Разработка методики решения фильтрационных и температурных задач применительно к системе "плотина-основание" с учетом факторов пространственности, неоднородности свойств материалов плотины и основания, возможной анизотропии и нестационарности процесса.
Аннотация к работе
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете (ГОУ ВПО МГСУ). Официальные оппоненты: доктор технических наук Беликов Виталий Васильевич, доктор технических наук, профессор Анахаев Кошкинбай Назирович, доктор технических наук Покровский Геннадий Иванович. Защита диссертации состоится "29" сентября 2009 года в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.138.03 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: г. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.Часто плотина возводится в сложных инженерно-геологических условиях, и ее основания и борта представляют собой весьма разнородную по фильтрационным свойствам структуру, часто с явно выраженной анизотропией свойств, с присутствием в ней трещин, разломов, зон повышенной проницаемости и т.д. Топография створа строительства, посадка в нем сооружения, система противофильтрационных мероприятий в основании и бортах сооружения часто вызывают сложный пространственный характер фильтрационного потока. Отепляющее воздействие фильтрационного потока может вызвать нежелательное чрезмерное оттаивание грунтов, что в свою очередь вызовет увеличение проницаемости плотины и основания и утечкам воды из водохранилища, появление зон локальной усиленной фильтрации, увеличение пористости и осадок сооружения. Целью диссертационной работы явились: · разработка методики решения фильтрационных, температурных и температурно-фильтрационных задач применительно к системе "плотина-основание" с учетом пространственности, неоднородности и нелинейности свойств материалов плотины и основания, возможной анизотропии и нестационарности процесса; Научная новизна работы состоит: § в разработке методики численного решения пространственных фильтрационных, температурных и совместных фильтрационно-температурных задач для сложных расчетных областей, включающих плотину с основанием и бортовыми примыканиями с учетом нелинейности свойств и нестационарности процесса;В начале этого периода внимание исследователей было сконцентрировано на решениях так называемой плоской задачи теории установившейся фильтрации. Решений фильтрационных задач в пространственной постановке в те времена практически не существовало, и в тех случаях, когда фильтрация носила пространственный характер, решение сводилось к плоской задаче с использованием разумной схематизации и упрощений задачи. К числу точных теоретических методов относится гидромеханика, основанная на математических методах: конформных отображений; функции комплексной скорости; метод, основанный на использовании аналитической теории обыкновенных линейных дифференциальных уравнений; метод, основанный на приведении плоской задачи теории установившейся фильтрации к смешанной задаче теории аналитических функций; обратный метод и др. С развитием вычислительной техники начинается эффективное использование численных методов решения фильтрационных задач, которые позволяют получить эффективные решения многих задач теории фильтрации, в том числе и в деформируемых средах. Решение совместной фильтрационно-температурной задачи при равенстве температуры твердого скелета грунта и температуры фильтрующей жидкости в любой точке области фильтрации сводится к решению известного уравнения Фурье-Кирхгофа: - (8) t(x,y,z,t) - температура твердого тела (материала плотины или основания); t - время; ах, ау, az - коэффициенты температуропроводности твердого тела, насыщенного водой, по осям х, у, z; vx, vy, vz - компоненты скорости фильтрации по осям х, у,z; Св, Ст - удельная объемная теплоемкость воды и твердого тела; gв, gt - плотности воды и твердого тела.На основе метода конечных элементов в локально-вариационной постановке разработана методика расчетов фильтрационных, температурных и совместных фильтрационно-температурных задач в плоской и пространственной постановках, позволяющая решать задачи с достаточно полным учетом влияющих на исследуемые процессы факторов. Были проведены сопоставления результатов плоских и пространственных задач в различных условиях: при линейных и нелинейных законах фильтрации, в стационарной и нестационарной постановках, для нескальных оснований и скальных грунтов с трещинами, при различной густоте сеток МКЭ, при двусторонних и односторонних колебаниях уровня воды, при одновременном действии фильтрационного и температурного потоков. Создание математической фильтрационной, температурной или совместной модели является в современных условиях процессом поэтапным, развивающимся параллельно с проектированием, строительством и мониторингом сооружения. На начальном этапе исследований дается общая оценку фильтрационного режима плотины и основания. Делаются выводы о необходимости проектирования противофильтрационных элементов в основании под плотиной и оценка фильтрацион