CC BY
29
References
1. Voropaev G.V., Ismaiylov G.H., Fe-dorov V.M. Problemy upravleniya vodnymi resursami Aralo - Kaspijskogo regiona. / Otv. red. V.G. Pryazhenskaya. М.: Nauka, 203.427 s.
2. Teoriya prognozirovaniya i prinyatiya reshenij. М.: Vysshsaya shkola 1977. 351 s.
3. Ismajylov G.H., Vaganov G.A. Ot-senka pritoka vody k hydrouzlam Kamskogo kaskada vodohranilishch. //Prirodoobustrojst-vo. 2014. № 5. S. 66-70
The material was received at the editorial office
21.03.2017
Information about the authors Ismajylov Gabil Khudush ogly, doctor of technical sciences, professor, Chief researcher, Institute of water problems of the Russian academy of sciences; 119333, Moscow, ul. Gubkina, d.3; e-mail: [email protected]; тел. 8(963)633-2329.
Vaganov Georgij Andreevich, engineer-designer of the 1st category, Information-analytical center of register and cadastre; FSBEI HE RGAU-МАА named after C.A. Timiryazev, 127550, Moscow, ul. Pryan-ishnikova, d.19; e-mail: [email protected]; тел. 8(916)654-64-79.
УДК 502/504:626.823.91:532.5 Ю.М. КОСИЧЕНКО, А.Ю. ГАРБУЗ
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (ФГБНУ «РосНИИПМ», г. Новочеркасск, Российская Федерация
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ТРЕЩИН БЕТОННЫХ ОБЛИЦОВОК КАНАЛОВ НА ОСНОВЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
Целью исследований является получение расчетных зависимостей для определения водопроницаемости облицовки при наличии трещин, с использованием гидравлических методов. Рассмотреныдвесхемыдвижения воды через трещину: истечение ватмосферуигрунт основания при ламинарном режиме. Приведены выводы теоретических формул для расчета водопроницаемости трещин бетонных облицовок с использованием гидравлических методов. Используя уравнение Бернулли, получены расчетные зависимости удельного расхода через трещины при истечении в атмосферу и в грунт основания. На основе методов теории фильтрации даны расчетные формулы удельного расхода через закольматированные трещины при истечении в грунт основания. Найденные расчетные формулы сопоставлены с известными зависимостями Г.М. Ломизе для гладких и шероховатых трещин, а также А.Д. Альтшуля при истечении через прямоугольное отверстие. Проведенными расчетами установлено, что при кольматации трещин облицовок каналов удельный расход через трещины существенно снижается до 8 и более раз. В связи с этим самокольматацию трещин можно рассматривать как естественное противофильтрационное мероприятие.
Уравнение Бернулли, бетонная облицовка, водопроницаемость облицовки, гладкие
и шероховатые трещины, кольматация, удельный фильтрационный расход.
Введение. Бетонные облицовки каналов и лотки оросительных систем, находящиеся в эксплуатации более 30 лет, имеют значительные повреждения вследствие воздействия на бетон атмосферных факторов, перехода температуры через 0оС, когда многократно наблюдаются циклы замораживания-оттаивания, а также происходит неравномерная просадка основания. Это часто приводит к образованию и раскрытию трещин в облицовке. Длина и ширина незначительных трещин, возникших в ходе строи-
тельства, после 100 циклов замораживания и оттаивания возрастает соответственно в 2-5 и 10-30 раз[1]. При этом наиболее уязвимым элементом облицовки являются швы, которые часто разрушаются через 10-15 лет.
Особенно подвержены нарушению стыковых соединений лотковые конструкции — акведуки, консольные водосбросы (их концевая часть), лотковые оросительные каналы. В лотке в результате воздействия солнца, воды и ветра образуются волосяные трещины, которые с течением времени расширяются.
В осенний период эти трещины заполняются дождевой водой, а с наступлением морозов она превращается в лед, стремящийся расширить трещдну. В дальнейшем трещины расширяются до такой степени, что становятся сквозными, и вода из них начинает просачиваться, продолжая разрушать целостность периметра
а)
сечения лотка, а также бетонной облицовки распределительного канала (рис. 1).
Аналогичный процесс происходит на лотках, акведуках и консольных перепадах, где днище состоит из железобетонных плит, уложенных на опорные балки, которые, в свою очередь, лежат на опорных рамах.
б)
Рис. 1. Состояние бетонных облицовок оросительных каналов после их длительной эксплуатации:
а) распределительного канала; б) лоткового канала
Для выработки решений по прогнозированию образования и развития трещин необходимо изучение самого механизма образования трещин и оценка их водопроницаемости с гидравлической точки зрения.
Исследованиями водопроницаемости бетонных облицовок каналов и лотков занимались: Г.В. Абелишвили, М.Р. Разумовская [2], В.М. Рубин, А.Г. Шлаен [1], А.Г. Алимов [3], Ю.М. Косиченко[4], С.М. Полубедов [5]. Классические исследования через трещины в бетоне выполнены Г.М. Ломизе [6].
Материалы и методы. Целью настоящих исследований является получение расчетных зависимостей для определения водопроницаемости облицовки при нали-
чии трещин, с использованием гидравлических методов. Рассмотрим вначале определение удельного расхода через сквозную трещину с использованием уравнения Бер-нулли [7].
Для этого рассмотрим две схемы движения воды через трещину: истечение в атмосферу и грунт основания. В качестве расчетных схем возьмем случай истечения в атмосферу и в грунт основания.
а) Случай истечения в атмосферу (рис. 2). Истечение в атмосферу возможно для бетонных лотковых каналов, которые установлены на стойках, а также для бетонных облицовок каналов, когда под облицовкой произошла просадка основания.
Рис. 2. Расчетная схема водопроницаемости трещин облицовки
Рассмотрим вывод расчетных формул водопроницаемости [4, 5] единичной трещины шириной £ для выделенного фрагмента 1-1-2-2'.
Основные допущения:
- движение потока в трещине принимается установившимся и равномерным;
- стенки трещины параллельны между собой, а длина трещины считается бесконечной;
- истечение из трещины является свободным без учета влияния грунта основания, как при истечении в атмосферу;
- режим движения в трещине соответствует ламинарному режиму, при Ие < Кекр.
Используя известное в гидравлике уравнение Бернулли[7], запишем его с учетом рассматриваемой расчетной схемы на рисунке 2 применительно к сечению 1-1' и 2-2' относительно плоскости сравнения 0-0:
Р1 аП _ Р2 аи2 Ъ + — + —1 = Ъ + — +—2 + Л, (1)
1 _ о _ 2 _ о _ и" Ч-*-/
Рё 2g рё 2g
где Ъ2 — геометрический напор; р Р2 — гидроди-аП аиП
намическое давление; ——, —— — скоростной напор; , 2ё 2ё
пш — потери напора на преодоление сопротивления.
Принимая в уравнение (1) соглас-
р
но расчетной схеме на рис. 2^, -3, = Л0,
Р Рё
= 0, —^ = 0, и = ?,
Рё
после проведенных сокращений получим
8 + К = К, (2)
где 8о — толщина облицовки; К0 — глубина воды; — общие потери напора, которые определяются по формуле:
2 2 2
К = К + К = Лвх + Ктр +Лвых = Сх " ^ + Ср "Ц1 + Сых (3)
2ё 2ё 2ё
где Лм — местные потери напора, включающие потери на вход и выход; Лвх — потери на входе; Лвых — потери на выходе; Лтр — потери напора на трение по длине.
Запишем согласно [7]:
с=д4к <4)
где А — гидравлический коэффициент трения; Е — гидравлический радиус; Свх — коэффициент сопротивления входа; Стр — коэффициент сопротивления трения; Свых — коэффициент сопротивления выхода;
Подставляя (3) и (4) в уравнение (2) и принимая по [8]Свх = 0,5, Свых = 0, получим:
И, =Н0 + 30 = с ■ — + •—, (5) 1 0 0 Ьвх 2g 4В 2g У ;
где Н1 — пьезометрический напор на облицовке.
Гидравлический радиус найдем, как: Е = а/ х = 8 /2 = 0,5■ 8 ,
/Ъ тр ' тр'
где а — живое сечение трещины на 1,0 м длины; — смоченный периметр.
Тогда уравнение (5) запишем следующим образом:
Н1 = Л0 + 8 =
С
0,5 -8
тр у
• 2-. (6)
Из последнего выражения найдем среднюю скорость в трещине.
