CC BY
16
УДК 627 DOI: 10.22227/1997-0935.2018.5.633-642
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ
БЕТОНОПЛЕНОЧНОЙ ОБЛИЦОВКИ С ЗАКОЛЬМАТИРОВАННЫМИ ШВАМИ С УЧЕТОМ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОСНОВАНИЯ1
Ю.М. Косиченко, О.А. Баев, А.Ю. Гарбуз
Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации (РосНИИПМ), 346400, Ростовская обл., г. Новочеркасск, Баклановский пр-т, д. 190
Предмет исследования: расчет фильтрации через бетонопленочные облицовки с последующим формированием эпюр избыточного давления при кольматировании швов. Рассматриваемый случай водопроницаемости закольматиро-ванного шва облицовки относится к двухслойной среде с закольматированным экраном и подстилающим основанием, в которых могут формироваться три типа эпюр избыточного давления в зависимости от соотношения коэффициентов фильтрации грунта основания и закольматированного слоя.
Цели: исследование случаев водопроницаемости закольматированного шва облицовки в двухслойной среде, где верхний слой представляет собой грунтовый закольматированный экран, в котором могут формироваться три типа эпюр избыточного давления в зависимости от соотношения коэффициентов фильтрации грунта основания и закольматированного слоя.
Материалы и методы: рассмотрены зависимости удельного расхода через закольматированный шов. Результаты: в расчетных случаях водопроницаемости закольматированного шва установлено, что при соотношении коэффициентов фильтрации грунта основания и закольматированного слоя o = k:r/kiin получены следующие значения: при условии а < избыточное давление будет положительно и фильтрация в основании будет проходить с полным насыщением пор водой; при с = ст|(, эпюра соответствует такой степени закольматированности шва, при котором избыточное давление по его подошве падает до нуля; при а > сг1Т. будет иметь место отрицательное избыточное давление (т.е. вакуум), где фильтрация с полным заполнением пор переходит в движение с неполным их заполнением. Выводы: полученное значение скорости растекания фильтрационного потока под закольматированным швом в первом случае при с < 2,? составляет k > ир:|1 (1,0 > 0,274 м/сут), во втором при <j = 2,5 - i,p = (1,0 = 1,02 м/сут), в третьем при о > 2,5 - к1р < и^ (1,0 < 2,48 м/сут). Эти данные подтверждают характер фильтрации в грунте основания под швом: в первом случае — с полным насыщением пор, во втором случае наблюдается граница перехода от полного насыщения грунта к неполному, в третьем случае с неполным насыщением грунта основания, что соответствует ранее установленным представлениям о характере фильтрации для инфильтрационных бассейнов.
КЛЮчЕВыЕ СЛОВА: водопроницаемость, бетонопленочная облицовка, закольматированные швы, противофиль-трационное покрытие, кольматация, коэффициент фильтрации
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Косиченко Ю.М., Баев О.А., Гарбуз А.Ю. Особенности расчета водопроницаемости бетонопленочной облицовки с закольматированными швами с учетом проницаемости основания // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. Вып. 5 (116). С. 633-642. DOI: www.dx.doi.org/10.22227/1997-0935.2018.5.633-642
FEATURES OF PERMEABILITY CALCULATION FOR T
CONCRETE-LINED FACING WITH SEALED SEAMS TAKING INTO ACCOUNT THE GROUND PERMEABILITY
Yu.M. Kosichenko, O.A. Baev, A.Yu. Garbuz Q
Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems (RSRIMP), ^
190 Baklanovskiy av., Novocherkassk, Rostov region, 346400, Russian Federation O
1
Subject: calculation of filtration through concrete-lined facings with the subsequent construction of diagrams of excess y
pressure when sealing the seams. The considered case of water permeability of the sealed seam of the facing refers to a two-layer medium with a sealed screen and an underlying base in which three types of excess pressure diagrams can be f formed depending on the ratio of the filtration coefficient of the ground-soil to that of the sealed layer. Research objectives: investigation of cases of water permeability of the sealed seam of the facing in a two-layer medium «< where the top layer constitutes a sealed screen of soil in which three types of excess pressure diagrams can be formed depending on the ratio of the filtration coefficient of the ground-soil to that of the sealed layer. Materials and methods: dependencies of specific flow through the sealed seam are considered.
DO
О X 5
1
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки моло- ф
дых российских ученых — кандидатов наук (МК-33.04.2018.8).
© Ю.М. Косиченко, О.А. Баев, А.Ю. Гарбуз
633
Results: for the analyzed cases of water permeability of the sealed seam, it was established that for the ratio of ground soil filtration coefficient to that of the sealed layer <j = A„/k^ the following values are obtained: 1) when a<ol;, the excess pressure would be positive and the filtration in the foundation would proceed with complete saturation of pores with water; 2) when <r = (t,„ , the diagram corresponds to such a degree of seam sealing, at which the excess pressure at its base falls to zero; 3) when ct > u , there is a negative excess pressure (i.e., vacuum), and the filtration with full pore saturation transitions to motion with partial saturation of pores.
Conclusions: The obtained value of the speed of spreading of seepage flow under the sealed seam in the first case when a < 2.5 is kn > (1,0> 0.274 m/day), in the second case when <j = 2.5 - ilp = o^ (1.0 s 1.02 m/day), and in the third case, when a >2.5 - Alp <uiK1 (1.0 < 2.48 m/day). These data confirm the nature of the filtration process in the ground-soil under the seam: in the first case — with complete saturation of pores, in the second case, there is a boundary with the transition from complete saturation of the soil to partially saturated soil, and in the third case — with partial saturation of the ground-soil, which corresponds to previously established concepts of filtration nature for infiltration basins.
KEY WORDS: water permeability, concrete-lined facing, sealed seams, anti-filtration coating, sealing, filtration coefficient
FOR CITATION: Kosichenko Yu.M., Baev O.A., Garbuz A.Yu. Osobennosti rascheta vodopronitsaemosti betonoplenochnoy oblitsovki s zakol'matirovannymi shvami s uchetom pronitsaemosti osnovaniya [Features of permeability calculation for concrete-lined facing with sealed seams taking into account the ground permeability]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2018, vol. 13, issue 5 (116), pp. 633-342. DOI: www.dx.doi.org/10.22227/1997-0935.2018.5.633-642
ВВЕДЕНИЕ
Расчеты водопроницаемости облицовок каналов играют важную роль при оценке потерь воды на фильтрацию и определении их коэффициента полезного действия (КПД), по которому устанавливают эффективность эксплуатации каналов гидромелиоративных систем.
Так, установлено, что КПД облицовок каналов оросительных систем юга России составляет: для магистральных каналов — 0,87; для распределительных — 0,85. Такие значения КПД каналов в облицовке значительно ниже требований норм2, согласно которым их значения должны быть не менее 0,90.. .0,93.
В процессе эксплуатации облицовки происходит разрушение материала заделки шва (например, цементно-песчаного, битумного или битумно-по-лимерного состава), что, в свою очередь, приводит к естественной кольматации шва мелкими частицами1 ми ила или наносами, которые переносятся потоком т- воды в руслах каналов. Процесс естественной коль-матации может быть достаточно длительным в зави-•Л симости от мутности воды и составлять от несколь-^ ких месяцев до нескольких лет. При искусственной ^ кольматации русел каналов этот процесс сокращает-2 ся на срок от нескольких дней до нескольких недель. Ю Как известно, для повышения КПД каналов РО применяются бетонные облицовки и особенно так называемые комбинированные, включающие Ц защитное бетонное покрытие и противофильтра-Н ционный экран из полимерных материалов (по-^ лимерной геомембраны из полиэтилена низкого и высокого давления), которые называют бетоно-2 пленочными облицовками.
£ Бетонопленочные облицовки с использованием геомембран обеспечивают высокий противофиль-
н
о -
® 2 СП 100.13330-2016. Мелиоративные системы и соору-ш
жения.
трационный эффект, достигающий 95.97 %. Тем не менее, при наличии повреждений противофиль-трационного элемента бетонопленочной облицовки их противофильтрационный эффект может снижаться на 3.5 %.
В связи с этим представляет значительный интерес изучение водопроницаемости таких облицовок, в том числе и влияния закольматированных швов на снижение утечек через них, а также процесса неполного насыщения пор грунта водой с образованием явления вакуума по подошве облицовки.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Исследованиями водопроницаемости облицовок каналов с бетонным, железобетонным, бето-нопленочным покрытием занимались многие ученые [1-13]. Такие исследования водопроницаемости облицовок проводились либо в натурных условиях методом фильтромеров и отсеков, либо расчетами по теоретическим или эмпирическим формулам [7, 14].
Накопленный опыт исследований водопроницаемости облицовок позволил установить осреднен-ные значения коэффициентов фильтрации бетонных и бетонопленочных покрытий или их удельные потери (расходы) с 1 м2. При этом основными путями потери воды на фильтрацию через железобетонные облицовки являются швы [15].
Исследования водопроницаемости бетонных облицовок при наличии в них трещин были выполнены в результате проведенной расчетной оценки [16], а бетонопленочных облицовок с закольма-тированными швами при длительной эксплуатации оросительных каналов — путем теоретического решения методом конформных отображений [6]. Установлено, что для глинистых экранов, а также для песчаных грунтов при их кольматации на их поверхности образовывалась илистая пленка, которая приводила
С.633-642
к появлению отрицательного избыточного давления (вакууму) [17-19].
Однако, несмотря на проведенные исследования водопроницаемости бетонопленочных облицовок, требуется дальнейшее изучение особенности фильтрации через такие облицовки с последующим формированием эпюр избыточного давления при кольматировании швов. При рассмотрении таких вопросов будем использовать расчетные формулы удельного расхода фильтрации через закольматиро-ванный шов, полученные авторами [6].
Целью настоящих исследований является изучение особенностей водопроницаемости заколь-матированного шва облицовки в двухслойной среде, где верхний слой представляет собой грунтовый за-кольматированный экран, а нижний слой — грунтовое основание, в которых могут формироваться различные эпюры избыточного давления.
материалы и методы
Рассматриваемый случай бетонопленочной облицовки с закольматированным швом можно отнести к двухслойной среде с закольматированным экраном и основанием.
