Содержание теории водопроницаемости противофильтрационных конструкций и оценка эффективности и надежности облицовок оросительных каналов. Методы фильтрационного расчета ядер грунтовых плотин ломаного очертания. Анализ возможных нештатных ситуаций.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наукВ работе решались следующие задачи: - на основе анализа существующих конструктивных решений противофильтрационных устройств (ПФУ) каналов, грунтовых плотин и накопителей отходов, известных методов оценки их эффективности и надежности усовершенствовать используемые и разработать новые высокоэффективные их конструкции; разработать методику расчета фильтрационной безопасности грунтовых плотин с ядром и противофильтрационной завесой в основании и способ расчета фильтрации в основании грунтовой плотины с ПФУ в виде цементационной завесы с учетом трещинообразования в ней; На защиту выносятся: - конструктивные решения высокоэффективных противофильтрационных облицовок каналов и их дренажных устройств, противофильтрационной защиты накопителей промышленных отходов с фильтрующе-собирающими окнами в противофильтрационной стенке, противофильтрационного устройства грунтовых плотин в виде зуба плавного очертания, новизна которых защищена 25 авторскими свидетельствами и патентами; расчеты водопроницаемости и новые аналитические зависимости для бетонопленочных и бетонных облицовок каналов, позволяющие определять потери воды на фильтрацию из облицованных каналов; Для оценки эффективности совместного применения дренажной и противофильтрационной защит каналов при фильтрации в приканальный дренаж предлагается усовершенствованный метод расчета фильтрации в случае двухслойного грунта основания с учетом дополнительного фильтрационного сопротивления облицовки, позволяющий определить отток из канала на фильтрацию и приток в дрену: , (15)Противофильтрационные устройства в конструкциях гидротехнических сооружений различного назначения играют важнейшую роль в предотвращении потерь воды на фильтрацию, подтопления территорий, загрязнения грунтовых вод и в целом обеспечивают безопасность их функционирования. На основе обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации действующих гидротехнических сооружений с противофильтрационными элементами усовершенствованы известные и разработаны новые высокоэффективные противофильтрационные устройства для каналов, накопителей производственных отходов и грунтовых плотин, обеспечивающие повышение их эффективности и надежности при эксплуатации. Разработан способ расчета фильтрации из накопителя промышленных отходов с грунтовой дамбой, горизонтальным дренажем и окнами из фильтрующе-сорбирующего материала в противофильтрационной стенке и рассмотрены расчеты по оценке противофильтрационной эффективности пленочных и грунтовых экранов накопителей производственных отходов. Разработана методика расчета фильтрационной безопасности для грунтовой плотины с ПФУ в виде ядра и завесы в основании, которая позволяет определить основные фильтрационные характеристики и оценить безопасность плотины с точки зрения фильтрационной прочности грунта тела и основания. На основании обобщения опыта применения противофильтрационных устройств и результатов проведенных исследований предложены практические рекомендации по повышению эффективности и надежности бетонопленочных облицовок каналов, грунтопленочных экранов накопителей промышленных отходов, по проведению натурных наблюдений за состоянием грунтовых плотин с анализом нештатных ситуаций и оперативному контролю технического состояния плотины по условиям фильтрационной безопасности с использованием данных наблюдений.
Вывод
1. Противофильтрационные устройства в конструкциях гидротехнических сооружений различного назначения играют важнейшую роль в предотвращении потерь воды на фильтрацию, подтопления территорий, загрязнения грунтовых вод и в целом обеспечивают безопасность их функционирования. Известные и применяемые типы противофильтрационных устройств в виде облицовок, экранов, противофильтрационных стенок, завес и ядер, в ряде случаев недостаточно эффективны и надежны, что обусловлено несовершенством их конструкций и возможностью трещинообразования и повреждения в процессе строительства и эксплуатации. В связи с этим важной проблемой является научно-техническое обеспечение повышения эффективности и надежности противофильтрационных устройств ГТС.
