CC BY
47
г = (Оу + 7]у) + (8^'а. (2")
Согласно зависимости (2") сопротивление почвы возрастает с увеличением скорости приложения нагрузки до бесконечности по прямой, описываемой уравнением: у = а+Ьх. (а)
Действительно, до определенного момента сопротивление почвы сжатию линейно возрастает до некоторого значения с увеличением скорости приложения нагрузки, затем интенсивность его роста снижается. Абсцисса точки перегиба затухающей кривой т=/(у) называется критической скоростью.
Стабилизация сопротивления почвы с увеличением скорости приложения нагрузки объясняется перераспределением доли вязкой деформации в сторону упругой, не зависящей от скорости, на первой стадии ползучести. С учетом этого уравнение (2”) записывается в ввде:
= СК0е+[і,у-
-Лпу
-СК?)
(3)
где У/С — коэффициент пластичности почвы, характеризующий изменение пластической деформации с увеличением скорости приложения нагрузки [4]; С — скорость распространения упругих напряжений звука в почве; \*0 — мгновенная упругая деформация; длительная упругая деформация, Н.
Вполне очевидно, что начало стабилизации сопротивления почвы, проявится при таком значении критической скорости V , когда приращение упругого сопротивления будет равно или больше уменьшения вязкого сопротивления. На этом основании из (3) имеем:
ПУ-^ЧУ
(4)
После преобразований относительно Vг значение критической скорости деформации можно определить из выражения:
V
(5)
Из (5) следует, что при постоянном значении скорости распространения упругих колебаний, критическая скорость деформации почвы тем выше, чем больше её вязкие свойства, то есть критическая скорость возрастает при увеличении влажности и содержания глины в почве [1].
Если допустить, что в (5) Оу = г/у, то получим Кр > 0,5С или значение критической скорости деформации почвы не меньше половины значения скорости распространения в ней звука.
Литература.
1. КуленА., КциперсХ. Современная земледельческая механика. Перевод с англ. А.Э. Габриэлена. Под ред. Ю.А. Смирнова. ■ миздат, 1986.
2. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. — М.: Госстройиздат, 1978.
3. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. — М.: Высшая школа, 1978.
4. Горячкин В.П. Собрание сочинений в 3-х томах. — М.: Колос, 1968.
- М.: Агропро-
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ МЕЛИОРАТИВНЫХ КАНАЛОВ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА
А.Г. АЛИМОВ, кандидат технических наук
Поволжский НИИэколого-мелиоративных технологий
Эколого-мелиоративное состояние орошаемых земель в значительной степени зависит от фильтрационных потерь воды из каналов и водоемов. Это одна из главных причин локального или регионального подтопления земель.
Поэтому очень важно применять научно обоснованные водосберегающие конструкции противо-фильтрационных покрытий (бетонных, железобетонных и др.), которые исключают такие потери или хотя бы сводят их до допустимого минимума.
Слабое звено бетонных и железобетонных покрытий — деформационные швы и стыки, так как даже при хорошей их герметизации образуются трещины в
результате температурно-усадочных и неравномерных деформаций основания, в частности от морозного пучения, набухания или просадки подстилающих грунтов, что вызывает значительные потери воды.
Создание эффективной противофильтрационной защиты на каналах и водоемах направлено на рациональное использование водных ресурсов и предотвращение подтопления, заболачивания и засоления окружающих земель, что служит одним из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, утвержденных Президентом РФ 21 мая 2006 г.
На основании теоретических, экспериментальных, натурных и патентно-информационных исследований автором разработаны современные водосберегающие конструкции противофильтрационных покрытий каналов и водоемов, технологии их устройства и методы расчетов [1,2].
Противофильтрационное покрытие каналов и водоемов (рис. 1) [1] включает уложенную на грунт основания противопучинистую подготовку с расположенным на ее поверхности гидроизоляционным слоем, сверху которого предусмотрена облицовка из бетонных (железобетонных) плит или монолитный бетон (железобетон) с деформационными швами. Про-тивопучинистая подготовка по периметру канала (водоема) выполняется разнотолщинной и многослойной. Менее теплопроводные слои укладывают в верхней ее части, а минимальная (/щ, см), ниже нижнего уреза воды, и максимальная (г' , см), выше вер-
где к1 — коэффициент пропорциональности, к] = 5-10'5, кПа-м3/(кгсм); уб — плотность бетона (железобетона), кг/м3; С. — коэффициент, зависящий от типа облицовки (для монолитной бетонной облицовки С = 0,46-Яь-121/(т-АН+Ь3); для монолитной железобетонной — С. = 0,78-,и-/?; ?б/(т-АН+Ь3)), кПа см.