■ (К +50)
, (6')
+л- (30/0,5 .¿тр)'
Коэффициент сопротивления в неограниченной по ширине трещине принимаем для условий ламинарного режима с гладкими стенками по Г.М. Ломизе[6]:
А = —, Ив
где Ив — число Рейнольдса; Ив = ламинарного движения[6].
V ■ 8
_тр
27
(7)
-, Ив < 600— для
Удельный расход через трещину на 1 м ее длины получаем, как:
д = и-а = дт
^ ■ (К + з0) С (*„/0,5 )'
(8)
где а — 8,тр х 1 м — площадь сечения трещины.
б) Случай истечения в грунт основания при ламинарном режиме (рис. 3). Истечение в грунт основания будет наблюдаться, когда облицовка непосредственно опирается на грунт основания.
Рис. 3. Расчетная схема водопроницаемости трещин облицовки в грунт основания
Удельный расход через трещину с учетом напора по границе трещины и основания найдем по формуле:
или
ч = з I 2ё(Н - ^
Утр ЧС + М3/0,5 3)'
(9)
ек (к + Н )
„ ~ гр У 1 к7
ф " АгаЬ(^/у/а-1)'
(10)
Найдем неизвестный параметр а из уравнения:
К + Н,
■=Р1И
()=
атвЬ (1/л/1
1__2
а J
dS
' г
\1а
3,
2В(Н - Ь)
= ^^гр(Ь1 + Нк )
С + ЬЩ 0,5. 3ТР) ЛгвЬС^ л/О-1)
Отсюда найдем Ь1: 2М(Я - Ь)
С + Я(^0/0,5 )
як„
£ • АгвЬО/л/^Т)
+ як )2
где Н — Н0 + д0, Ь — пьезометрический напор на границе трещины и грунта основания
Ширина растекания потока под облицовкой согласно [4] определяется по выражению:
в п{\ + як) " АтвНЦ/ у/а-1)'
где Нк — высота капиллярного вакуума грунта, Нк =(0,3 - 0,6) Ь, Ьк — высота капиллярного поднятия в грунте основания.
Ширину растекания фильтрационного потока под облицовкой приближенно можно принять равной:
В^Д, (Л! + Як),
где Д = 0,5 -1,0 — коэффициент растекания потока под облицовкой.
С другой стороны, удельный фильтрационный расход через трещину найдем по формуле [4]:
2 мИ (¿трАг8Ь(1/ л/о^-Т ))2 = 2 мАД^ЛгвЬ^ ))2 +
+ (;гАгр)2 .(Ат +Ик)2 {с + 0,5£тр)]
После преобразований параметр Ь1 находим из уравнения вида:
^) = 2^Я ■ А2-(^гр)2Як2 ■ Б, (11)
где ^ (Н) = 2^? - (жкгр)2 Н ■ Б + (жктр)2 2\НКБ; Я = Л0 + ¿0; А = ЗтрАтвЬ((О-!); Б = С + ¿(3о/0,5Щ)
Данное уравнение решается методом подбора (итераций), задаваясь различными значениями Ь1 до тех пор, пока правая часть уравнения (11) будет равна левой части (постоянной).
В случае закольматированной трещины или шва облицовки авторами [9] была получена точная формула удельного расхода фильтрации с использованием метода теории фильтрации (метода конформных отображений) в следующем виде:
9тр = 2ккол (Ь0 + 3о)
К (2)
к (2)'
(12)
где к2 = к1вп (К(к1),к1 ккол — коэффициент фильтрации закольматированного слоя трещины; К (к2), К (к2) — полные эмпирические интегралы 1-го рода при модуле к2 и к2 = 1 - к|; вп (К(к ), к1) - эллиптический синус.
