CC BY
28«
■ ei
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОНЕЧНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ПРОСАДКИ ОСНОВАНИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Хужакулов Рустам1,
кандидат технических наук, [email protected]
Джуманазарова Алтынгуль2,
кандидат технических наук, [email protected]
1Каршинский инженерно-экономический институт (г. Карши, Узбекистан)
2Нукусский филиал Ташкентского государственного аграрного университета (г. Нукус, Узбекистан)
Аннотация. В статье приведены результаты исследований по установлению расчетных сочетаний степени увлажнения и величин напряжений при определении конечной величины просадки оснований гидротехнических сооружений ирригационных систем.
Ключевые слова: просадка, лессовые грунты, деформация грунтов, напряжения, влажность, увлажнение, фундамент, гидротехнические сооружения.
УДК 626.823.631.634:631.431
RESEARCH ON DETERMINATION OF THE FINAL SIZE OF HYDROTECHNICAL
STRUCTURES' BASES' SUBSIDENCE
Rustam Khuzhakulov1,
Candidate of Technical Sciences, [email protected]
Altyngul Dzhumanazarova2,
Candidate of Technical Sciences, [email protected]
1Karshi Engineering and Economics Institute
(Karshi, Uzbekistan)
2Nukus branch of Tashkent State Agrarian University (Nukus, Uzbekistan)
UDC 626.823.631.634:631.431
Abstract. The article presents results of studies on the establishment of design combinations of the moisture and stress values degree in determining the final value of subsidence of the bases in irrigation systems' hydraulic structures.
Key words: subsidence, loess soils, deformation of soils, stresses, humidity, moisture, foundation, hydraulic structures.
1. Введение (Introduction)
Процессы деформации и увлажнения просадочных грунтов тесно связаны друг с другом. С одной стороны, деформации просадочного грунта зависят от степени его влажности, а с другой - они серьезно влияют на закономерности процесса увлажнения массива. В связи с этим совершенствование методов расчета деформаций лессовых оснований ГТС требует
Г ТЕХНОЛОГИИ lechnologies
11
ISSN: 2658-4018 https://doi.org/ 10.35599/agritech/01.04.02
тщательного изучения процесса увлажнения массива и влияния на этот процесс специфики воздействия и ирригационных сооружений на грунт.
Характер увлажнения лессовых оснований ГТС зависит как от грунтовых условий площадки, так и от типа сооружения, его размеров в плане, давления, передаваемого сооружением на грунт, ширины зеркала воды и ее напора и т.п. Можно выделить два типа сооружений по характеру увлажнения их оснований.
2. Методы и материалы (Materials and methods)
Анализ работ [1,2,3,6,7,10] показывает, что максимальные напряжения возникают в процессе увлажнения основания на границе увлажненного и неувлажненного слоев при влажности, соответствующей критической. При дальнейшем продвижении фронта увлажнения влажность грунта на данном горизонте возрастает, но напряжения стабилизируются на более низком уровне. Следует отметить, что на окончательную величину деформации просадки в слое грунта решающее влияние имеет сочетание о и т, зависящее от свойств конкретного грунта. Это положение подтверждается различным характером деформации грунтов в зонах распределителей 4-Х и 3-Х при идентичных условиях проведения экспериментов [5,8,9].
В связи со сказанным представляется целесообразным выявить сочетание факторов (о и т,), определяющих окончательную величину деформации просадки лессовых оснований гидросооружений.
Обозначим через V соотношение относительных просадочных деформаций образцов грунта критической влажности при максимальном напряжении и грунта установившейся влажности при стабилизировавшемся напряжении в рассматриваемом слое:
где: е 1 - относительная деформация просадки слоя в условиях, соответствующих моменту концентрации напряжений на горизонте,
е 2 - относительная деформация просадки слоя в условиях соответствующих стабилизации напряжений и влажности 8.
Если значения V > 1, то это означает, что просадочные деформации при максимальных напряжениях, возникающих в условиях недоувлажненности грунта, больше, чем те, которые могли бы возникнуть в условиях стабилизации напряжений и конечной влажности. При V < 1 картина будет обратная.