Для сборной облицовки из предварительно напряженных плит коэффициент С рассчитывается по формуле:
С =
0,87 і] т -АН+А,
(/V^VRs)-(1-0,65
Я, 'К +V -К
),
Рис. 1. Противофильтрационное покрытие каналов и водоемов: 7 — противопучинистая подготовка; 2 — подстилающий грунт основания; 3 — бетонная или железобетонная облицовка; 4 — зап-
лечики облицовки; 5 — вода; 6 — ледяной покров; максимальный уровень воды.
хне го уреза воды в канале (водоеме), толщины про-тивопучинистой подготовки под облицовкой установлены из зависимостей:
= А hn - \х,
п к) г
В*бУ г, Сі,
/ 2 АЬ
где Яы и Ль — расчетное сопротивление бетона осевому соответсвенно растяжению и сжатию для предельного состояния первой группы, кПа; ¡и — коэффициент армирования железобетонной облицовки не-напрягаемой арматурой; Яг и Я'5 — расчетное сопротивление соответственно ненапрягаемой и напрягаемой арматуры растяжению для предельного состояния первой группы, кПа; цн—коэффициент армирования железобетонной облицовки напрягаемой арматурой; кш — коэффициент теплопроводности противопучинистой подготовки, Вт/(м-К); уш — плотность противопучинистой подготовки, кг/м3.
Расстояние между деформационными швами (/, м) в монолитном бетоне облицовки, воспринимающей критические усадочные напряжения в начальный период твердения бетона составляет:
7 — снег; ЗУВ — зимний уровень воды; МУВ —
/' = 1,3/ , (2)
ш ? Ш? ' 7
где /4=стя[0,66 Ь3 — 0,33 т(АН+^)], кПа; ои — нормативное значение давления, создаваемое в 1 см промороженного грунта, кПа/см; Ь — ширина заплечи-ка облицовки на дамбе канала (водоеме), см; т — заложение откоса канала (водоема); АН — превышение верхней границы облицовки над эксплуатационным горизонтом воды в канале (водоеме) в зимний период, см; ¡д — толщина ледяного покрова в регионе строительства заданной обеспеченности, см; йя — глубина промерзания грунтов заданной обеспеченности на откосе без покрытия, см; — минимальная толщина сложившегося снежного покрова, см; Хс, Х6 и Хг — коэффициент теплопроводности соответственно снега, бетона и грунта Вт/(м-К); 16 — толщина бетона (железобетона) облицовки, см;
1 <3,16k2Jh ■arche. -£7(є -E-\JSRht),
(3)
где к2 — коэффициент размерности, м1/2; arche-Е/ /(е-Е— 1,75 Rht) — обратная гиперболическая функция — ареакосинус; £ — величина относительной усадочной деформации бетона; Е — начальный модуль упругости бетона, МПа.
Расстояния между деформационными швами в монолитном бетоне (/6, м) или железобетоне (/ж6, см) облицовки при её смерзании с ложем канала можно определить по следующим зависимостям:
l6 <0,6h(Rb - 3,5Rbl )/ас
(4)
L
<-р/2 + т](р/2У +q,
В - к^АНлІІ + т2 + , кПа -м31кг\.
‘ж.б. -=~у <-1 ' Ч, (5)
где А — толщина облицовки, м; а — напряжение смерзания облицовки с основанием, МПа; р = = /г(3,6^Л - 0,45Ль)/ос, щд= /г-Ь2(4,7Л4-Л --3,2Я2^)//о2с> м2.
