CC BY
19
РАЗДЕЛ II
СТРОИТЕЛЬСТВО. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
УДК 69.034.96
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОМ НАЛИВЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Ю. В. Корчевская
Аннотация. В статье представлено определение фильтрационных параметров при плоскопараллельном наливе и автоматизация расчета с применением компьютерных технологий необходимых при проектировании инженерной защиты от подтопления.
Ключевые слова: подтопление, коэффициент фильтрации, недостаток насыщения, водоотдача.
Введение
В настоящее время подтопление охватило земли различного назначения на территории России. В ходе освоения земель возникает потребность в борьбе с подтоплением. Поэтому в первую очередь необходимо составлять прогноз подтопления мелиорируемой территории с целью получения информации о том, как изменяется уровень подземных вод. Для получения данной информации в ходе изысканий определяют фильтрационные параметры грунтов. Они являются важнейшей информацией, получаемой при проведении изысканий, от их качества определения зависит вся дальнейшая работа инженерной защиты от подтопления.
Основная часть
К основным фильтрационным параметрам, требующимся при разработке инженерной защиты от подтопления относятся: коэффициент фильтрации к, водоотдача (недоста-
ток насыщения) ^ и высота капиллярного поднятия
Все фильтрационные параметры можно определять различными способами такими как:
1) полевые
2) лабораторные
3) по расчетным формулам.
Автором в ходе исследований была получена методика по определению фильтрационных параметров дренирующих подсыпок (песков), изложенные в [1, 2, 3].
В данной статье рассмотрим, как можно определить искомые фильтрационные параметры при плоскопараллельном наливе по методике автора [1, 2, 3]. Для этого был поставлен эксперимент по наливу в траншею шириной. В при безнапорной фильтрации. Схема траншеи представлена на рисунке 1. Методика проведения эксперимента изложена
в [1, 2].
Рис. 1. Схема плоскопараллельной фильтрации в безнапорных условиях
В результате эксперимента были получены замеры двух уровней воды в траншее Н3/4 и Н1/2 соответственно в моменты времени ^/4 и ^/2 с помощью которых можно составив систему из двух уравнений, определить значения коэффициента фильтрации к, недостатка насыщения ^
Данное решение можно произвести, решив так называемую обратную фильтрационную задачу. Обратные фильтрационные задачи в гидрогеологии в свою очередь можно классифицировать:
1) граничные задачи
2) инверсные задачи
3) индуктивные задачи.
С помощью обратных граничных задач определяют неизвестные граничные условия. А с помощью обратных инверсных задач определяют фильтрационные параметры: коэффициент фильтрации к и недостаток насыщения (водоотдача) ^, которые нас и ин-
тересуют. В данном случае должны быть известны напоры,уровни и расходы.
Данная задача нелинейная. Поэтому составим систему из двух трансцендентных уравнений с двумя неизвестными k и которая решается в MathCAD простым подбором с помощью функций Given и Minerr. На рисунке 2 приведен пример решения данных систем уравнений для песка левобережья г. Омска (взятый при строительстве «Арена-Омск»), в котором можно увидеть нахождение фильтрационных параметров сразу для нескольких условий, в данном случае без учета капиллярности песка, а также с учетом капиллярности, и коэффициенты фильтрации, приведенные к температуре 100С. Результаты расчетов коэффициента фильтрации k и недостатка насыщения ^ по результатам экспериментов, проведенных автором, приведены в таблице 1.
Опыт №1 (песок левобережья г. Омска)
Нахождение к и м без учета капиллярности для безнапорной фильтрации
к := 10.9 ц := 0.33
(0 05 2) .11 -^-1 1 - lnl
ц • к • 0.075 I 0.075 ^ ^ 0.075
U2} ' 1 —11 - lnl
ц • к • 0.05 I 0.05 ^ ^ 0.05
Minerr (к , ц) =
(0.7 + 0.03 • T)
Нахождение к и м с учетом капиллярности для безнапорной фильтрации
к := 3.32 ц := 0.33
ц • к • 0.075
ц • к • 0.05
Minerr (к , ц)
(0.7 + 0.03 • T)
0.435 0.075
0.1 4 • 0.1
0.435 0.05
0.1 + 0.435 -
0.075 + 0.435 -
0.1 4 • 0.1
0.05 + 0.435
54
= 0
86400
198
0
86400
T := 10.0
к
4
54
1-
1-1 1 +
= 0
86400
4
0.1 + 0.435
4
198
1 - 1 +
= 0
86400
4
к
Рис. 2. Решение системы уравнений в MathCAD для безнапорной фильтрации песка левобережья г. Омска
Таблица 1 - Результаты расчета коэффициента фильтрации к и недостатка насыщения м для безнапорной плоскопараллельной фильтрации по формулам автора
№ опыта Песок левобережья г. Омска
без учета капиллярности песка с учетом капиллярности песка
к, м/сут М к, при 10иС м/сут к, м/сут М к, при 10иС м/сут
1 10,9 0,33 10,9 3,32 0,33 3,32
2 11,6 0,33 10,851 3,33 0,33 3,12
3 12,5 0,33 11,312 3,864 0,33 3,493
4 12,8 0,33 12,144 3,665 0,33 3,45
5 11,0 0,33 10,176 3,13 0,33 2,9
6 10,2 0,33 9,623 2,86 0,33 2,736
7 12,2 0,33 11,477 3,85 0,33 3,575
8 12,002 0,33 10,86 3,614 0,33 3,224
9 10,002 0,33 9,276 3,132 0,33 2,909
10 11,6 0,33 10,642 3,573 0,33 3,259
11 11,6 0,33 10,791 3,54 0,33 3,35
Наименьший процент расхождения дан- составляет 0,00 %, а наибольший соответ-
ных для песка левобережья г. Омска при ственно 3,34 % (таблица 2), что является до-
сравнении с коэффициентом фильтрации пустимым при инженерных расчетах.