Для определения к1 получено уравнение вида:
откуда F1 (а) определяем по следующей формуле:
КЙ)
К (Ц) 230'
(13)
Уравнение для определения параметра а: ^ (а) = 8Г9/(Н1 -Ик). Приравнивание выражения для дтрпо выражению (9) и дф по (10), найдем неизвестный параметр Ь1, который представляет остаточный напор по границе трещины и грунтового основания:
где К (к), К (к[) — полные эллиптические интегралы 1-го рода при модуле к1 и к[ = ^1 - к,2
При малом значении ширины трещины 3тр ^ 0, получена приближенная формула из точного реше ния (1) при К (к2 ) = —;
К (2)«1п (4/к^; К (к ) = — : 2
ек (( + 3 - Ь)
кол 0 о 1
1п (4/ к2) '
(14)
где к2 = к1К(к) = к вш — = к1
Согласно [9] пьезометрический напор между закольматированным слоем в трещине и основанием будет:
А
_(А0 + £„) 0-тгН ¡3 + ло
(15)
где В= 2 —(—^Атвк((1); и = к к ; а — расчет- К (кV ' - ^ 1 ный параметра, определяемый по таблицам функции
(а) [11, 12]; Нк — капиллярный вакуум грунта основания, принимаемый равным Нк = (0,3 - 0,5) Кк, где Кк — высота капиллярного поднятия воды в грунте основания.
При 8тр ^ 0 в формуле (15) выражение для параметра р с учетом отношения (13) принимает вид:
Р = 2КщЛтзН(1/л/^^ГЛгзк(г/л/^Г), (16)
Для упрощения расчетов удельного расхода закольматированной трещины с учетом пьезометрического напора К1 по формулам (12) и (15) составлена номограмма при Тгр = 1,0 м/сут = 1,16 -10-Б м/с и Ткол = 0,3 м/сут = 3,47 10-6 м/с; Тг^/^кол = 3,33 < 10, которая представлена на рис. 4.
Более сложные схемы водопроницаемости противофильтрационных облицовок с использованием геомембран при наличии в них малых отверстий рассмотрены в работах [10, 11].
Рис. 4. Номограмма для расчета водопроницаемости закольматированной трещины при & / & = 3,33
х гр кол 7
Результаты и обсуждения. Рассмотрим теперь пример расчета для случая истечения в атмосферу при следующих исходных данных:
Л0 = 1,0м; 8= 0,10 м; 8 = 0,01 и 8 = 0,005 м.
0 > ' о > ' тр ' тр '
Удельный расход через трещину будет равен:
д = и ■ 8тр = 7,43 0,01 = 0,0744 м3/с на 1 п.м.
1) Задаемся Ив = 200, Л0 = 1,0 м; 8тр = 0,01 м; 8о = 0,10 м.
А = А = = 0,03; Ив 200
и=/ 2" 9,81(1 + 0Д)- = ^/19,62 = 4,43 м/с; \0,5 + 0,03(0,1/0,5 ■ 0,01)
д = и ■ 8тр = 7,43 0,01 = 0,0744 м3/с на 1 п.м.
2) Задаемся Ив = 200, Л0 = 1,0 м; 8тр = 0,005 м; А = 0,03.
2" ^Ц + ЦЦ ~= ^йб8 = 3,56 м/с; \ 0,5 + 0,03(0,1/0,5" 0,005) ^
д = и■ 8тр = 3,56 0,005 = 0,0178 м3/с на 1 п.м. Сравним полученные результаты по формуле авторов (8) с расчетами по формуле Г.М. Ломизе [6].
3) По формуле Г.М. Ломизе (для гладкой трещины)
Исходные данные: Л0 = 1,0 м; 8о = 0,10 м; 8тр = 0,01 м; у = 1 ■ 10-3 кг/см3; М = 0,134 10 7 кг-с/см3
д =
12 ■ м
-81 ■ I
1 = Н0 = 1,0 + 0,10 = 11Д
8а у
0,10
-81. ■ I =■
110-
12 ■ ц 12 ■ 0,134 ■ 10 7
= 0,069 м3/с на 1 п.м.
■1,03 11,1 =
4) По формуле Г.М. Ломизе (для шероховатой трещины)
Исходные данные: К0 = 1,0 м; 8о = 0,10 м; 8тр = 0,01 м; е = 0,002 м; у = 1 ■ 10-3 кг/см3; М = 0,134 10 7 кг-с/см2.
У 1 Ь10-3
д = -
- ■ 83 I-
12 ■ м тр
1 + 6
( у,5
е
8
V тр У
12 ■ 0,134 ■ 10-
х 1,03 11,1-
1
1 + 6
0,002 0,01
= 0,0450 м3/с на 1 п.м.
5) Также ср авним р езультаты р асче-та с гидравлической формулой для малого прямоугольного отверстия [8]:
= М ■ 42ёН
(15)
где м0 — коэффициент расхода малого отверстия по формуле А. Д. Альтшуля [8].