На рис. 1 представлена расчетная модель водопроницаемости закольматированного шва облицовки и эпюры пьезометрического напора и избыточного давления, которые формируются в закольматирован-ном шве и основании облицовки.
Объектом исследования является расчетная модель закольматированного шва облицовки, представляющая собой двухслойную среду, состоящую из грунтового закольматированного экрана и подстилающего грунта основания, где формируются различные эпюры избыточного давления. При этом здесь возможны три типа эпюр: с положительным, нулевым и отрицательным знаком избыточного давления.
Особенность фильтрации через закольматиро-ванный шов бетонопленочной облицовки обусловлена ее конструкцией. Во-первых, герметизация стыков облицовки выполняется только с целью закрытия шва в основном наиболее дешевым це-ментно-песчаным составом, который через 5-10 лет разрушается, что приводит к оголению полимерного противофильтрационного элемента в виде полиэтиленовой пленки или геомембраны. Ввиду этого возможны механические повреждения полимерного элемента или его разрушение вследствие деструкции полимера под воздействием ультрафиолетового воздействия. Таким образом, фильтрация через бетоно-пленочную облицовку может происходить локально только в местах разрушенных и закольматированных швов через область кольматирующего материала 1 с коэффициентом фильтрации kкол и далее через повреждение полимерного экрана в грунт основания с коэффициентом фильтрации k , где формируется
область фильтрации в виде напорно-безнапорного потока с кривыми свободной поверхности.
Для изучения водопроницаемости закольмати-рованного шва облицовки используется расчетный метод, который базируется на ранее полученном решении авторов [6], а также ряда теоретических зависимостей, найденных с помощью методов теории фильтрации (метода конформных отображений и годографа скорости).
результаты исследований
Последовательность выполнения исследований на расчетной модели закольматированного шва для выбранных общих условий с = k / k ^ с
А ^ гр кол кр
и hl^.0 (при с < скр (И > 0) — эпюра 1; с = с (И1 = 0) — эпюра 2; с > скр (И1 < 0) — эпюра 3) и исходных данных (И., 5 , 5 , т, k , k , l ) состоит
4 о^ шв ^ кож шву
в следующем:
• определяется пьезометрический напор на границе закольматированного слоя в шве и грунта основания й1;
• затем вычисляется фильтрационный расход через закольматированный шов
• определяется скорость фильтрации через закольматированный шов и ;
А шв7
• находится средняя скорость растекания фильтрационного потока в грунте основания и ;
раст7
• по результатам проведенных расчетов сравниваются значения скорости растекания и и коэф-
А А раст т
фициента фильтрации грунта основания а также значения пьезометрического напора в шве И1 и делаются выводы (при ^ > ираст и И1 > 0 будет происходить фильтрация через шов с полным насыщением пор; при = ираст и И1 = 0 и наблюдается граница перехода от полного насыщения к неполному; при k < и и И, < 0 — с неполным насыщением грунта
гр раст 1 А ^
основания).
Анализ исследований двухслойной грунтовой толщи [18-21] показал, что в случае, когда верхний слой малопроницаемый, а нижний — более проницаемый с коэффициентами фильтрации < ^ формируется три типа эпюр избыточного давления (см. рис. 1, б) в зависимости от соотношения коэффициента фильтрации грунта основания ^ и коэффициента фильтрации в закольматированном слое k , т.е. с=k /k : первый — при с < с , где И. > 0;
кож гр кол А А кр 1 7
второй — при с = с, где = 0; третий — при с > с, где И1 < 0 (здесь скр — критическое значение отношений коэффициентов фильтрации при переходе от полного насыщения пор грунта водой к неполному).
В первом случае избыточное давление положительно и фильтрация в подстилающем основании будет проходить с полным насыщением пор водой, а во втором — эпюра соответствует такой степени закольматированности шва, при котором избыточное давление по его подошве падает до нуля. В третьем случае (при наличии сильномалопроницае-
00
Ф
0 т
1
О <
Т
0 <
1 <
00 г
3
у
о <
5
Слой воды / Water layer
Х-
Эпюра пьезометрического напора / Piezometric head diagram
Эпюра избыточного давления/ Excess pressure 1 diagram
Грунтовое основание / Foundation bed
а / a
б / b
Рис. 1. Расчетная схема бетонопленочной облицовки с закольматированным швом: а — схема облицовки; б — эпюры пьезометрического и избыточного давления
Fig. 1. Calculation model for a concrete-lined facing with a sealed seam: a — lining scheme; b — diagrams of piezometric and excess pressure
(O
1Л
X
О >
с
tt
<0
S о
H >
О
X
s
I h
О Ф
to
мого закольматированного слоя в шве облицовки) получится эпюра с отрицательным избыточным давлением, т.е. возникнет вакуум в подстилающем основании грунта к ) где фильтрация с полным заполнением пор переходит в движение с неполным их заполнением.
Согласно расчетной схеме (см. рис. 1) приведем расчетные зависимости удельного расхода через закольматированный шов для первого фрагмента, а в подстилающем основании — для второго фрагмента.
Фильтрационный расход для первого фрагмента определяем по зависимости [6]:
(1)
где ^ — коэффициент фильтрации закольматиро-ванного слоя шва, м/с; к0 — глубина воды в канале, м; 5о — толщина облицовки, м; к1 — пьезометрический напор на границе 2-2 закольматированно-го шва и грунта основания (см. рис. 1), м; К(к2), К' ) — полные эллиптические интегралы первого рода; /шв — длина шва, м.
Расчетная схема для определения пьезометрического напора в щели экрана из геомембраны при V*™ - представлена на рис. 1.
Для случая, когда Т > /?„ + 5(1, считаем, что Т —>00.
Для второго фрагмента расход определяем по формуле из работы [22]
_ Чр(А + и,)!ш
Arsh(l/-v/oM)
(2)
где Н — высота капиллярного вакуума грунта, м, Н = (0,3 - 0,6)к , к — высота капиллярного поднятия в грунте основания, м.
Вместо зависимости (1) используем нижеследующие приближенные формулы [6]:
% =
(fy) +5о
In{4/jfc,)
(3)
где = £,sn
о '
; k2, kj — модули эллип-
тических интегралов; sn(z) — эллиптический синус при аргументе г; 5шв — ширина шва облицовки, м.
При —> оо зависимость для модуля эллиптического интеграла к2 упрощается в следующем виде:
= к, stn
/ \ пт
25.,
(4)
(5)
Модуль ^ находим из уравнения Тогда формула (3) получит следующий вид [6]:
%
In
4/ к sin
f \ Km
425in»y
(6)
При малых значениях ширины щели в полимерном экране (тп —> 0):
При 5о / 5шв > 1,0 используем следующую приближенную формулу:
%
1п
тг5„ / , ( юл ехр—- / вит 5 / I 25
шв / \ шв
(8)
Используя обратные представления экспоненциальной и логарифмической функции при больших значениях аргументов, зависимость (8) запишем следующим образом:
%
ЛгзЬ , иб / . ( \ 71/71
СП — / 5111
5ш» /
(9)
ЛгзИ
, я8„ . . ( топ сИ " ь^г I г
5...../ 25.....
АгйИ^/л/^ГЛ)'
(10)
Проведя некоторые преобразования в формуле (10), получим:
^АгзЬ^/т/о
7X6,..
-1тА'1рЯк АгбИ
сЬ
/ос — 1 ] л т
51П
= к ггА".,., АгзЪ
(1¡^г-
2ёи
+й1лЛ|?АгзЬ
сИ
л5.
51П
1 +
том
2-5
пк, Н АтъЬ
< , кб ^
с*--»
О..,.
25.,,
/а—1
+ лА, А^Ь
сА—» ь.....
ТГЯ)
;т
26..
(А0+5о)Аг511
1
л/аМ
- стЯ АгеЬ
( тс5 ^ ся-8,„
Л, =■
МП
25,.
ЛгеИ
+ стАгзЬ
Г , я8 ) §
Теперь, приравнивая выражения (9) и (2) из условия равенства расхода в первом и втором фрагментах (т.е. когда ^ = <у|]: ). найдем неизвестный параметр h1 из следующего уравнения:
где с = к / к .
гр кол
Для определения средней скорости фильтрации в закольматированном шве ишв, м/с, воспользуемся следующей формулой:
(13)
Среднюю скорость вертикальной фильтрации в грунтовом основании найдем, исходя из средней ширины зоны растекания потока Вр К1, м, как в формуле фильтрационного расхода [23, 24] для канала или плоской щели в пленочном экране [22]:
где в — коэффициент растекания в зависимости от типа грунтов, р = 0,01... 1,5 ; Н — капиллярный вакуум грунта основания, м.
С учетом вышеизложенного среднюю скорость фильтрации в грунте основания определяем приближенно как:
(15)
где —средняя ширина зоны растекания фильтрационного потока под облицовкой, м, определяемая по формуле (14).
Для подтверждения указанных трех типов эпюр избыточного давления рассмотрим расчеты по вышеприведенным формулам (1) - (15) для следующих условий и исходных данных: а) к /к < 2,5; h. > 0; б) к/ к = 2,5; hl = 0; в) к/ к >2,5;;/?, < 0.
1 7 ' гр кол ^ 7 1 7 ' гр кол 7 7 1
Исходные данные: И0 = 3,0 м; 5о = 0,10 м; 5 = 0,05 м; т = 0,005 м; к = 1,0; 0,4; 0,1 м/сут;
шв ' 7 7 7 кол 7 7 7 7 7 ¿7
к = 1 м/сут, Н = 0,5 м; а = 1,005; I = 1,0 м.
гр 7 к 7 7 77 шв ^
а) если с = к /ккол = 1 < 2,5 (Нх > 0), получим
Формула для определения параметра к1 будет иметь следующий вид:
( , *5 ^ о...
К = -
31П
26 ,„
(11)
5„_
пт
1-
25....
(3,0 + 0,1)-АггИ
71,005-1
1 -0,5-АгеИ
После сокращения п, обозначая с=к /к , за-
А ' гр кол'
пишем формулу для расчета напора hl в месте щели в виде
Ы1
3^14-0,1
0,05
3,14-0,005 2-0,05
Агей
( ^3,140,1 сп -
+1 ■ АгэИ
^1,005-1 (3,0 + 0,1}-3,343-1-0,5-8,132
0,05
3,14-0,005
= 0,548 м ;
(12)
00
Ф
0 т
1
О У
Т
0
1
(л)
В
г
3
у
о
X 5
^раст
9Ф
0,985
3,6-1,0
м/сут,
сИ
к =-
23
Агв1н , 1+оАгзЬ
ЯН)
i-
25....
(3,0 + 0,1)АЫ1
005-1
-2,5 0,5АгзЬ
( , 3,14 0,1 > сЬ
0,05
. 3,14-0,005
5111-
2 0,05 )
АгэИ
1
+ 2,5АгзЬ
. 3,14-0,005
ЯП
^ ,/1,005-1
2-0,05
(3,0+0,1)-3,343-2,5-0,5-8,132 _ 0,198
сИ
3,14-0,1 0,05
3,343 + 2,5-8,132
23,67
= 0,0084 а 0 м;
(О
ш
о >
с а
(О ^
2 о
н *
о
X 5 I н
о ф
" Р №+5в+Л.) 0,478
0,13(3,0 + 0,1 + 0,5)
= 1,02 м/сут.
В результате выполненных расчетов следует, что k = и (1,0 ~ 1,02 м/сут), к, = 0, т.е. в этом
гр раст 47 ' \ 7
случае будет наблюдаться фильтрация грунта основания с неполным насыщением водой.
в) если с = k / k = 1/0,1 = 10 > 2,5, (к, < 0),
' гр кол ' 7 7 4 1 /7
тогда
гд е , = р (Ап + 6„ + Я я) = 1,0 - (3,0 + 0,1 + 0,5) =
Из вышеприведенных расчетов следует, что k > и (1,0 > 0,274 м/сут), к, = 0,548 м, т.е. в этом
гр раст у ^ ^ 1 ^ ^
случае фильтрация через закольматированный шов будет проходить с полным насыщением пор грунта основания водой.
б) если с=^ / ^ол = 1/4 = 2,5, (к1 = 0), тогда
л5„
и^-г -
0,134
= 2,48 м/сут.
0,015(3,0 + 0,1 + 0,5) По результатам проведенных расчетов получим k < и (1,0 < 2,48 м/сут), к, = -0,358 м, т.е. в этом
гр раст ' ? ?
случае будет наблюдаться фильтрация грунта основания с неполным насыщением водой.
В табл. приведены сводные результаты расчетов характеристик водопроницаемости для заданных параметров бетонопленочной облицовки при отношении коэффициентов фильтрации с = k / k от 1,0 до 10,0.
Представленные в таблице варианты расчетных случаев показывают, что в зависимости от исходных данных возможны три типа значений коэффициентов фильтрации: менее 2,5; ноль; более 2,5, при которых соответствующий остаточный пьезометриче-
Сравнение расчетных случаев водопроницаемости закольматированных швов бетонопленочной облицовки
Comparison of calculated cases of water permeability of sealed seams of concrete-lined facing
Расчетный случай / Considered case Исходные данные / Given data Расчетные данные / Calculated data Сравнение характеристик / Comparison of characteristics Характер фильтрации в грунте/ Type of filtration in the soil
k , кол' м/сут k , гр' м/сут k /k кг кол h1, м м/сут v , шв' м/сут v, раст' м/сут h1 < 0 h1 > 0 k > гр v раст k < гр v раст
а < 2,5 1,0 1 1,0 0,584 0,985 19,70 0,274 h1 > 0 k > Ф v раст С полным насыщением пор / With complete saturation of pores
а = 2,5 0,4 2,5 0 0,478 9,57 1,02 h1 = 0 k = Ф v раст Граница перехода к неполному насыщению / Boundary of transition to partial saturation
а > 2,5 0,1 10,0 -0,358 0,134 2,67 2,48 h1 < 0 k < Ф v раст С неполным насыщением пор / With partial saturation of pores
ский напор будет следующим: h > 0, h = 0, h < 0. При этом для этих случаев фильтрационный расход через шов облицовки снижается от максимального значения (при h > 0) до некоторого минимального значения (при h < 0), когда наблюдается вакуум (отрицательное давление по подошве облицовки). Отмеченные закономерности фильтрации полностью соответствуют ранее установленным результатам фильтрации для двухслойных и трехслойных сред [17-21].
ВЫВОДЫ
1. Проведенные авторами исследования показывают, что при фильтрации через закольматирован-ный шов облицовки при отношении коэффициентов фильтрации с < 2,5 эпюра пьезометрического давления во всем диапазоне положительна; при с = 2,5 — эпюра давления выше подошвы облицовки положительна, а ниже под облицовкой нулевая; при с > 2,5 — эпюра давления непосредственно в за-кольматированном шве переходит от положитель-
ного к отрицательному значению, что обусловлено образованием на подошве облицовки вакуума.
2. В качестве критерия перехода режимов фильтрации от положительного значения к отрицательному можно принять отношение коэффициентов фильтрации с = k / k с критическим значением,
т А гр кол А '
составляющим скр = 2,5.
3. Полученное значение скорости растекания фильтрационного потока под закольматированным швом (см. табл.) в первом случае, при с < 2,5, составляет k > и (1,0 > 0,274 м/сут), во втором, при
гр раст ' 171
с = 2,5, — k = и (1,0 = 1,02 м/сут), в третьем, при
гр раст
с > 2,5, — k < и (1,0 < 2,48 м/сут). Эти данные
гр раст у ' ' ^ '
также подтверждают характер фильтрации в грунте основания под швом: для первого случая — с полным насыщением пор, для второго случая наблюдается граница перехода от полного насыщения грунта к неполному, для третьего случая — с неполным насыщением грунта основания, что соответствует ранее установленным представлениям о характере фильтрации [18, 19] для инфильтрационных бассейнов.
литература
1. Алимов А.Г., Гольденберг Э.И., Иванов В.М. Натурные исследования противофильтрационных одежд оросительных каналов // Гидротехника и мелиорация. 1977. № 8. С. 33-38.
2. Горбачев Р.М. Натурные определения фильтрации из каналов, экранированных бетонопленочной облицовкой // Труды Средазгипроводхлопка. 1974. № 5. С. 108-113.
00
Ф
0 т
1
S
*
о
У
Т
о 2
(л)
В
г
3 У
о *
5
<0
Ш X
о >
с
ю
<0
2 о
н >
О
X S I h
О ф
3. Косиченко Ю.М. Расчет противофильтра-ционной эффективности облицовок с пленочными экранами // Гидротехническое строительство. 1983. № 12. С. 33-38.
4. Косиченко Ю.М. Обеспечение противофиль-трационной эффективности и надежности облицовок оросительных каналов // Доклады ВАСХНИЛ. 1988. № 3. С. 41-43.
5. Косиченко Ю.М. Исследования фильтрационных потерь с каналов оросительных систем // Мелиорация и водное хозяйство. 2006. № 6. С. 24-25.
6. Косиченко Ю.М., Баев О.А., Гарбуз А.Ю. Оценка водопроницаемости бетонопленочной облицовки с закольматированными швами при длительной эксплуатации // Вестник МГСУ. 2016. № 7. С. 114-133.
7. Ищенко А.В. Повышение эффективности и надежности противофильтрационных облицовок оросительных каналов. Ростов-на-Дону, 2006. 211 с.
8. Гвенетадзе А.Р. Долговечность пленочных экранов в облицовках каналов // Гидротехника и мелиорация. 1979. № 5. С. 23-25
9. Елшин И.М. Применение полимерных материалов для облицовок гидросооружений ирригационных систем: автореф. дис. ... докт. техн. наук. Л., 1974. 54 с.
10. Олехнович В.А., Куделя Г.М., Милешин В.В. Исследование фильтрационных потерь из облицованных каналов с пленочным экраном // Мелиорация и водное хозяйство. 1964. № 30. С. 116-132.
11. Резник В.Б. Новые материалы и конструкции на основе полимеров в водохозяйственном строительстве. Киев : Будiвельник, 1987. 176 с.
12. Ворошнов С.Н., Сухоруков П.А., Топ-чий С.Л., Чернышевская Л.Е. К вопросу о противо-фильтрационной эффективности бетонопленочных облицовок оросительных каналов // Тезисы докладов третьей научно-производственной конференции по проектированию, строительству и эксплуатации оросительных систем в Поволжье. Волгоград, 1976. С. 237-238.
13. Абелишвили Г.В., Разумовская М.Р., Жорда-ния Т.Г. Роль фильтрации через трещины и пути повышения водопроницаемости бетонных облицовок
каналов // Труды координационных совещаний по гидротехнике. 1971. № 68. С. 204-208.
14. Алтунин В.С., Бородин В.А. и др. Защитные покрытия оросительных каналов. М. : Агропромиз-дат, 1988. 160 с.
15. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Анискин Н.А. и др. Гидротехнические сооружения (речные). Ч. 2. М. : Изд-во АСВ, 2011. С. 326-327.
16. Косиченко Ю.М., Гарбуз А.Ю. Расчетная оценка водопроницаемости трещин бетонных облицовок каналов на основе гидравлических методов // Природообустройство. 2017. № 5. С. 34-42.
17. Пикалов Ф.И., Неговская Т.А., Калтаго-ва М.Г. и др. Способы борьбы с потерями воды на фильтрацию из оросительных каналов / под ред. Ф.И. Пикалова. М. : Всесоюз. науч.-исслед. ин-т гидротехники и мелиорации, 1952. 119 с.
18. Бурчак Т.В. Искусственное пополнение подземных вод. Расчет бассейнов и их систем. Киев : Будiвельник, 1986. 120 с.
19. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М. : Наука, 1977. 664 с.
20. Каменский Г.Н. Основы динамики подземных вод. М., 1943. 248 с.
21. Пустыльников Я.А. Изучение фильтрации воды из экранированных каналов : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Ташкент, 1966. 21 с.
22. Косиченко Ю.М., Бородин В.А., Ищенко А.В. Инструкция по расчету водопроницаемости и эффективности противофильтрационных облицовок каналов. М. : Союзгипроводхоз, ЮжНИИГиМ, 1984. С. 26-72.
23. Аверьянов С.Ф. Фильтрация из каналов и ее влияние на режим грунтовых вод. М. : Колос, 1982. 237 с.
24. Киселев П.Г., Альтшуль А.Д., Данильчен-ко Н.В. и др. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П.Г. Киселева. 4-е изд., перер. и доп. М. : Энергия, 1972. 312 с.
25. А. с. 1760032 СССР, МПК Е03В 3/32. Способ отбора подземных вод / Бурчак Т.В., Ше-ренков И.А. № 478516; заявл. 16.10.1989; опубл. 07.09.1992, Бюл. № 33.
Поступила в редакцию 25 декабря 2017 г. Принята в доработанном виде 25 января 2018 г. Одобрена для публикации 12 февраля 2018 г.
Об авторах: косиченко Юрий Михайлович — доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации (РосНИИПМ), 346400, Ростовская обл., г. Новочеркасск, пр. Баклановский, д. 190; [email protected];
Баев Олег Андреевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации (РосНИИПМ), 346400, Ростовская обл., г. Новочеркасск, пр. Баклановский, д. 190; [email protected];
Гарбуз Александр Юрьевич — аспирант, младший научный сотрудник, Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации (РосНИИПМ), 346400, Ростовская обл., г. Новочеркасск, пр. Баклановский, д. 190; [email protected].
references
1. Alimov A.G., Gol'denberg E.I., Ivanov V.M. Naturnye issledovaniya protivofil'tratsionnykh odezhd orositel'nykh kanalov [Full-scale studies of anti-filtration garments of irrigation canals]. Gidrotekhnika i me-lioratsiya [Hydrotechnics and melioration]. 1977, no. 8, pp. 33-38. (In Russian)
2. Gorbachev R.M. Naturnye opredeleniya fil'tratsii iz kanalov, ekranirovannykh betonoplenoch-noy oblitsovkoy [Full-scale definition of filtration from canals screened by concrete-lined facing]. Trudy Sre-dazgiprovodkhlopka [Proceedings of the Sredazgipro-vodkhlopok]. 1974, no. 5, pp. 108-113. (In Russian)
3. Kosichenko Yu.M. Raschet protivofil'tratsionnoy effektivnosti oblitsovok s plenochnymi ekranami [Calculation of the anti-filtration efficiency of ob-faces with film screens]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydroengineering Construction]. 1983, no. 12, pp. 33-38. (In Russian)
4. Kosichenko Yu.M. Obespechenie protivofil'tratsionnoy effektivnosti i nadezhnosti oblitsovok orositel'nykh kanalov [Providing anti-filtration efficiency and reliability of the facing of irrigation canals]. Doklady VASKhNIL [Proceedings of the AllUnion Academy of Agricultural Sciences]. 1988, no. 3, pp. 41-43. (In Russian)
5. Kosichenko Yu.M. Issledovaniya fil'tratsionnykh poter' s kanalov orositel'nykh sistem [Investigation of filtration losses from canals of irrigation systems]. Me-lioratsiya i vodnoe khozyaystvo [Melioration and water management]. 2006, no. 6, pp. 24-25. (In Russian)
6. Kosichenko Yu.M., Baev O.A., Garbuz A.Yu. Ot-senka vodopronitsaemosti betonoplenochnoy oblitsovki s zakol'matirovannymi shvami pri dlitel'noy ekspluatat-sii [Water permeability assessment of a concrete-foam lining with collimated seams in case of long-term operation of channels]. VestnikMGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 7, pp. 114-133. (In Russian)
7. Ishchenko A.V. Povyshenie effektivnosti i nadezhnosti protivofil'tratsionnykh oblitsovok orositel'nykh kanalov [Increase of efficiency and reliability of anti-filtration facing of irrigation canals]. Rostov-na-Donu, 2006. 211 p. (In Russian)
8. Gvenetadze A.R. Dolgovechnost' plenochnykh ekranov v oblitsovkakh kanalov [Durability of film screens in the lining of canals]. Gidrotekhnika i melio-ratsiya [Hydrotechnics and melioration]. 1979, no. 5, pp. 23-25. (In Russian)
9. Elshin I.M. Primeneniepolimernykh materialov dlya oblitsovok gidrosooruzheniy irrigatsionnykh system : avtoref dis. ... dokt. tekhn. nauk [Application of polymeric materials for the lining of hydraulic structures of irrigation systems : author's abstract of the thesis of doctor of technical sciences]. Leningrad, 1974. 54 p. (In Russian)
10. Olekhnovich V.A., Kudelya G.M., Mile-shin V.V. Issledovanie fil'tratsionnykh poter' iz oblitsovannykh kanalov s plenochnym ekranom [Investigation of filtration losses from lined canals with the film screen]. Melioratsiya i vodnoe khozyaystvo [Melioration and water management]. 1964, no. 30, pp. 116-132. (In Russian)
11. Reznik V.B. Novye materialy i konstrukt-sii na osnove polimerov v vodokhozyaystvennom stroitel'stve [New materials and designs based on polymers in water construction]. Kiev, Budivel'nik, 1987. 176 p. (In Russian)
12. Voroshnov S.N., Sukhorukov P.A., Top-chiy S.L., Chernyshevskaya L.E. K voprosu o protivofil'tratsionnoy effektivnosti betonoplenochnykh oblitsovok orositel'nykh kanalov [On the question of the anti-filtration efficiency of concrete-lined facing of irrigation canals]. Tezisy dokladov tret'ey nauch-no-proizvodstvennoy konferentsii po proektirovani-yu, stroitel'stvu i ekspluatatsii orositel'nykh sistem v Povolzh'e [Theses of the reports of the third scientific and industrial conference on the design, construction and operation of irrigation systems in the Volga region]. Volgograd, 1976, pp. 237-238. (In Russian)