2. На основе обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации действующих гидротехнических сооружений с противофильтрационными элементами усовершенствованы известные и разработаны новые высокоэффективные противофильтрационные устройства для каналов, накопителей производственных отходов и грунтовых плотин, обеспечивающие повышение их эффективности и надежности при эксплуатации. Основные параметры предложенных конструкций ПФУ обоснованы по результатам соответствующих расчетов и опытно-производственных исследований на действующих объектах.
3. Предложены наиболее общие теоретические модели водопроницаемости бетонопленочных облицовок каналов с учетом гидравлических сопротивлений при движении фильтрационного потока через свободный ход ?трещина - подплитное пространство - повреждение экрана - грунтовое основание?. Разработана универсальная методика расчета водопроницаемости и эффективности основных типов противофильтрационных облицовок каналов (бетонопленочных и бетонных), основанная на определении осредненного коэффициента фильтрации облицовки и предложен метод расчета совместного применения на канале противофильтрационной и дренажной защиты.
4. Проведен анализ расчетного технического КПД для ряда облицованных каналов, в том числе 3-й очереди Большого Ставропольского канала, который показал, что реальное значение КПД облицовки канала составляет 0,984, которое может быть повышено за счет инъектирования подплитного пространства до 0,990 и более. На основании выполненных расчетов эффективности применения противофильтрационного покрытия повышенной надежности при реконструкции Донского МК установлено, что противофильтрационная эффективность облицовки для условий подпертой фильтрации увеличится в 3 раза, а для условий свободной фильтрации-более чем в 100 раз.
5. По результатам натурных исследований на каналах БСК-3 и Бг-Р-7 получены реальные значения коэффициентов фильтрации бетонопленочных облицовок, которые по данным статистической обработки составляют: для сборно-монолитных - 0,33?10-6 см/с с вероятностью 84%; для монолитных - (0,92-1,61)10-6 см/с с вероятностью 91%. Проведенный анализ обобщенных натурных данных свидетельствует о том, что коэффициент эффективности бетонопленочных облицовок в среднем изменяется от 18 до 25 раз, а в отдельных случаях повышается до 40 раз и более.
6. Разработан способ расчета фильтрации из накопителя промышленных отходов с грунтовой дамбой, горизонтальным дренажем и окнами из фильтрующе-сорбирующего материала в противофильтрационной стенке и рассмотрены расчеты по оценке противофильтрационной эффективности пленочных и грунтовых экранов накопителей производственных отходов.
Проведены экспериментальные исследования эффективности применения дренажной и противофильтрационной защиты для котлована с золоотходами на примере Новочеркасской ГРЭС, на основании которых предложен комбинированный их вариант, включающий ряд совершенных вертикальных скважин и направляющие противофильтрационные стенки.
7. Разработана методика расчета фильтрационной безопасности для грунтовой плотины с ПФУ в виде ядра и завесы в основании, которая позволяет определить основные фильтрационные характеристики и оценить безопасность плотины с точки зрения фильтрационной прочности грунта тела и основания. Разработанная методика использована в проекте Юмагузинского водохранилища при оценке фильтрационной безопасности каменно-земляной плотины для различных неблагоприятных случаев и аварийных ситуаций.
8. Предложен расчет фильтрации в основании грунтовой плотины с учетом водопроницаемости противофильтрационной завесы (стенки) при трещинообразовании, которая основана на методе фрагментов и приведении противофильтрационной завесы нарушенной сплошности к условному осредненному коэффициенту фильтрации.
9. Предложены новые и усовершенствованные способы фильтрационного расчета грунтовых плотин: с трапецеидальным ядром, с комбинированным дренажом - пластовым с наслонным, с ядром ломаного очертания, для которого проведены экспериментальные исследования методом ЭГДА и сопоставлены с компьютерным моделированием.
10. На основании обобщения опыта применения противофильтрационных устройств и результатов проведенных исследований предложены практические рекомендации по повышению эффективности и надежности бетонопленочных облицовок каналов, грунтопленочных экранов накопителей промышленных отходов, по проведению натурных наблюдений за состоянием грунтовых плотин с анализом нештатных ситуаций и оперативному контролю технического состояния плотины по условиям фильтрационной безопасности с использованием данных наблюдений.
11. Апробация и внедрение результатов исследований осуществлены на 16 объектах Южного Федерального округа и Юмагузинском гидроузле, в том числе на крупных каналах, грунтовых плотинах водохранилищ и накопителях золоотходов ГРЭС. Ряд разработок и методик вошли в 3 нормативно-методических документа, разработанных при участии автора.
Публикации, отражающие основное содержание диссертации
1. Косиченко Ю.М., Ищенко А.В. К оценке неустановившейся фильтрации через противофильтрационные облицовки каналов// Изв. вуз. Сев-Кавк. науч. центр высш. школы. Техн. науки. - 1986. № 1. - С. 22-25 (автор 50%)
2. Косиченко Ю.М., Бондаренко В.Л., Ищенко А.В. и др. Оценка надежности плотины Юмагузинского гидроузла с точки зрения фильтрации// Водное хозяйство России. - 1999. Т. 1. - № 4.- С. 374-379. (автор 30%)
3. Косиченко Ю.М., Бондаренко В.Л., Ищенко А.В. и др. Исследование фильтрации через каменно-земляную плотину Юмагузинского гидроузла на реке Белой // Изв. вуз. Сев - Кавк. регион. Техн. науки.- 2000. - № 3 - С. 67-72 (автор 40%)
4. Косиченко Ю.М. Абуханов А.З., Ищенко А.В. и др. Исследования эффективного варианта защиты от загрязнения грунтового потока золошлаковыми отходами Новочеркасской ГРЭС // Изв. вуз. Сев - Кавк. регион. Техн. науки. - 2001. - № 2. - С. 96 - 100 (автор 40%)
5. Косиченко Ю.М., Бондаренко В.Л., Ищенко А.В. Эффективность и надежность работы каменно-земляной плотины по критериям фильтрационной безопасности/ Водное хоз - во России. - Екатеринбург, 2001. - Т. 3, № 4. - С. 338-344 (автор 70%)
6. Косиченко Ю.М., Бондаренко В.Л., Абуханов А.З., Ищенко А.В. и др. Прогноз влияния Юмагузинского водохранилища на подтопление населенных пунктов в речной долине. // Изв. вуз. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки - 2003. - № 4. С. 62 -67. (автор 50%)
7. Ищенко А.В., Скляренко Е.О. Исследование взаимодействия чистого грунтового потока и загрязненного фильтрата из золоотвала// Изв. вуз. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки - 2005. - № 4. С. 116 -117. (автор 50%)
8. Ищенко А.В., Вишневский В.В. Расчеты и исследования аварийных ситуаций противофильтрационных устройств каменно-земляной плотины// Водное хоз - во России. - Екатеринбург, 2005. - Т. 7, № 4. - С. 415 - 428 (автор 70%)
9. Ищенко А.В. Анализ потерь на фильтрацию и КПД крупных облицованных каналов// Водное хоз - во России. - Екатеринбург, 2006. - № 1. - С. 53 - 61
10. Анахаев К.Н., Амшоков Б.Х., Ищенко А.В. О фильтрационном расчете земляных плотин с ядром// Гидротехническое стр - во. - 2006. - № 5. - С. 26 - 34 (автор 30%)
12. Ищенко А.В. Теоретическая модель водопроницаемости бетонопленочного противофильтрационного покрытия канала// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2007.- № 1,С.93-98.
13. Ищенко А.В., Скляренко Е. О. Конструктивные схемы противофильтрационной защиты накопителей отходов и фильтрационные расчеты их эффективности// Гидротехническое стр - во. - 2007. - № 3. - С. 21 - 25 (автор 50%)
14. Ищенко А.В., Скляренко Е.О. Оценка эффективности противофильтрационной защиты накопителей промышленных отходов с использованием пленочных и грунтовых экранов// Водное хозяйство России. № 1. 2007 г. С. 18 -38. (автор 50%)
15. А. с. 1148927 СССР, Е 02 В 1/02 Устройство для измерения фильтрационных потерь через облицовку водоема/ Ищенко А.В., Косиченко Ю.М. (СССР).-№ 3668638/29-15; Заявл. 02.12.83, Опубл. 07.04.85, Бюл. № 13 (автор 50%)
16. А. с. 1298293. СССР, Е 02 В 3/12. Способ создания сборной облицовки откосов гидротехнических сооружений./ Ищенко А.В., Косиченко Ю.М., Галицкий Р.Р., Облогин А.Н (СССР).- № 3908358/29-15; Заявл. 11.06.85. Опубл. 23.03.87. Бюл. № 11. (автор 50%)
17. А. с. 1477818 СССР, Е 02 В3/12 Устройство для дренирования бетонопленочной облицовки / Ищенко А.В., Салженикина И.Н., Галицкий Р.Р., Куковская Л.Т. (СССР). - № 4291172/30-15; Заявл. 30.06.87; Опубл.07.05.89, Бюл. № 17. (автор 50%)
18. А. с. 1138448 СССР, Е 02 В 3/12, Е 02 В 3/16 Бетонопленочная одежда откосов гидротехнических сооружений / Косиченко Ю. М., Ищенко А.В., Максимов Ю.А. (СССР). - № 3641017/29-15; Заявлено 12.09.83, Опубл. 07.02.85, Бюл. № 5. (автор 40%)
19. А. с. 1477819. СССР, Е 02 В3/16.. Способ ремонта бетонной облицовки на просадочных грунтах/ Ищенко А.В., Евстратов Н.А., Косенко Т.С., Кривошлыков Б.О (СССР).- № 4242764/29-15; Заявлено 12.05.87; Опубл. 07.05.89. Бюл. № 17. (автор 50%)
20. А. с. 1518439 СССР, Е 02 В 3/16 Способ создания противофильтрационной облицовки / Ищенко А. В., Евстратов Н.А., Косенко Т.С. и Кривошлыков Б.О. (СССР). - № 4381573/23-15; Заявлено 23.02.88, Опубл. 30.10.89, Бюл. № 40. (автор 50%)
21. А.с. 1281626 СССР, Е 02 В 3/16 Способ создания противофильтрационной облицовки канала / Косиченко Ю. М., Ищенко А. В.(СССР). - № 3954196/29-15; Заявлено 26.06.85, Опубл. 07.01.87, Бюл.№ 1. (автор 50%)
22. А. с. 1532645. СССР, Е 02 в 1/02. Устройство для измерения фильтрационных потерь./ Ищенко А.В., Галицкий Р.Р., Косиченко Ю.М., Рыбалкин В.А (СССР).- № 4398887/23-15; Заявл. 28.03.88; Опубл.30.12.89. Бюл. № 48. (автор 25%)
23. А. с. 1592429 СССР, Е 02 В 3/16, 5/02 Дренажное устройство облицовки канала / Ищенко А. В., Евстратов Н.А. и Косенко Т.С. (СССР). - № 4420176/23-15; Заявлено 03.05.88, Опубл. 15.09.90, Бюл. № 34. (автор 40%)
24. Пат. RU 2301862 C2. Российская Федерация. МПК Е023/16 Способ создания противофильтрационных завес с фильтрующими окнами/ Ищенко А.В, Косиченко Ю.М, Скляренко Е.О, Пилипенко В.Д. // Опубл. 2006, Бюл. № 18. (автор 30%)
26. Ищенко А.В. Повышение эффективности и надежности противофильтрационных облицовок оросительных каналов: монография. // Изв. вуз. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки. 2006. - 211с.
27. Ищенко А.В. Обеспечение фильтрационной безопасности и эффективности противофильтрационных устройств гидротехнических сооружений: монография. - Ростов - н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2007. - 256 с.
28. Ищенко А.В. Гидравлика. Основы моделирования движения грунтовых вод методом электрогидродинамических аналогий (ЭГДА): учебное пособие - Новочеркасск: НГМА, 2006. - 99 с.
29. Ищенко А.В. Гидрометрия. Гидрометрические сооружения, устройства и средства измерения: учеб. пособ. для студ. спец. 290400 «Гидротехническое строительство»/ Новочеркасск: НГМА, 2008 - 90с.
30. Косиченко Ю.М., Бородин В.А., Ищенко А.В. Инструкция по расчету водопроницаемости и эффективности противофильтрационных облицовок каналов/ Союзгипроводхоз, ЮЖНИИГИМ;- М., 1984. - 95с. (автор 30%)
31. Косиченко Ю. М., Ищенко А.В., Бородин В.А. Методика обоснования и выбора противофильтрационных мероприятий и дренажных защит на каналах/ ЮЖНИИГИМ., НИМИ, 1986, - 112 с. (автор 40%)
32. Щедрин В.Н., Косиченко Ю.М., Миронов В.И., Ищенко А.В. и др. Выбор эффективной и надежной противофильтрационной защиты русел открытых каналов при реконструкции оросительных систем (рекомендации) - Ростов-н/д: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2008.- 68 с. (автор 30%)
33. Косиченко Ю.М., Ищенко А.В. Эффективность совместного применения противофильтрационной облицовки и приканального дренажа// Гидротехнические сооружения и вопросы эксплуатации оросительных систем: сб. науч. тр. / ЮЖНИИГИМ. - Новочеркасск, 1987.- С. 67 - 74 (автор 50%)
35. Ищенко А.В., Ильченко Е.И. Опыт применения дренажно-разгрузочных устройств (ДРУ) облицовок каналов и оценка их эффективности // Мелиорация антропогенных ландшафтов: сб. науч. тр. /НГМА. - Новочеркасск, 2002. - Т. 17: Рациональное использование земельных и водных ресурсов Юга России. - С. 135 - 147 (автор 80%)
36. Бондаренко В.Л., Гутенев В.В., Ищенко А.В. и др. Оценки экологической безопасности шламонакопителей при воздействии на геологическую среду// Проблемы региональной экологии. - 2005. - № 5. - С. 94 -103. (автор 30%)
37. Ищенко А.В. Решение задач установившейся фильтрации в ломаном ядре грунтовой плотины методом электрогидродинамических аналогий и на персональном компьютере // Изв. вузов. Сев. - Кавк. Регион. Техн. науки. 2006. Прил. № 8. С. 88 -95.
39. Ищенко А.В. Оптимальный уровень надежности противофильтрационных облицовок оросительных каналов.// Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ «РОСНИИПМ»/ - Новочеркасск: 2006.- Вып. 36.С. 82-89.
40. Ищенко А.В., Вишневский В.В., Косиченко М.Ю. Расчет фильтрационной безопасности грунтовых плотин с использованием пакета прикладных программ.// Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ «РОСНИИПМ»/ - Новочеркасск: 2006.- Вып. 36. С. 89-96. (автор 35%)
41. Ищенко А.В., Косиченко М.Ю., Шевченко Т.В. Прогноз возможного загрязнения реки Кундрючья при наращивании дамб золоотвала Несветай ГРЭС// Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ «РОСНИИПМ»/ - Новочеркасск: 2006.- Вып. 36. С.183-189. (автор 35%)
42. Косиченко Ю.М., Полякова Л.С., Ищенко А.В. Оценка безопасности регулирующего водохранилища (Ростовского моря)// Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: сб.ст./ Академия проблем водохозяйственных наук России; Вып.6 /НГМА.- Новочеркасск, 2007.-С.107-112(автор 35%)
43. Ищенко А.В. Безопасность противофильтрационных защит различных типов гидротехнических сооружений/ Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК». Часть ??.- М.: МГУП, 2007. С. 54-60.