Допустимая глубина воды в канале (водоеме) над облицовкой рассчитывается по формулам:
mili1
L2 +(l
10L
•2,4й;
н.*.с, ^k3 -ц -Rs
н,,ж.г,^ klfiH -Ri +fi -Rs) (3594h2
3254h2 264L -En
(1 -M¡)h -E
-2,4/*;
Rk
(6)
(7)
(8)
-2,4/,,
ч ъ2 (1 -1х1У*-е)
где Я6, Нжб, Я ж6 — допустимая глубина воды в канале (водоеме) соответственно над монолитным бетоном, железобетоном облицовки или над облицовкой из сборных предварительно напряже нных железобетонных плит, м; к3 — коэффициент размерности, м/МПа; Ь — расстояние между швами облицовки, м; — коэффициент Пуассона для грунтов основания; Ед — модуль деформации подстилающих фунтов, МПа(кг/см2); Е— модуль упругости бетона, МПа (кг/см2).
Расчетные сопротивления бетона Яь, ЯЬ1 и арматуры Л Л ' в формулах (3)...(8) приведены в МПа.
Деформационный шов противофильтрационной облицовки каналов и водоемов (рис. 2) [2], выполненной из бетонных и железобетонных плит, включает по-роизоловую прокладку, полимерную герметизирующую мастику и противоадгезионный слой, при этом
к нижней поверхности стыкуемых плит (рис. 2, а) или к их торцевым граням (рис. 2, б) в конструкции шва герметично приклеена гидроизоляционная прокладка шириной 100...500 мм, выполненная с компенсатором в виде свободно деформируемой складки.
Предельные размеры деформационного шва можно рассчитать так:
В...
100[ДА+а -L -(/т
є -к
<5 о„
(9) (10)
«п/? а/
где Вш — ширина деформационного шва, мм; ДА — предельное высотное смещение одной плиты облицовки относительно другой, мм; а — коэффициент линейного расширения бетона, град.1; Ь — расстояние между деформационными швами, мм; 1тах — максимальная температура воздуха при эксплуатации, °С; Ст ~ минимальная температура воздуха в зимнее время, °С; е — относительное удлинение при разрыве образцов полимерной герметизирующей мастики, выдержанных на воздухе, %; к — коэффициент, учитывающий снижение деформативности мастики в результате внешних воздействий и длительного напряжения (для тиоколовых мастик к=0,25); [<5] — минимальная ширина шва, при которой полимерная мастика сохраняет упругие свойства, мм; <5* — минимальная толщина мастики в конструкции шва, мм; д — максимальная толщина полимерной герметизирующей мастики по контакту с торцевыми гранями стыкуемых плит в конструкции шва, мм; /? — угол наклона торцевых граней плит к их лицевым поверхностям, град; оа — величина адгезионной прочности полимерной герметизирующей мастики к бетону, кг/см2; ак — величина когезионной прочности мастики, кг/см2.
Максимальная толщина полимерной герметизирующей мастики по контакту с торцевыми гранями стыкуемых плит в конструкции шва установлена из зависимости:
0>к'-
т-у-Н •В
(П)
Рис. 2. Деформационный шов противофильтрационной облицовки каналов и водоемов из полимерной мастики: / — бетонные или железобетонные плиты; 2 — полимерная мастика; 3 — порои-золовая прокладка; 4 — противоадгезионный слой; 5 — гидроизоляционная прокладка; 6 — компенсатор; 7 — участки приклеенной гидроизоляционной прокладки к стыкуемым плитам облицовки; 8 — пластичная, гидрофобная и морозостойкая смазка.
где т — коэффициент, учитывающий условия работы шва, т = 1,3; к* — коэффициент размерности, к*= 49; у — плотность воды, г/см3; Н— наполнение канала, м; Вш — ширина шва, мм; оа — величина адгезионной прочности полимерной герметизирующей мастики к бетону, кПа.
Компенсатор в конструкции шва из полимерной мастики (рис. 2) заполнен пластичной, гидрофобной и морозостойкой смазкой.
