Фильтрационно-температурный режим системы «плотина-основание» (22.06.2009)

Автор: Анискин Николай Алексеевич

АНИСКИН

Николай Алексеевич

ФИЛЬТРАЦИОННО-ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ

СИСТЕМЫ «ПЛОТИНА-ОСНОВАНИЕ»

Специальность 05.23.07 – Гидротехническое строительство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2009

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

Ведущая организация - ОАО «Институт Гидропроект»

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. Москва, ул. Спартаковская, д.2/1, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «_____» ________________ 2009 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Орехов Г.В.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. В настоящее время планами развития гидроэнергетики и других отраслей водного хозяйства России предусматривается строительство ряда гидроузлов, включающих в свой состав водоподпорные сооружения или плотины различных конструкций. Такие конструкции практически всегда являются весьма ответственными с экономической, социальной и экологической точек зрения. Методы оценки надежности и безопасности гидротехнических сооружений во многом зависят от правильного определения действующих нагрузок и воздействий.

Как правило, каждая плотина является по-своему уникальным сооружением, включающим в свой состав различные конструктивные элементы (например противофильтрационные экраны, ядра из глинистых грунтов, противофильтрационные элементы из негрунтовых материалов –экраны и диафрагмы из бетона, железобетона, асфальтобетона, дренажи, переходные зоны и т.д.). 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.

Помимо воздействия фильтрационного потока, гидротехническое сооружение и его основание подвержены температурным воздействиям. В строительный период основным фактором, влияющим на формирование температурного режима бетонных сооружений является экзотермия цемента. Формирование температурного режима бетонного сооружения представляет собой очень сложный, постоянно изменяющийся во времени процесс. Он начинается с момента укладки первого блока или слоя, на которые разбита массивная конструкция и продолжается в эксплуатационный период. Непрерывное изменение температуры бетонного сооружения вызывает изменение его напряженного и деформированного состояния. Трещинообразование в бетоне является наиболее опасным последствием температурных воздействий, которое может вызвать аварийную ситуацию. Даже для плотин из укатанного бетона, несмотря на существенное снижение расхода цемента, проблема температурного трещинообразования стоит достаточно остро. Все это говорит о необходимости расчетного прогноза поведения конструкции на температурное воздействие.

Весьма важной является задача прогнозирования фильтрационно-температурного режима системы «грунтовая плотина – основание» применительно к сооружениям, возводимым в условиях вечной мерзлоты. Вопросы обеспечения устойчивости и надежности таких сооружений невозможно решать без четкого представления о фильтрационном и температурном режимах плотин и их оснований. 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. Примером такого проявления может служить ситуация на плотине Курейской ГЭС, хотя ее первопричиной являются скорее всего технологические факторы. Очевидно, что прогноз фильтрационно-температурного режима должен постоянно вписываться в процесс проектирования, так как при принятии проектных решений необходимо учитывать результаты таких расчетов и при необходимости вносить коррективы в проект.

Все вышесказанное говорит о необходимости проведения тщательных исследований фильтрационного, температурного и, в необходимых случаях, совместного фильтрационно-температурного режимов плотин с основанием.

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;

создание численных фильтрационных и температурно-фильтрационных моделей гидротехнических сооружений и их оснований;

анализ влияния отдельных факторов на формирование фильтрационного и температурного режимов плотин и их оснований.

Основные задачи исследований:

разработка методики, алгоритмов и вычислительных программ расчета на ПЭВМ фильтрационного, температурного и температурно-фильтрационного состояния плотин и оснований с учетом факторов пространственности, нелинейности свойств и нестационарности процесса;

тестирование разработанной методики и программ расчета на основе сравнения результатов расчета с результатами имеющихся аналитических решений, решений по уже апробированным методикам, результатами экспериментальных исследований и натурных наблюдений;

создание численных моделей фильтрационного, температурного и температурно-фильтрационного состояний плотин совместно с их основаниями с целью прогноза и дальнейшего анализа влияния отдельных факторов на формирование и изменения состояний сооружений.

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;


загрузка...