М0 = 0,592- 5,5 5,5
л/Ивн
= 0,592-
л/46400
= 0,619
где Ивн = 46400
а = I 8 = 1,00,01 = 0,01 м2
тртр
дтр = 0,619• 0,01^/19,62(1 + 0,1) = 0,0287 м 3/с на 1 п.м.
Найдем расхождение с расчетом по формуле авторов (8) и Г.М. Ломизе для шероховатых трещин:
0 0L
= Р,0450 -0,°443 .100 = 1,5 % % 4трл„, 0,0450
В случае истечения через трещину в грунт основания при Ь0 = 1,0 м, 3о = 0,10 м, 3тр = 0,01 м расход через трещину определим по формуле (10) с учетом кгр = 1,0 м/сут = 1,16 105 м/с, к = 0,90 м, Нк = 0,30 м, а = 1,00005:
екгр (( + Нк) = 3,14 • 1,16 • 10-5 (0,90 + 0,30) = ?ф АтвЬ ((л/а-1) АтвЬ ((-у/1,00005 -1)
= 0,774.10-5 м2/с
В случае истечения через закольмати-рованную трещину в грунт основания при Ь0 = 1,0 м, 3о = 0,10 м, 3тр = 0,01 м, кгр = 1,16.10-5 м/с, ккол = 3,47 • 10-6 м/с получим по формуле (14) с учетом зависимостей для Ь1 (15) и для р (16):
ек ( +3 - Ь )
кол 0 о 1
ТР ln (4/k2)
3,14 • 3,47 • 106 (1,0 + 0,1 + 0,228) ln (4/0,000001)
= 0,952 • 106 м2/с,
где
К
(h0 + 30) ß-rnrH, _
ß + ла
(1,0 + 0,1)0,564 - 3,14 • 3,34 • 0,3 0,564 + 3,14 • 3,34
= -0,228 м;
ß _ ^ Arsh((V0-1) = 001 Arsh (1,00005) = 0,564;
Öо 0,10
k2 _ k1 _ 0,000001; а _ 1,00005;
HK _0,3• hK _0,3• 1,0_0,3 м.
При использовании номограммы на рисунке. 4 при больших глубинах в канале (Ь0 > 1,0 м) найдем удельный расход через закольматированную трещину та-кихжеразмеровпри Ь0 = 4,0-дтр = 1,75 106 м2/с, где Ь = 0,18 м, что будет больше в 1,84 раза, чем при Ь1 = 1,0 м.
Результаты расчетов удельных расходов истечения через трещины бетонной облицовки для различных случаев: истечения в атмосферу, истечения в грунт основания и истечения через закольматированную трещину по полученным формулам авторов, а также по формулам Г.М. Ломизе и истечения через малое прямоугольное отверстие по формуле А. Д. Альтшуля приведены в таблице.
Принимая в качестве наиболее точного значения удельного расхода через трещину по формуле Г.М. Ломизе для трещин с шероховатыми стенками, убеждаемся, что практически идентичные результаты с ней дает формула авторов (8) (расхождение -1,5%), формула Г.М. Ломизе через гладкие трещины дает завышенные значения дтр на 53,3%, а формула гидравлики при истечении через малое отверстие по формуле А.Д. Альтшуля - значения расхода на 35,2%. В то же время, удельный расход при истечении через трещины в грунт основания по формуле авторов (9) сильно снижается более чем в 5,8 • 103 раз по сравнению с истечением в атмосферу. В случае закольматированных трещин удельный расход еще больше снижается в 4,7 • 104 раз по сравнению с истечением в атмосферу, при этом за счет только кольматации трещин происходит снижение расхода более чем в 8 раз.
