незначительных размеров.

Расчетная схема бетонной плотины с завесой и вертикальным дренажом, имеющая повреждения с повреждениями в завесе,приведена на рисунке 1. Материал завесы считаем водопроницаемым.

Параметры сквозных трещин в завесе могут изменяться от 1 мм до 3–5 см, т. е. их можно считать достаточно тонкими. Движение потока в трещинах будем предполагать, что является ламинарным и подчиняется закону Дарси. Поэтому для оценки их водопроницаемости воспользуемся теоретическими Ю. М. Косиченко [2, с.32] для пленочных экранов и экспериментально-теоретическими зависимостями Г. М. Ломизе [3, с.110] для трещин в бетоне.

При выделении фрагмента области фильтрации в месте трещины в завесе (рисунок 1), которая включает собственно трещину в завесе, входной и выходной участки основания между условной вертикальной линией равного напора и завесой, имеем следующие расчетные зависимости удельного фильтрационного расхода:

Рис. 1. Расчетная схема плотины с трещинами в противофильтрационой завесе: 1 — горизонтальные сквозные трещины; 2 — условные вертикальные линии равного напора вблизи завесы

через горизонтальную непрерывную трещину с гладкими стенками при далеком расположении их между собой (l05b0)

qтр(1)

через горизонтальную непрерывную трещину с шероховатыми стенами (при l05b0)

qтр(2)

через горизонтальную непрерывную трещину с гладкими стенками (при l05b0)

qтр(3)

через горизонтальную непрерывную трещину с шероховатыми стенками (при l05b0)

qтр.(4)

Полный расход фильтрационного потока через вертикальную или произвольноориентированную трещину ограниченной длины (lтр) можно вычислить, используя формулы:

с гладкими стенками

Qтр(5)

с шероховатыми стенками

Qтр(6)

Полный расход фильтрационного потока через повреждение — окно значительных размеров, приведенное к окружности радиуса r0:

(7)

В изложенных зависимостях:  — динамическая вязкость воды;r0 — приведенный радиус повреждения-окна в завесе;k — коэффициентфильтрации скального трещиноватогооснования; l0 — расстояние между трещинами; h1 и h2 — напоры на линиях равного напора вблизи завесы, соответственно перед и за ней (рисунок 1); е — высота выступов шероховатости трещины в завесе; тр — ширина раскрытия трещины в завесе;  — удельный вес воды; b0 — ширина зоны между линией равного напора и завесой; b — ширина противофильтрационной завесы; lтр — длина трещины.

Таким образом, для фильтрационного расчета подземного контура плотины с неоднородно проницаемой завесой необходимо перейти к условию однородной по водопроницаемости завесе, которая характеризуются осредненным коэффициентом фильтрации, его можноопределить по следующей общей формуле [2, с.45]

,(8)

где Qпфз — общий фильтрационный расход через п повреждений завесы на площади Fпфз;

Qi — единичный расход через отдельное повреждение;

Fпфз — рассматриваемая площадь вертикальной поверхности завесы;

Fпфз = S.Lпфз

Для условий плоской задачи (при Lпфз=1 м)

,(9)

где qпфз — удельный фильтрационный расход через завесу;

S — глубина противофильтрационной завесы.

Далее, использование соотношений (8) и (9) и ранее полученных формул (1) — (7), позволит найти зависимости, необходимые для определения осредненного коэффициента фильтрации водопроницаемой завесы:

при наличии горизонтальных трещин с гладкими и шероховатыми стенками

для l05b0

;

;

для l05b0

;

;

при наличии вертикальных и произвольноориентированных трещин ограниченной длины с гладкими и шероховатыми стенками

;

;

при наличии повреждений окон значительных размеров

.

где птр — количество трещин в завесе.

Чтобы выполнить расчет фильтрации под плотиной с водопроницаемой противофильтрационной завесой, которая характеризуется осредненным коэффициентом фильтрации , используем предложение Р. Р. Чугаева [4, с.244] о замене водопроницаемой преграды укороченной абсолютно водопроницаемой преградой, которая дает такой же эффект (в отношении гашения напора), что и заданная нам водопроницаемая преграда.

Приведенная глубина подобной воображаемой завесы определится следующим соотношением [4, с.248]

,

где  — коэффициент, который определяется, исходя из графика С. Н. Нумерова (рисунок 2);

S- действительная глубина водопроницаемой завесы.

Рис 7_4

Рис. 2. График для определения длины вертикальной эквивалентной водопроницаемой преграды: 1 — область практически водопроницаемой вертикальной преграды; 2 — область, отвечающая отсутствию вертикальной водопроницаемой преграды

Коэффициент  можноопределить по графику в зависимости от отношения (где Т — мощность основания до водоупора) и величины , под которой понимают приведенную толщину завесы bпр:

Так, для примера, при S = 60 м, Т = 90 м, b=5 м, K=0,26 м/сут,

=0,026 и 0,0026 м/сут получим:

при =0,026 м/сут

; =0,27

Sпр=0,27.60=16,2 м,

при =0,0026 м/сут

; =0,75

Sпр=0,75.60=45 м.

Отсюда следует, что чем меньше будет проницаемость завесы, тем ближе приведенная глубина абсолютно непроницаемой завесы Sпр будет приближаться к действительной глубине S.

Последующий расчет подземного контура плотины осуществляется при использовании расчетных зависимостей, указанных в [1, с.174]

Коэффициенты сопротивлений трех фрагментов:

;

;

,

Потери напора на каждом фрагменте:

;

,

где .

Удельный фильтрационный расход в основании плотины

или ;

; .

Фильтрационные напоры по подземному контуру плотины:

на участке

;

на участке вдоль завесы

;

на участке

.

Удельный фильтрационный расход, поступающий в дренаж:

Скорость фильтрации на границе

,

на границе

,

на границе

,

Литература:

  1. Баламирзоев А. Г. Развитие теории и методов прогнозирования суффозионных деформаций при фильтрации в трещиноватых основаниях гидротехнических сооружений: диссертация … доктора технических наук: — Махачкала, 2006.-397 с.
  2. Косиченко Ю. М., Белов В. А., Косиченко М. Ю. Оценка уровня фильтрационной безопасности земляных плотин и эффективности инженерной защиты малых водохранилищ / НГМА, Новочеркасск, 2001.-58 с.
  3. Ломизе Г. М. Фильтрация в трещиноватых породах.-М.: Госэнергоиздат, 1958.-532 с.
  4. Чугаев Р. Р. Земляные гидротехнические сооружения.-Л.: Энергия, 1967.-460 с.
Основные термины (генерируются автоматически): равного напора, подземного контура плотины, водопроницаемой противофильтрационной завесой, противофильтрационной завесе, противофильтрационной завесы, водопроницаемой преграды, линией равного напора, завесы бетонной плотины, линии равного напора, осредненным коэффициентом фильтрации, ширина противофильтрационной завесы, качестве возможных повреждений, расчета фильтрации, горизонтальные трещины, глубина водопроницаемой завесы, цементационной завесы температурно-усадочных, подобной воображаемой завесы, Материал завесы, приведенную толщину завесы, непроницаемой завесы sпр.

Ключевые слова

фильтрация, гидротехническое сооружение, плотина, цементационная завеса

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос