Экспериментальное исследование механических свойств низового клина низконапорной дамбы в условиях повышения уровня паводковых вод

Аннотация


Представлены экспериментальные исследования механических свойств низового клина низконапорной дамбы в условиях быстрого повышения уровня паводковых вод, так как обеспечение устойчивости откоса насыпных гидротехнических сооружений при возрастающих природных и техногенных катастрофах с учётом изменения климатических и сейсмических условий является первостепенной задачей для специалистов проектных и эксплуатирующих организаций водохозяйственного комплекса. В настоящее время, несмотря на повышенный интерес к оползневым факторам, информации о том, как размеры дренажных устройств, расположенных в области низового клина низконапорной дамбы, могут повлиять на устойчивость ее откоса в случае быстрой сработки уровня паводковых вод, по-прежнему недостаточно. С целью анализа влияния размера дренажных устройств низконапорной дамбы на устойчивость ее откоса при возможной сработке уровня, проведены численные исследования в плоской постановке. Выполненное математическое моделирование позволило оценить нарушения устойчивости откоса дамбы за счёт быстрой сработки уровня паводковых вод и определить влияние размера дренажа низконапорной дамбы. Анализ результатов моделирования показал, что в сценарии быстрой сработкой уровня воды в реке после прохождения пика паводка, устойчивость откоса низконапорной дамбы, обращенного в сторону реки, уменьшается. Поровое давление в верхнем бьефе насыпи уменьшается с увеличением размера дренажа низового клина, в это же время в нижнем бьефе оно увеличивается. При увеличении размера дренажа значения коэффициента устойчивости откоса возрастают. Выявленные в процессе математического моделирования факторы, влияющие на устойчивость дамбы в зависимости от длины дренажа в области низового клина низконапорной дамбы, можно использовать в прогнозных целях для оценки их надежности.

Полный текст

Нынешняя мировая цивилизация накопила богатейший опыт строительства грунтовых низконапорных дамб. Земляные дамбы в странах Индии, Китае, на Ближнем Востоке строились еще за 5000 лет до н.э. Вероятно, одна из первых низконапорных дамб построена в Египте за 4000 лет до н.э. Низконапорные дамбы для защиты территорий от затопления строились в Месопотамии [1, 2] за 3000 лет до н.э. Однако первые научно обоснованные подходы к расчету грунтовых низконапорных дамб были предложены только в середине XIX в. [3–5]. К сожалению, на протяжении тысячелетий история эксплуатации грунтовых низконапорных дамб изобиловала катастрофами различного характера и масштаба. При проектировании грунтовых низконапорных дамб особое внимание уделяется вопросам обеспечения устойчивости откосов [6]. Причиной этого является тот факт, что при допущении ошибок в проектировании грунтовой низконапорной дамбы значительно возрастает риск ее разрушения, результатом которого может стать масштабная катастрофа. Дренаж низового клина в составе грунтовой низконапорной дамбы является тем элементом, который требует тщательного изучения на проектно-конструкторских этапах в зависимости от предполагаемых эксплуатационных условий. При проектировании грунтовых низконапорных дамб, в числе многочисленных факторов, фильтрация остается крайне важным параметром, который следует внимательно исследовать и строго контролировать [7, 8]. Внимание к контролю над данной характеристикой обусловлено тем, что чрезмерная фильтрация через тело грунтовой низконапорной дамбы представляет существенную угрозу ее устойчивости и в конечном итоге приводит к ее разрушению. Под действием как гидростатического, так и гидродинамического давления воды возможно расструктуривание грунта тела низконапорной дамбы, что часто приводит к образованию явлений суффозии. Движение грунта, т.е. внутренняя эрозия, вызванная просачиванием, является основной причиной прорыва насыпных гидротехнических сооружений [8]. В этой связи крайне важной является оценка скорости фильтрации воды в теле и основании грунтовой низконапорной дамбы.

Об авторах

М. А. Бандурин

Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина

В. А. Волосухин

Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина

И. А. Приходько

Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина

А. Ю. Вербицкий

Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина

Список литературы

  1. Мониторинг безопасности гидротехнических сооружений низконапорных водохранилищ и обводнительно-оросительных систем / В.А. Волосухин, М.А. Бандурин, Я.В. Волосухин [и др.]; под общ. ред. В.А. Волосухина. - Новочеркасск: ООО "Лик", 2010. - 338 с.
  2. Богомолова О.А. Расчет несущей способности основания двухщелевого ленточного фундамента // Construction and Geotechnics. - 2021. - Т. 12, № 1. - С. 57-71. doi: 10.15593/2224-9826/2021.1.05
  3. Кирейчева Л.В. Дренажные воды как альтернативные водные ресурсы для орошения // Мелиорация и водное хозяйство. - 2018. - № 4. - С. 13-18.
  4. Козлов Д.В., Симонович О.С., Снежко В.Л. Интенсивность отказов низконапорных грунтовых плотин опасного и неудовлетворительного уровня безопасности // Гидротехническое строительство. - 2020. - № 4. - С. 18-24.
  5. Управление водохозяйственными системами / И.Г. Галямина, Т.И. Матвеева, В.Н. Маркин [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Мегаполис, 2020. - 127 с.
  6. Мониторинговая оценка низконапорной земляной плотины Варнавинского водохранилища в условиях повышающегося риска природных и техногенных катастроф / М.А. Бандурин, В.А. Волосухин, И.А. Приходько, А.А. Руденко // Construction and Geotechnics. - 2022. - Т. 13, № 4. - C. 17-29. doi: 10.15593/2224-9826/2022.4.02
  7. Коноваленко И.С., Шилько Е.В., Коноваленко И.С. Численное исследование влияния двухуровневой поровой структуры на величину динамической прочности водонасыщенных бетонов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2020. - № 2. - С. 37-51. doi: 10.15593/perm.mech/2020.2.04
  8. Finite element simulation of cracks formation in parabolic flume above fixed service live / M.A. Bandurin, V.A. Volosukhin, A.V. Mikheev [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Tomsk, 4-6 of December, 2017. - Tomsk: Institute of Physics Publishing, 2018. - P. 022010. doi: 10.1088/1757-899X/327/2/022010
  9. Finite-element simulation of possible natural disasters on landfall dams with changes in climate and seismic conditions taken into account / M.A. Bandurin, V.A. Volosukhin, A.V. Mikheev [et al.] // Journal of Physics: Conference Series, Tomsk, 17-20 of January, 2018. - Tomsk, 2018. - P. 032011. doi: 10.1088/1742-6596/1015/3/032011
  10. Finite-element simulation of permissible load on gate elements of water-conveying structures to assess risks of anthropogenic accidents / M.A. Bandurin, V.A. Volosukhin, A.V. Mikheev [et al.] // Journal of Physics: Conference Series, Saint-Petersburg, 17-19 of July, 2018. - Saint-Petersburg: Institute of Physics Publishing, 2018. - P. 012005. doi: 10.1088/1742-6596/1118/1/012005
  11. Ершов В.А. Опыт возведения низконапорных дамб при разработке россыпных месторождений // Горный журнал. - 2005. - № 1. - С. 91.
  12. Богомолова О.А., Жиделев А.В. Расчет устойчивости системы "основание - насыпь" // Construction and Geotechnics. - 2021. - Т. 12, № 4. - С. 19-36. doi: 10.15593/2224-9826/2021.4.02
  13. Нуждин М.Л., Пономарев А.Б. Расчетное обоснование эффективных схем усиления фундаментов мелкого заложения контурным армированием жесткими армоэлементами // Construction and Geotechnics. - 2022. - Т. 13, № 4. - С. 5-16. doi: 10.15593/2224-9826/2022.4.01
  14. Анализ причин появления подземной и атмосферной воды в подвальных помещениях эксплуатируемого здания / А.И. Полищук, Д.А. Чернявский, В.В. Гуменюк, Г.Г. Солонов // Construction and Geotechnics. - 2021. - Т. 12, № 2. - С. 86-96. doi: 10.15593/2224-9826/2021.2.08
  15. Шенкман Р.И., Пономарев А.Б. Метод расчета осадок фундаментов на основании, улучшенном с использованием вертикальных грунтовых элементов в оболочке из геосинтетических материалов // Construction and Geotechnics. - 2020. - Т. 11, № 3. - С. 64-76. doi: 10.15593/2224-9826/2020.3.06
  16. Волков В.И., Снежко В.Л., Козлов Д.В. Прогноз уровня безопасности низконапорных и бесхозяйных гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. - 2018. - № 11. - С. 35-41.
  17. Accounting for climate change uncertainty in long-term dam risk management /j. Fluixá-Sanmartín, I. Escuder-Bueno, A. Morales-Torres, J.T. Castillo-Rodríguez // Journal of Water Resources Planning and Management - ASCE. - 2021. - Vol. 147, no. 4. 10.1061/(ASCE) WR.1943-5452.0001355. doi: 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001355
  18. Каганов Г.М., Волков В.И. К оценке состояния низконапорных гидротехнических сооружений при отсутствии проектной документации // Природообустройство. - 2008. - № 3. - С. 41-48.
  19. Stefanyshyn D., Benatov D. Application of a logical-probabilistic method of failure and fault trees for predicting emergency situations at pressure hydraulic facilities (the case of Kakhovka hydroelectric complex) // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2020. - Vol. 4, No. 2-106. - P. 55-69. doi: 10.15587/1729-4061.2020.208467
  20. Yurchenko I.F. Automatization of water distribution control for irrigation // International Journal of Advanced and Applied Sciences. - 2017. - Vol. 4, No 2. - P. 72-77.
  21. Baranov E.V., Gur'yev A.P., Khanov N.V. Recommendations for hydraulic calculations of anti-erosion lining with the use of spatial geogrid with coarse fragmental soil // Power Technology and Engineering. - 2020. - Vol. 53, No 5. - P. 553-556. doi: 10.1007/s10749-020-01115-z
  22. Yurchenko I.F. Information support system designed for technical operation planning of reclamative facilities // Journal of Theoretical and Applied Information Technology. - 2018. - Vol. 96, No 5. - P. 1253-1265.
  23. Косиченко Ю.М. Исследования надежности и безопасности низконапорных гидротехнических сооружений и противофильтрационных облицовок каналов // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. - 2016. - № 2 (62). - С. 95-104.
  24. Курбанов С.О., Созаев А.А., Жемгуразов С.М. Оценка влияния низконапорных водохранилищных гидроузлов на окружающую среду // Инженерный вестник Дона. - 2019. - № 4 (55). - С. 52.
  25. Карпенко Н.П., Юрченко И.Ф. Теоретическое обоснование структуры классификатора критериев безопасности ГТС мелиоративного водохозяйственного комплекса // Природообустройство. - 2015. - № 1. - С. 12-15.
  26. Meliorative institutional environment: The area of state interests / V.N. Shchedrin, S.M. Vasilyev, A.V. Kolganov [et al.] // Espacios. - 2018. - Vol. 39, No 12. - P. 28.
  27. Юрченко И.Ф. Компьютерная технология поддержки решения как фактор реформирования системы эксплуатации в мелиорации России // Природообустройство. - 2008. - № 1. - С. 34-40.
  28. Моторная Л.В., Хаджиди А.Е. Рациональное водопользование и экологическая безопасность оросительных систем // Международный сельскохозяйственный журнал. - 2022. - № 2 (386). - С. 161-164. doi: 10.55186/25876740_2022_65_2_161

Статистика

Просмотры

Аннотация - 122

PDF (Russian) - 76

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Бандурин М.А., Волосухин В.А., Приходько И.А., Вербицкий А.Ю., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах