Расчет приточности грунтовых вод к несовершенной горизонтальной дрене методом конечных элементов (МКЭ) Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.131.6

А. Е. Гоголев, к. т. н., доцент, ВГАВТ.

603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

РАСЧЕТ ПРИТОЧНОСТИ ГРУНТОВЫХ вод К НЕСОВЕРШЕННОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ДРЕНЕ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (МКЭ)

Даная работа посвящена расчету приточности грунтовых вод к несовершенной горизонтальной дрене методом конечных элементов, что упрощает процесс проектирования дренажных систем. Выполненные данные расчета показывают хорошую сходимость с результатами, полученными по апробированной методике.

При проектировании дренажных систем для осушения подтопленных территорий очень часто используются несовершенные горизонтальные дрены, которые забирают подземные воды выше и ниже уровня расположения самих дрен.

Имеющаяся методика расчета приточности к дрене распадается на два взаимосвязанных метода. Первый метод определяет приточность воды к дрене от слоя грунтовых вод, расположенных выше дрены. В качестве расчетной методики принимается методика горизонтального совершенного дренажа. При этом определяется как доля притока грунтовых вод к дрене, так и действующий напор, который служит расчетным для учета приточности воды с нижерасположенного объема грунтовых вод. В этом расчете проводится учет осреднения линий стоков грунтовых вод от уровня залегания дренажа до уровня водоупора. Общий расход приточности грунтовых вод определяется суммированием потоков выше и ниже расположения дрен.

Указанный подход к расчету хотя и обладает простотой решения, но не позволяет оценить погрешность [1]. В результате для надежной работы дренажной системы проектировщик вынужден принимать завышенные диаметры дренажей, что в свою очередь, приводит к повышенным материальным затратам.

В представленной работе для расчета используется решение уравнения Лапласа

[1] применительно к схеме (рис):

дх ду~

где X, У - координаты, ср - потенциал.

По середине расстояния между дренами назначается потенциал У = 1. При этом верхняя граница назначается несколько ниже уровня грунтовых вод в бытовом состоянии. Далее произвольно очерчивается кривая депрессии по линии АВ, в пределах области АВСА разбивается число узлов, обеспечивающих аппроксимацию расчетной области областью конечных элементов.

В процессе расчета получается система линий равных напоров. Критерием надежности проведенного расчета является положение кривой депрессии с соответствием её уровня в положениях линий равных напоров и с учетом ее выклинивания на дренажную трубу [2]. В этом случае автоматически получается система линий равных напоров в интервале У = 0 1. Самая нижняя линяя тока получается автоматически при ее выкли-

нивании на дренажную трубу в центре её основания. При этом указанная линия может и не достигать основания водоупора. В этом случае ниже её находятся грунтовые воды, которые заполнили поры грунта, но не имеют движения в сборную дрену.

Предложенный подход к расчету может быть использован при любом залегании водоупора и, что самое главное, не предполагает его горизонтальности.

Для оценки погрешности существующего метода расчета в сравнении с предложенным даются результаты расчета при следующих данных:

С = 60 м; Н = 6 м; Т = 10 м; Кф = 10 м/час; ДцР = 0,6 м

Результаты расчета по [2] : ц = 0,0025 л/м.

Результаты расчета по предполагаемой методике ц = 0,0028 л/м.

УГВ

Рис. Схема движения грунтовых вод к несовершенной дрене 1. Кривая депрессии; 2. Дрена; 3. Линия граничного потенциала У = 1; 4. Линия граничного потенциала У- 0; УГВ - уровень грунтовых вод

Список литературы

[1] Полубаринова - Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод [текст] / П.Я. Полубаринова - Кочина. - М: Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1977.-664 с.

[2] Грацианский М.Н. Инженерная мелиорация [текст] / М.Н. Грацианский. - М: Стройиздат, 1965. - 262 с.

CALCULATION OF INLET SUBSOIL WATERS TO AN IMPERFECT HORIZONTAL DRAIN A METHOD OF FINAL ELEMENTS

A. E. Gogolev

The given work is devoted to calculation of inlet subsoil waters to an imperfect horizontal drain by a method offinal elements that simplifies process of designing of drainage systems. Performance of the given calculation shows good convergence with the results received by the approved technique.