Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Укрепление неустойчивых откосов и склонов 10
1.1. Потери устойчивости грунтовых откосов и склонов, связанные с природными и искусственными причинами 10
1.2. Инженерные методы повышения устойчивости откосов и склонов 10
1.3 .Армирование геотекстильными материалами как способ закрепления неустойчивых откосов и склонов 11
1 АКонструкции из геотекстильных материалов 12
1.5. Классификация геосинтетических материалов и требования к конструкциям из них 14
Глава 2. Методы расчёта и результаты испытания конструкций из геосинтетических материалов . 18
2.1 .Фильтрация жидкости в нетканых геотекстильных материалах. 18
2.2. Фильтрационные свойства системы грунт геотекстиль 22
2.3 .Изменение коэффициента фильтрации геотекстиля в процессе кольматации 28
2.4.0собенности технологии изготовления геотекстиля и возможности её изменения 42
Глава 3. Лабораторные исследования фильтрационных и прочностных свойств геосинтетических материалов и анализ их результатов 48
3.1.Общие вопросы методики исследований 49
3.2. Методика определения коэффициента фильтрации при движении фильтрационного потока в плоскости полотна, а также нормально к плоскости полотна 52
3.3.Определение сцепления геотекстиля с грунтом 65
3.4 Определение разрывной нагрузки 72
3.5. 3ависимость плотности от толщины испытуемого геосинтетического материала 73
3.6.Сопоставление натурных и экспериментальных данных при определении остаточного коэффициента фильтрации ГМ 74
Глава 4. Опыт производства ремонтно-восстановительных работ с применением отечественных иглопробивных геосинтетических материалов 76
Основные выводы. 107
Библиографический список. 109
Приложение. 120
- Инженерные методы повышения устойчивости откосов и склонов
- Фильтрационные свойства системы грунт геотекстиль
- Методика определения коэффициента фильтрации при движении фильтрационного потока в плоскости полотна, а также нормально к плоскости полотна
- 3ависимость плотности от толщины испытуемого геосинтетического материала
Введение к работе
Общая характеристика работы актуальность темы. Земляные сооружения входят в состав, как правило, всех гидроузлов. Стоимость, трудоемкость и продолжительность их возведения [ реконструкции в значительной степени определяют эффективность всего строительства. В связи с этим, поиск оптимальных конструкций, выбор материалов, методов и определение сроков возведения грунтовых плотин являются наиболее важными задачами при проектировании и реконструкции, как в техническом, так и экономическом плане решения. Решение этих задач осуществляется во взаимной увязке.
Научно-технический прогресс и развитие нефтехимической промышленности вызвали к жизни появление новых материалов для крепления грунтовых массивов, лидирующее место среди которых заняли геосинтетические материалы (ГМ).
Геосинтетический материал, усиливаемый высокопрочными нитями, гарантирует предотвращение перемешивания на контакте различных грунтов между собой, сбор и удаление поверхностных стоков, грунтовых вод, задерживает грунт или другие частицы, которые под действием гидродинамических сил потока жидкости могут проникать в геотекстильные материалы или проходить через них. Он предотвращает или снижает возможность локального повреждения определённого строительного элемента или материала конструкции, повышает несущую способность грунтов или грунтовых конструкций в результате перераспределения возникающих в них растягивающих напряжений, стабилизует подвижные грунты.
Во всех случаях, когда приходится иметь дело с мягкими, слабонесущими грунтами, геотекстиль может применяться в дренажных конструкциях и армировании с наибольшим эффектом и на длительный срок эксплуатации сооружения. Поскольку дренажные свойства геотекстиля ускоряют процесс консолидации грунта, при строительстве опорных конструкций в качестве за материала может использоваться даже водо-насыщенный слипшийся рунт, что исключает замену грунта и удешевляет строительство.
В отечественной нефтехимической промышленности осваиваются процессы выпуска геосинтетического полотна для дорожного строительства. На сегодняшний день назрела потребность разработки этого юпроса и для гидротехнического строительства, что позволило бы обеспе-шть массовое внедрение экономичных и технологичных геосинтетических материалов в производство гидротехнических работ. Для геосинтетических материалов вполне применима стандартизация: тщательно отработанная технология изготовления геосинтетиков с требуемыми параметрами может в дальнейшем использоваться как типовая при производстве гидротехнических работ. Существующие ВСНы и СНиПы не рассматривают вопрос разработки методики и оценки пригодности отечественных геосинтетических материалов для обратных фильтров дренажей и укрепления откосов гидротехнических сооружений.
Решению этих вопросов и посвящена настоящая работа.
Цель и задачи диссертационной работы. В соответствии с изложенным, основными целями диссертации являются обоснование применения геосинтетических материалов с требуемыми параметрами и их использование при ремонтно-восстановительных работах на объектах гидротехнических сооружений и корректировка остаточного коэффициента фильтрации иглопробивного геосинтетического материала после выполнения комплекса механизированных работ в гидротехническом строительстве.