Для лессовых грунтов значение вертикальных напряжений в основании сооружения могут быть определены с помощью таблицы, составленной по результатам экспериментов, о которых говорилось в [3]. Приведенные в таблице значения напряжений являются средними на конкретном горизонте в несущем столбе грунта. В таблице приводятся как максимальные, возникающие на конкретных горизонтах так и имеющие место после стабилизации напряженно-деформативного состояния массива напряжения в грунте
Напряжения на горизонтах, лежащих на значительной глубине в основании фундамента как под краем, так и под его серединой имеют близкие значения.
В слое грунта, расположенным под сооружением на глубине до 0,5 Я или 0.25 В фундамента напряжения концентрируются то под краями штампа, то под его серединой, что осложняет расчет деформаций в этом сое грунта. Такая трансформация напряжений вызывается перераспределением влаги в основании при его замачивании, о чем говорилось [2,3,7].
Вместе с тем, поскольку опытные штампы являются жесткой системой, то значения деформаций грунта под краями и центром штампа практически равны.
V = £ sl 1 / £ sl 2
(1)
■ ei
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
Исходя из этого можно записать, что для исследуемого контактного слоя мощностью Н1 = 0,5 Я или Н1 = 0,25 В величина вертикальной деформации равна:
а„
ЕР
Отсюда следует, что
Ер
Е„
(2)
(3)
т.е. в контактном слое грунта имеется прямо пропорциональная зависимость между модулем деформации и напряжением.
Сказанное, с достаточной для практики степенью точности, позволяет принимать при расчёте деформаций напряжения одинаковыми в рассматриваемом слое несущего столба грунта основания жестгого фундамента мощностью Н1.
Таким образом, напряжения в слое Н < 0,5 Я или Н < 0,25 В под подошвой фундамента, исходя из физического смысла и учитывая малую мощность слоя, целесообразно принимать при расчете деформаций равными среднему давлению на контакте фундамента и основания [11].
Для исследования деформируемости лессового грунта зоны распределителя 4-Х массива Туркменистан, в зависимости от его влажности и напряжений в нём, нами была проведена серия компрессионных испытаний при различной влажности образцов. Результаты экспериментов даны в табл.1.
Таблица 1. Величина относительной просадки при различных значениях влажности и
напряжения
10 14 18 22 26
Влажность
Напряжение, МПа £ sl, %
0,025 0,1 0,2 0,3 0,45 0,6
0,05 0,15 0,3 0,6 1,3 3,2
0,10 0,2 0,7 1,2 3,6 6,1
0,15 0,3 0,9 2,4 5,5 8,8
На основании ранее приведенных данных будем в дальнейшем считать, что максимальным, возникающим в основании фундамента (штампа) напряжениям соответствует относительная просадка грунта е 1 при критической влажности. Значения относительной просадки грунта е $I 2 определяются при а = 26% и стабилизировавшемся напряжении.
Тогда, пользуясь приведенными таблицами, можно определить значения е и е $I 2, а, следовательно, и коэффициент V для любого выбранного горизонта.
Так, через 36 часов после начала замачивания основания круглого штампа, передающего на грунт давление 0,1 МПа, приборами на глубине 1,3 м было зафиксировано максимальное напряжение Ох = 0,077 МПа. Влажность а на рассматриваемом горизонте в этот момент времени равнялось 18%. Соответствующая этим значениям Ох и а относительная просадочность грунта е 1 = 0,92 %.
Через некоторое время после прохождения фронта увлажнения через данный горизонт напряжения в грунте Ох стабилизировались и составили 0,066 МПа.
т
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
Используя приведенные выше таблицы, определим значение относительной просадочности значения е э! 2 = 4,1 %. Тогда
V =£ sl 1 / £ sl2 =0.92/4,1=0.22< 1
(4)
Для сравнения на рис.1 приведен осредненный график деформации рассматриваемого слоя грунта (125-150 см), полученный в ходе штамповых испытаний грунтов в зоне распределителя 4 - Х массива Туркменистан (кривая S sl 1).
3. Результаты (Results)
Деформации просадки в слое грунта проявились в период концентрации напряжений на горизонте. По мере падения напряжений затухает и просадка. Однако, при увеличении влажности грунта деформации вновь начинают возрастать.
Коэффициент V не всегда имеет значение меньше единицы. Его величина зависит от многих факторов: размеров фундамента, нагрузки, передаваемой фундаментом на грунт, глубины рассматриваемого горизонта, интенсивности инфильтрации воды в грунт, характеристик грунта и т.д.
Так, кривая S2 рис.1 аналогична кривой S1, но построена по результатам штамповых испытаний слабоиросадочиых грунтов (распределитель 3-Х зоны массива «Самарканд»),
Рисунок 1. Кривые деформации просадки, вертикальных напряжений и коэффициента бокового давления в слое грунта, расположенном на глубине 75-100 см в основание штампа площадью 1м2, передающего на грунт давление Р=0,15 МПа
Как видно из рисунка, деформация просадки слоя полностью прекратилась с падением напряжения на горизонте. Это соответствует тому, что в конкретных условиях коэффициент V больше единицы.
Следует отметить, что коэффициент V целесообразно определять в случаях, когда увлажняемый грунт воспринимает давление сооружения. Если происходит нагружение
Г ТЕХНОЛОГИИ lechnologies
14
ISSN: 2658-4018 https://doi.org/ 10.35599/agritech/01.04.02
заранее увлажненного лессового грунта, то концентрация напряжений, связанная с перемещением фронта увлажнения, отсутствует. В этом случае следует считать всегда V < 1.
4. Заключение (Conclusion)
1. Деформации просадочных оснований гидротехнических сооружений необходимо рассчитывать, как для условий, соответствующих периоду концентрации напряжений в процессе увлажнения грунта, так и для условий стабилизации напряжений и влажности. При этом за расчетное следует брать большее значение е sl в слое.
2. Для установления сочетания факторов, определяющих максимальную величину е sl, может быть использован коэффициент V, величина и характер изменения которого по глубине основания индивидуальны для конкретного грунта.
3. Исходя из физического смысла взаимодействия фундамента и основания можно считать напряжения в слое грунта Н <0,5R (Н <0.25В) равномерно распределенными и равными среднему давлению на контакте грунта и фундамента.
5. Конфликт интересов (Conflict of interest)
Авторы подтверждают, что представленные данные не содержат конфликта интересов
6. Благодарности (Acknowledgments)
Работа была подготовлена при поддержке Каршинского инженерно-экономического института и Нукусского филиала Ташкентского государственного аграрного университета.
Список литературы
1. Бандурин, М. А. Диагностика технического состояния и оценка остаточного ресурса работоспособности водопроводящих сооружений оросительных систем: дисс. на соискание ученой степени д. т. н. М.: МГУП, 2017. - 285 с.
2. Жакапбаева, Г. А. Совершенствование приемов проектирования сооружений оросительных систем на просадочных грунтах по совместным предельным деформациям: Автореф. дисс. на соискание ученой степени к. т. н. М.: МГУП, 2001. - 20 с.
3. Засов, С. В. Взаимодействие гидросооружений оросительных систем с просадочными основаниями: Автореф. дисс. на соискание ученой степени к. т. н. М., 1986. - 20 с.
4. Засов, С. В. Особенности напряженно-деформативного состояния лессовых просадочных оснований сооружения / С. В. Засов, Н. Н. Фролов, Р. Хужакулов // НИИТЗИ агропром Минсельхоза Российской Федерации. - M., 1996. - №-68. - ВС-96. - Деп. - 6 с.
5. Засов, С. В.Водопроводящее сооружения на просадочных грунтах / С. В. Засов, Р. Хужакулов // C6. матер. конф. КИЭИ. Карши: Насаф, 2002. - C. 147-148.
6. Мавлянов, Г. А. Инженерно-геологические свойства лессовых пород орошаемых территорий Узбекистана. Ташкент: Фан, 1974. -170 с.
7. Савватеев, С. С. Некоторые вопросы проектирования гидротехнических сооружений и расчета лессовых просадочных оснований: Автореф. дисс. на соискание ученой степени к. т. н. М.,1969. - 22 с.
8. Хужакулов, Р. Вопросы проектирования гидротехнических сооружений на просадочных грунтах на юге Узбекистана / Р. Хужакулов, С. В. Засов // C6. материалов республиканской научно-практической конференции. Карши: Каршинский инженерно-экономический институт, 2016. - C. 266-269.
9. Хужакулов, Р. Особенности инфильтрационного увлажнения грунтов из каналов и сооружений на них / Р. Хужакулов, Д. Нуров // Путь науки. - 2018. - T. 1. - № 12 (58). - C. 49-
Г ТЕХНОЛОГИИ lechnologies
15
ISSN: 2658-4018 https://doi.org/ 10.35599/agritech/01.04.02
10. Хужакулов Р. Гидротехнические сооружения ирригационных систем на лессовых просадочных грунтах Республики Узбекистан // Инновационные технологии. - 2019. - № 1 (33). - C. 52-57.