Таблица
Результаты расчетов удельных расходов через трещины облицовки (при кп = 1,0 м, 6 = 0,10 м, 6 = 0,01 м, & = 1,16 • 10 5 м/с, & = 3,47 • 10 6 м/с)
х 1_0_I_7 о_7_7 тр_7_7 гр_I_7 кол_I_1_,
Расчетные данные дтр, м2/с/^,% или кратность, раз, по формулам
Авторов (8) при истечении в атмосферу Г. М. Ломизе для гладких трещин Г. М. Ломизе для шероховатых трещин При истечении через прямоугольное отверстие по А.Д. Аль-тшулю Авторов (9) при истечении в грунт основания Авторов (14) при истечении в грунт основания через закольматирован-ную трещину
0,0443 1,5% 0,0690 -53,3% 0,0450 0,0287 35,2% 0,774 -10"5* 5,81 • 103 раз 0,952 -10-6** 4,73 104раз
Примечание: * — значение удельного расхода при кгр = 1,0 м/сут = 1,16 • 10-5 м/с; ** — значение удельного расхода при кгр = 1,16 • 10-5 м/с и ккол = 3,47 • 10-6 м/с.
Выводы
1. Используя уравнение Бернулли, получены расчетные формулы для расчета водопроницаемости гладких трещин в бетонной облицовке для случаев истечения в атмосферу и грунт основания.
2. Для случая закольматированной трещины в облицовке канала получена точная формула удельного расхода фильтрации, из которой найдена приближенная расчетная формула при малом значении ширины раскрытия трещины 8тр ^ 0. На основе данных формул построена расчетная номограмма, которая позволяет найти дтр и параметр
3. С целью иллюстрации и сравнения результатов проведены расчеты для различных случаев: истечения через трещину в атмосферу, истечения через трещину в грунт основания и истечения через закольмати-рованную трещину в грунт основания, которые свидетельствуют, что наиболее близкие значения с эталонной формулой Г.М. Ломи-зе дает полученная формула авторов (8).
4. Проведенные расчеты показали, что при кольматации трещин облицовки в процессе их эксплуатации только за счет эффекта самокольматации происходит снижение удельного расхода через них до 8 и более раз, что можно рассматривать, как естественное противофильтрационное мероприятие на каналах.
5. Для повышения эффекта самоколь-матации, как трещин бетонных облицовок, так и их разрушенных швов, могут использоваться глинистые растворы и добавки к ним, в виде водорастворимых полимеров.
Библиографический список
1. Рубин В.М., Шлаен А.Г. Бетонная облицовка каналов. М.: Агропромиздат, 1987. 184 с.
2. Абелишвили Г.В., Разумовская М.Р., Жордания Т.Г. Роль фильтрации через трещины и пути повышения водопроницаемости бетонных облицовок каналов. / Тр. координац. совещаний по гидротехнике, вып. № 68. Л.: 1971. С. 204-208.
3. Алимов А.Г. Ультразвуковой контроль водонепроницаемости бетона мелиоративных гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации // Гидротехническое строительство. 2009. № 5. С. 18-21.
4. Косиченко Ю.М. Расчет противо-фильтрационной эффективности облицовок
с пленочными экранами // Гидротехническое строительство. 1983. № 12. С. 33-38.
5. Косиченко Ю.М., Полубедов С.М.
Водопроницаемость противофильтраци-онных облицовок при наличии в них трещин // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 1999. № 4. С. 91-94.
6. Ломизе Г.М. Фильтрация в трещиноватых породах. М.: Госэнергоиздат, 1951. 127 с.
7. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 2004.
8. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления 2-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1982. 224 с.
9. Косиченко Ю.М., Баев О.А., Гарб-уз А.Ю. Оценка водопроницаемости бетоно-пленочной облицовки с закольматирован-ными швами при длительной эксплуатации // Вестник МГСУ. 2016. № 7. С. 114-133.
10. Баев О.А. Моделирование процесса водопроницаемости противофильтрацион-ных экранов из геомембран [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона: электрон.науч. журнал / Северо-Кавказский научный центр высшей школы Южного федерального университета. - Электрон. журн. — Ростов н/Д.: Ростовское региональное отделение Российской инженерной академии, 2015. № 1. — Ч. 2. — Режим доступа: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/Baev. pdf_8785ee344d.pdf.
11. Косиченко Ю.М., Баев О.А. Теоретическая оценка водопроницаемости проти-вофильтрационных облицовок нарушенной сплошности // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2014. № 3. С. 68-74.
Материал поступил в редакцию 05.05.2017 г.