Вместо полимерной мастики при формировании деформационного шва противофильтрационной облицовки каналов и водоемов можно использовать битумно-полимерную. Ее укладывают в полость шва с устройством заплечиков по верху стыкуемых плит. В остальном все компоненты остаются такими же как в ранее рассмотренном варианте. Предельные размеры шва установлены по формулам:
Вш >100 (5
Ah a -L -(t -t )
і V max mm/
e2 'кг
є, %
=M;
<г<
• я ■А_А’ sinp а к
(12)
(13)
где є
среднее значение показателя относительного удлинения битумно-полимерной герметизирующей мастики при разрыве в диапазоне эксплуатационных температур от ¡тахдо /ш.л, %; е2 — среднее значение показателя относительного удлинения
тіп4
; kt и к2-
Рис. 3. Деформационный шов противофильтрационной облицовки каналов и водоемов из битумно-полимерной мастики: / — бетонные или железобетонные плиты; 2 — пороизоловая прокладка; 3 — противоадгезионный слой; 4 — гидроизоляционная прокладка; 5— компенсатор; 6— участки приклеенной гидроизоляционной прокладки к стыкуемым плитам облицовки; 7 — пластичная, гидрофобная и морозостойкая смазка; 8 — битумно-полимерная мастика; 9 — заплечики из битумно-полимерной мастики.
битумно-полимерной мастики в диапазоне температур, при которых имеют место неравномерные деформации основания: морозное пучение от 0 до / °С, просадка и набухание от 0 до / , °С коэффициенты усталости материала заполнения шва, учитывающие снижение деформативности би-тумно-полимерной герметизирующей мастики при долговременной работе соответственно в диапазоне эксплуатационных температур от /та1ДО ^.п (к1 = 0,6) и в области положительных или отрицательных температур (к2 = 0,4...0,7); Д — толщина заплечиков на стыкуемых плитах, мм (А = 30...50 мм).
Остальные обозначения для расчета предельных размеров шва из битумно-полимерной мастики, входящие в формулы (12) и (13), те же, что и в зависимостях (9)...(11).
Максимальная толщина битумно-полимерной герметизирующей мастики в конструкции швов устанавливается из зависимости (11).
Возможная величина взаимных продольных или вертикальных перемещений плит 1 облицовки без нарушения герметичности шва при деформациях может достигать в случае использования полимерной мастики не менее 80 мм, а битумно-полимерной — не менее 40 мм.
Если в основании канала или водоема находится сильно деформируемый суглинистый грунт, водонепроницаемость швов достигается благодаря наличию в их нижней части герметично приклеенной гидроизоляционной прокладки с компенсатором.
Предложенные современные водосберегающие конструкции противофильтрационных покрытий водоемов и каналов, технологии их устройства и методы расчетов защищены патентами Российской Федерации на изобретения [1, 2]. Использование выполненных разработок обеспечивает надежную, долговременную противофильтрационную защиту мелиоративных каналов и водоемов, возводимых в сложных инженерногеологических и гидрогеологических условиях, что позволит предотвратить заболачивание, засоление и подтопление ценных сельскохозяйственных угодий, то есть значительно улучшит мелиоративную и экологическую обстановку на орошаемых землях.
Литература.
1. Патент № 2284390 (1Ш), С 1 МПКЕ 02 В 3/16 (2006.01). Противофильтрационное покрытие каналов/Алимов А.Г. (ЯЦ); заявитель и патентообладатель гос. научн. учрежд. Поволж. научн. — исслед. ин-т эколого-мелиорат. технологий. — № 2005102269/03; заявл. 31.05.2005; опубл. 27.09.2006, Бюл. № 17.-23 с.: 1 ил.
2. Патент № 2278202 (ЯП), С 1 МПК Е 02 В 3/16 (2006.01). Деформационный шов противофильтрационной облицовки каналов и водоемов (варианты) / Алимов А.Г. (М1); заявитель и патентообладатель гос. научн. учрежд. Поволж. научн. — исслед. ин-т эколого-мелиорат. технологий. — № 2004138978/03; заявл. 30.12.2004; опубл. 20.06.2006, Бюл. № 17.-15с.: 4 ил.
ВНИМАНИЮ СОИСКАТЕЛЕЙ УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ И ДРУГИХ ЗАИНТЕРЕСОВАННЫХ ЛИЦ!
Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК» издает монографии и другую книжную продукцию с редактированием и всеми выходными данными.
Цены договорные.
Заявки отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166.
Тел.: (495) 557-13-01, (916) 241-63-43 E-mail: [email protected]