11. Водопроводящее сооружение на просадочных грунтах: пат. 4839512 СССР: SU 1 717 700 A1.
List of references
1. Bandurin, M. A. Diagnostika tekhnicheskogo sostoyaniya i otsenka ostatochnogo resursa rabotosposobnosti vodoprovodyashhikh sooruzhenij orositel'nykh sistem: diss. na soiskanie uchenoj stepeni d.t.n. [Diagnostics of technical condition and assessment of the residual service life of irrigation systems' waterworks: Thesis for the Doctor of Technical Sciences] Moscow: MGUP, 2017.
- 285 pp. (in Russian)
2. Zhakapbaeva, G. A. Sovershenstvovanie priemov proektirovaniya sooruzhenij orositel'nykh sistem na prosadochnykh gruntakh po sovmestnym predel'nym deformatsiyam: Avtoref. diss. na soiskanie uchenoj stepeni k. t. n. [Improvement of design techniques for the construction of irrigation systems on subsidence soils according to joint ultimate deformations: authors synopsis for Candidate of Technical Sciences thesis]. Moscow: MGUP, 2001. - 20 pp. (in Russian)
3. Zasov, S. V. Vzaimodejstvie gidrosooruzhenij orositel'nykh sistem s prosadochnymi osnovaniyami: Avtoref. diss. na soiskanie uchenoj stepeni k. t. n. [Interaction of hydraulic structures of irrigation systems with subsidence bases: authors synopsis for Candidate of Technical Sciences thesis]. Moscow, 1986. - 20 pp.
4. Zasov, S. V. Osobennosti napryazhenno-deformativnogo sostoyaniya lessovykh prosadochnykh osnovanij sooruzheniya [Features of the tension-strain state of loess subsidence of structure bases] / S. V. Zasov, N. N. Frolov, R. Khuzhakulov // NIITZI agroprom of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation. - M., 1996. - No.-68. - BC-96. - Dep. - 6 pp. (in Russian)
5. Zasov, S.V. Sodoprovodyashhee sooruzheniya na prosadochnykh gruntakh [Waterworks on subsidence soils] / S.V. Zasov, R. Khuzhakulov // Conference proceedings of the Karshi Engineering and Economics Institute. Karshi: Nasaf, 2002. - pp. 147-148. (in Uzbek)
6. Mavlyanov, G. A. Inzhenerno-geologicheskie svojstva lessovykh porod oroshaemykh territorij Uzbekistana [Engineering-geological properties of loess rocks of irrigated territories of Uzbekistan]. Tashkent: Fan, 1974. -170 pp. (in Russian)
7. Savvateev, S. S. [Some issues of designing hydraulic structures and calculating loess subsidence bases: Authors Abstract of Candidate of Technical Sciences Dissertation]. Moscow, 1969. -22 pp. (in Russian)
8. Khuzhakulov, R. Voprosy proektirovaniya gidrotekhnicheskikh sooruzhenij na prosadochnykh gruntakh na yuge Uzbekistana [Issues of designing hydraulic structures on subsidence soils in the south of Uzbekistan] / R. Khuzhakulov, S. V. Zasov // Conference proceedings of the republican scientific and practical conference. Karshi: Karshi Engineering and Economics Institute, 2016. - pp. 266-269. (in Russian)
9. Khuzhakulov, R. The peculiar properties of infiltration soil moisture from canals and structures on them / R. Khuzhakulov, D. Nurov // The Way of Science. - 2018. - Vol. 1. - No. 12 (58). - pp. 49-51. (in Russian)
10. Khuzhakulov, R. Gidrotekhnicheskie sooruzheniya irrigatsionnykh sistem na lessovykh prosadochnykh gruntakh Respubliki Uzbekistan [Hydrotechnical structures of irrigation systems on loess subsidence soils of the Republic of Uzbekistan] // Ikhtisodiyot vа Innovаtsion Tekhnologiyakr.
- 2019. - No. 1 (33). - pp. 52-57. (in Uzbek)
11. Vodoprovodyashhee sooruzhenie na prosadochnykh gruntakh [Waterworks on subsidence soils]: patent 4839512 USSR: SU 1 717 700 A1. (in Russian)