Сведения об авторах
Косиченко Юрий Михайлович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, ФГБНУ, «РосНИ-ИПМ», 346400, г. Новочеркасск, пр. Бакла-новский, 190, тел.: 8 (8635) 26-51-11, e-mail: [email protected]
Гарбуз Александр Юрьевич, аспирант, младший научный сотрудник, ФГБНУ, «РосНИИПМ», 346400, г. Новочеркасск, пр. Баклановский, 190, тел.: 8 (8635) 26-50-68, e-mail: [email protected]
YU.M. KOSICHENKO, A.JU. GARBUZ
Federal state budgetary scientific institution «Russian Research Institute of Land Improvement Problems» (FSBSI ROSNIIMP), Novocherkassk, Russian Federation
RATED ESTIMATION OF WATER PERMEABILITY OF CRACKED CONCRETE FACING OF CHANNELS BASED ON HYDRAULIC METHODS
The purpose of investigations is getting rated dependencies to determine water permeability of the cracked facing using hydraulic methods. There are considered two schemes of water treatment through the crack: flowing into the atmosphere and foundation soil under the laminar regime. There are given conclusions of theoretical formulas for calculation of cracks permeability of concrete wall using hydraulic methods. Using the Bernoulli's equation there are obtained calculated dependencies of the specific consumption through cracks at flowing into the atmosphere and foundation soil. Based on the methods of the filtration theory calculation formula of the specific flow rate through colmatered cracks when flowing into the foundation soil. at the end of the ground. The found calculated formulas are compared with the known dependencies of G.M. Lomize for smooth and rough cracks and also A.D. Altshuler at flowing through a rectangular hole. It was established by the conducted calculations that at colmatering cracks facing of channels the specific consumption through the cracks significantly decreases by 8 or more times. In this regard, selfcolmatering of cracks can be considered antilittering action.
Bernoulli's equation, concrete lining, lining permeability, smooth and rough cracks, colmatering, specific filtration consumption.
References
1. Rubin V.M., Shlaen A.G. Betonnaja oblictsvka kanalov. M.: Agropromizdat, 1987. 184 s.
2. Abelishvili G.V., Razumovskaja M.R., Zhordanija T.G. Rolj filjtratsii cherez tresh-hiny i puti povyshenija vodopronicaemosti betonnyh oblicovok kanalov. // Tr. koordinac. soveshhanij po gidrotehnike, vyp. № 68, 1971. S. 204-208.
3. Alimov A.G. Uljtrazvukovoj kontrol vodonepronicaemosti betona meliorativnyh gidro-tehnicheskih sooruzhenij v protsesse ek-spluatacii // Gidrotehnicheskoe stroiteljstvo. 2009. № 5. S. 18-21.
4. Kosichenko Ju.M. Raschet protivofil-jtracionnoj effektivnosti oblitsovok s plenoch-nymi ekranami // Gidrotehnicheskoe stroitel-jstvo. - 1983. № 12. S. 33-38.
5. Kosichenko Ju.M., Polubedov S.M. Vo-dopronicaemostj protivofiljtratsionnyh oblitso-vok pri nalichii v nih treshchin // Izvestija vuzov. Severo-Kavkazskij region. Tehnicheskie nauki. 1999. № 4. S. 91-94.
6. Lomize G.M. Filjtracija v treshhinovat-yh porodah. M.: Gosjenergoizdat, 1951.
7. Shterenliht D.V. Gidravlika. 3-e izd., pererab. i dop. - M.: Kolos, 2004.
8. Aljtshul A.D. Gidravlicheskie sopro-tivlenija 2-e izd. pererab. i dop. M.: Nedra, 1982. - 224 s.
№ 5' 2017
9. Kosichenko Ju.M., Baev O.A., Gar-
buz A.Ju. Otsenka vodopronicaemosti beton-oplenochnoj oblitsovki s zakolmatirovannymi shvami pri dliteljnoj ekspluatatsii // Vestnik MGSU. 2016. № 7. S. 114-133.
10. Baev O.A. Modelirovanie protsessa vodopronicaemosti protivofiljtracionnyh ekranov iz geomembran [Elektronnyj resurs] // Inzhen-ernyj vestnik Dona: elektron. nauch. zhur-nal / Severo-Kavkazskij nauchnyj centr vysshej shkoly Juzhnogo federaljnogo universiteta. -Eelektron. zhurn. - Rostov n/D.: Rostovskoe regionaljnoe otdelenie Rossijskoj Inzhenernoj Akademii, 2015. № 1. - Ch.2. - Rezhim dos-tupa: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/ Baev.pdf_8785ee344d.pdf.
11. Kosichenko Ju.M., Baev O.A. Teoret-icheskaja otsenka vodopronitsaemosti protivo-filjtratsionnyh oblitsovok narushennoj splosh-nosti // Izvestija vuzov. Severo-Kavkazskij region. Tehnicheskie nauki. 2014. № 3. S. 68-74.
The material was received at the editorial office
05.05.2017
Information about the authors
Kosichenko Jurij Mihajlovich, doctor of technical sciences, professor, chief researcher, Research Institute of Land Improvement Problems (ROSNIIPM), 190 Baklanovskiy, Novocherkassk, Rostov region, 346400, Rus-
(41)
sian Federation;8 (6352) 26-51-11; e-mail: [email protected]
Garbuz Aleksandr Jurjevich - Postgraduate Student, Junior Researcher, Research In-
stitute of Land Improvement Problems (ROS-NIIPM), 190 Baklanovskiy, Novocherkassk, Rostov region, 346400, Russian Federation; 8 (6352) 26-50-68; e-mail: [email protected]
УДК 502/504:624.042:626/627
В.П. ШАРКОВ, Б.М. БАХТИН, П.З. МЕТЕЛЬСКИЙ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К.А. Тимирязева, г. Москва, Российская Федерация
ВЛИЯНИЕ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА-ЗАПОЛНИТЕЛЯ НА ВЕРТИКАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО ПАРАМЕТРЫ В ЯЧЕЙКАХ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ
Целью работы является изучение влияния фактора уплотнения на вертикальное давление грунта в ячейках гидротехнических сооружений, определяющего их несущую способность, а также его расчетные параметры.
В работе использован аналитический метод исследований с использованием опытных данных. Основные результаты заключаются в следующем. Выявлено, что при укладке грунтового заполнителя с интенсивным уплотнением возникает эпюра давления, близкая к равномерной с ординатой равной расчетной ординате у стен. Это наблюдается в опытах независимо от плановых размеров ячейки и шероховатости стен. В формуле Янсена, используемой для расчета давлений, это отражается, по сравнению с неуплотненным грунтом, повышением основного параметра в 1,15 и в 1,5 раза, соответственно для условий гладких и шероховатых стен ячеек. Выявлено, что на повышение указанного параметра основное влияние оказывает возрастание входящего в него коэффициента неравномерности давлений, возникающее вследствие трансформации эпюры из криволинейной в равномерную и уменьшения её кривизны. Возрастание этого коэффициента составляет от 0,63-0,70 и от 0,934 до единицы соответственно в условиях шероховатых и гладких стен. Установлено также, что в случае укладки грунта с неинтенсивным уплотнением возникает эпюра давления с меньшей кривизной, чем в случае неуплотненного грунта. При этом также происходит повышение параметра Янсена и коэффициента неравномерности, однако, в меньшей степени, чем при интенсивном уплотнении. Например, для условий шероховатых стен этот параметр повышается в среднем на 13%, а коэффициент неравномерности на 10%.
Гидротехнические сооружения, ячейки, грунт - заполнитель, давление, опыты, расчет, уплотнение грунта, форма эпюры, трансформация.
Введение. Устойчивость сдвигу подпорных гидротехнических сооружений обеспечивается в основном их весом. В сооружениях ячеистой конструкции это на 70-80% достигается весом грунта, заполняющего ячейки. При этом для уменьшения объема и габаритов сооружений укладка грунта в ячейки производится с уплотнением
По данным отдельных источников, уплотнение грунта оказывает влияние на вертикальное давление в ячейках на основание, этот основной фактор, обеспечивающий устойчивость подпорных ячеистых сооружений на сдвиг. Так в работе [1] отмечается, что в формуле Янсена, используемой для
определения давления, основной её параметр к от уплотнения повышается на 10-15%. В работе [2] предлагается для учета фактора уплотнения увеличить этот параметр Янсена на некоторую величину, однако не приводится обоснование последней.
При этом в литературе нет систематизированных данных о влиянии уплотнения на вертикальное давление грунта и его причинах.
Целью работы является исследование влияния фактора уплотнения на вертикальное давление грунта- заполнителя на основание, на его параметры и выявление причин этого явления.