определенным в трубке Каменского
Таблица 2 - Сравнение коэффициентов фильтрации для песка с левобережья г. Омска
№ опыта Температура, гС ^ при100С с учетом ^, м/сут kпри100С, определенный в трубке Каменского, м/сут Расхождение, %
1 10,0 3,32 3,22 3,01
2 12,3 3,12 3,16 1,28
3 13,5 3,493 3,46 0,94
4 11,8 3,45 3,44 0,29
5 12,7 2,9 2,91 0,34
6 12,0 2,736 2,795 2,15
7 12,1 3,575 3,59 0,42
8 13,5 3,224 3,18 1,36
9 12,6 2,909 2,95 1,41
10 13,0 3,259 3,15 3,34
11 12,5 3,35 3,35 0,00
Заключение
В результате проведенных расчетов можно сделать вывод, что полученные приближенные значения коэффициента фильтрации к и недостатка насыщения м определены с погрешностью 0,00 - 4,00 %.
То есть при проведении достаточно несложных опытно-фильтрационных опробованиях в виде наливов воды в дренирующие подсыпки (пески) можно получить фильтрационные параметры, необходимые для прогнозных оценок подтопления земель различного назначения.
Библиографический список
1. Корчевская Ю. В. Определение фильтрационных параметров грунтов методом плоскопараллельного налива при защите от подтопления // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования», 23-24 мая 2007 г. - Омск: Изд-во СиБАДИ, 2007. - Книга 1. -С. 90-93.
2. Корчевская Ю. В. Определение фильтрационных параметров методом плоскопараллельно-
го налива с учетом капиллярных свойств грунта // Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем». Часть 1. - М.: МГУП, 2006. -С. 106-109.
3. Сологаев В. И. , Корчевская Ю.В. Методика определения фильтрационных параметров грунтов методом плоскопараллельного налива // Омский научный вестник Серия Ресурсы Земли, №10 (50), декабрь 2006. - Омск - 2006 - С. 104-107.
AUTOMATION OF CALCULATION OF FILTRATIONAL PARAMETERS AT PLANE-PARALLEL NALIVE WITH APPLICATION OF COMPUTER TECHNOLOGIES
J. V. Korchevskaja
In clause{article} definition of filtrational parameters is presented at plane-parallel nalive and automation of calculation with application of computer technologies necessary at designing engineering protection against flooding.
Корчевская Юлия Владимировна - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры сельскохозяйственного водоснабжения Омского государственного аграрного университета. Исследования в области защиты от подтопления. Общее количество публикаций:18. Электронная почта: kafedra_shv@mail.ru.
УДК 624.04
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТОНКОСТЕННЫХ СВЯЗЕЙ В СОСТАВЕ ТРЕХСЛОЙНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
Д. А. Кузьмин
Аннотация. Представлена уточненная общая математическая модель работы тонкостенных холодногнутых связей в составе трехслойных бескаркасных цилиндрических покрытий в режиме продольно-поперечного изгиба. Учтено соответствие перемещений эквивалентных стержней в математической модели и действительных связей в составе покрытия.
Ключевые слова: трехслойный бескаркасный цилиндрический свод, Я-профиль, тонкостенные конструкции, продольно-поперечный изгиб стержня, критическая нагрузка.
Введение
В современной промышленности и, в частности, строительстве все большее распространение получают тонкостенные холодногнутые несущие и ограждающие конструкции трапециевидного профиля. В 50-х гг. прошлого столетия на Западе впервые возникли бескаркасные цилиндрические своды из тонкостенных профилированных листов. В 1999 году ЦНИИСКом им. Кучеренко в Москве с целью возможности применения таких конструкций в регионах с суровым климатом бы-
ло предложено использовать трехслойные цилиндрические бескаркасные своды [1,2].
Трехслойный цилиндрический бескаркасный свод представляет собой два слоя коаксиальных арочных профилированных заготовок, соединенных между собой с помощью прогонов в виде тонкостенных холодногнутых связей (рис. 1). Такое конструктивное решение позволяет размещать между внешним и внутренним слоями свода эффективный утеплитель требуемой толщины.