13. Abelishvili G.V., Razumovskaya M.R., Zhor-daniya T.G. Rol' fil'tratsii cherez treshchiny i puti povysheniya vodopronitsaemosti betonnykh oblitsovok kanalov [Role of filtration through cracks and ways to increase the permeability of concrete canopies of channels]. Trudy koordinatsionnykh soveshchaniy po gidrotekhnike [Proceedings of coordination meetings on hydraulic engineering]. 1971, no. 68, pp. 204-208. (In Russian)
14. Altunin V.S., Borodin V.A. et al. Zashchitnye pokrytiya orositel'nykh kanalov [Protective coating of irrigation canals]. Moscow, Agropromizdat, 1988. 160 B p. (In Russian) C
15. Rasskazov L.N., Orekhov V.G., Aniskin N.A. H et al. Gidrotekhnicheskie sooruzheniya (rechnye) [Hydraulic engineering structures (river ones)]. Part 2. Mos- * cow, Izdatelstvo Assotsiatsii stroitel'nykh vuzov Publ., r 2011, pp. 326-327. o
16. Kosichenko Yu.M., Garbuz A.Yu. Raschet- W naya otsenka vodopronitsaemosti treshchin beton- O nykh oblitsovok kanalov na osnove gidravlicheskikh g metodov [Rated estimation of water permeability of 1 cracked concrete facing of channels based on hydraulic W methods]. Prirodoobustroystvo [Environmental Engi- ^ neering]. 2017, no. 5, pp. 34-42. (In Russian)
17. Pikalov F.I., Negovskaya T.A., Kaltagova M.G. C et al. Sposoby bor'by s poteryami vody na fil'tratsiyu X iz orositel'nykh kanalov [Methods of combating water W losses for filtration from irrigation canals]. Moscow, All- 1 Union. Scientific and Research Institute of Hydraulic 6 Engineering and Melioration, 1952. 119 p. (In Russian) w
18. Burchak T.V. Iskusstvennoe popolnenie podzemnykh vod. Raschet basseynov i ikh system [Artificial replenishment of groundwater. Calculation of basses and their systems]. Kiev, Budivel'nik, 1986. 120 p. (In Russian)
19. Polubarinova-Kochina P.Ya. Teoriya dvizheni-yagruntovykh vod [Theory of groundwater movement]. Moscow, Nauka Publ., 1977. 664 p. (In Russian)
20. Kamenskiy G.N. Osnovy dinamikipodzemnykh vod [Fundamentals of the groundwater dynamics]. Moscow, 1943. 248 p. (In Russian)
21. Pustyl'nikov Ya.A. Izuchenie fil'tratsii vody iz ekranirovannykh kanalov : avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk [Study of water filtration from shielded channels: author's abstract of the thesis of candidate of technical sciences]. Tashkent, 1966. 21 p. (In Russian)
22. Kosichenko Yu.M., Borodin V.A., Ish-chenko A.V. Instruktsiya po raschetu vodopronitsae-
mosti i effektivnosti protivofil'tratsionnykh oblitsovok kanalov [Instructions for calculating water permeability and efficiency of anti-filtration liners of canals]. Moscow, Soyuzgiprovodkhoz, YuzhNIIGiM, 1984, pp. 26-72. (In Russian)
23. Aver'yanov S.F. Fil'tratsiya iz kanalov i ee vliyanie na rezhim gruntovykh vod [Filtration from the channels and its effect on the groundwater regime]. Moscow, Kolos Publ., 1982. 237 p. (In Russian)
24. Kiselev P.G., Al'tshul' A.D., Danil'chenko N.V. et al. Spravochnikpo gidravlicheskim raschetam [Handbook of hydraulic calculations]. 4the edition. Moscow, Energiya Publ., 1972. 312 p. (In Russian)
25. Burchak T.V., Sherenkov I.A. USSR Invention certificate 1760032, IPC E03B 3/32. Sposob ot-bora podzemnykh vod [Method for the groundwater selection] ; no. 478516; claim 16.10.1989; published 07.09.1992, bul. no. 33. (In Russian)
Received January 15, 2017. Adopted in final form March 23, 2018. Approved for publication on April 12, 2018.
About the authors: Kosichenko Yuriy Mikhaylovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Scientific Officer, Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems (RSRILIP), 190 Baklanovskiy, Novocherkassk, Rostov oblast, 346400, Russian Federation; [email protected];
Baev Oleg Andreevich — Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems (RSRILIP), 190 Baklanovskiy, Novocherkassk, Rostov oblast, 346400, Russian Federation; [email protected];
Garbuz Aleksandr Yur'evich — Postgraduate Student, Junior Researcher, Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems (RSRILIP), 190 Baklanovskiy, Novocherkassk, Rostov oblast, 346400, Russian Federation; [email protected].
(O
№
O >
E
ta
<0
S o
H >
O
X
s
I h o a 10