Для достижения указанных целей были поставлены и решены следующие задачи:
- проведён анализ отечественного и международного опыта строительства, реконструкции, ремонта объектов и сооружений с применением геосинтетических материалов;
- найдено конструктивно-технологическое решение по внедрению геосин-гетических материалов, обеспечивающих эффективность и техноло-гичность троизводства работ;
- разработана методика и выполнены экспериментальные исследования предложенной автором конструкции с воспроизведением в экспериментальных условиях технологий их натурного возведения;
- осуществлена производственно-экспериментальная проверка технологии работ по восстановлению и обеспечению устойчивости откоса действующей плотины.
Методика исследований включала систематизацию, обобщение и анализ выполненных ранее работ, экспериментальные исследования геосинтетических материалов в лабораторных условиях на разработанных автором установках, изучение технологии изготовления и выпуска иглопробивных геосинтетических материалов, натурные наблюдения на восстановленном низовом откосе намывной плотины.
Достоверность полученных результатов подтверждается натурными наблюдениями за поведением ГМ в разработанном конструктивном элементе данными гидроцеха Загорской ГАЭС и Центральной строительной лаборатории ООО «Монолит».
Научная новизна:
- установлены причины, приводящие к суффозионным разрушениям откосов земляных гидротехнических сооружений под воздействием фильтрационного потока, требующие выполнения ремонтно-восстановительных работ. Представлено технико-экономическое обоснование эффективности применения ГМ для выполнения этих работ;
- определены прочностные и деформационные параметры иглопробивного геотекстильного полотна;
- получены фильтрационные характеристики геосинтетического материала при различной технологии ремонтно-восстановительных работ и раз -5 ЇЬІХ способах уплотнения грунта, укладываемого по ГМ. Установлена зависимость для остаточного коэффициента фильтрации ГМ в сочетании с мелкозернистыми песками;
- уточнены параметры устойчивости откосов земляных грунтовых сооружений, реконструируемых с использованием ГМ. Получена зависимость для касательных и нормальных напряжений при сдвиге ГМ по связному и несвязному грунтам, показывающая способность ГМ удерживаться на наклонной поверхности в свободном состоянии без предварительного закрепления материала;
- выявлены особенности стабилизации откоса при внедрении конструкции из иглопробивного геосинтетического материала в композиции с каменной наброской;
- показана возможность изменения параметров конвейерной линии, на стройки иглопробивной установки для получения ГМ требуемых параметров, их юстирования для применения в гидротехническом строительстве;
- представлены новые технологические решения по применению отечественных иглопробивных геосинтетических материалов при ремонтно-восстановительных работах на низовых откосах намывных гидротехнических сооружений. Практическое значение работы заключается в следующем:
- разработана новая технология ремонтно-восстановительных работ при реконструкции земляных гидротехнических сооружений с применением иглопробивных геосинтетических материалов;
- разработаны конструктивные решения укрепления низовых откосов земляных гидротехнических сооружений из разнозернистых грунтов с применением ГМ в композиции с каменной наброской;
- предложен обеспечивающий необходимый коэффициент фильтрации метод подбора механизированного оборудования для уплотнения грунта, отсыпаемого по геотекстильному материалу;
- установлено, что применение ГМ при ремонтно-восстановительных ра-іотах обеспечивает надёжный отвод дренажных вод при сохранении стабильного состояния откосов гидротехнических сооружений;
- применение при реконструкции ЗаГАЭС отечественных геосинтетиче-жих материалов дало экономический эффект 6...8% на 100 пог. м конструктива за счёт уменьшения стоимости реконструкции и увеличения срока ;лужбы сооружения;
- разработанная технология даёт возможность получить эффект по ста-5илизации и устойчивости откосов при внедрении ГМ в различных погодных условиях, а также в обводнённых местах;
- использование ГМ позволяет снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт земляных гидротехнических сооружений на 75...80% по сравнению со стандартной технологией с применением песчаных фильтров, за счёт применения метода промывки;
- полученные результаты могут быть использованы при разработке нормативных материалов на применение иглопробивных ГМ в ремонтно-восстановительных работах на земляных гидротехнических сооружениях. Личный вклад соискателя:
- определены прочностные и деформационные параметры иглопробивного геотекстильного полотна;
- получены фильтрационные характеристики геосинтетического материала при различной технологии ремонтно-восстановительных работ и разных способах уплотнения грунта, укладываемого по ГМ, получена зависимость для остаточного коэффициента фильтрации ГМ в сочетании с мелкозернистыми песками;
- уточнены параметры устойчивости откосов земляных грунтовых сооружений, реконструируемых с использованием ГМ. Получена зависимость для касательных и нормальных напряжений при сдвиге ГМ по связному и несвязному грунтам, показывающая способность ГМ удержи на наклонной поверхности в свободном состоянии без предвари-ельного закрепления материала;
- выявлены особенности стабилизации откоса при внедрении иглопробив-юго геосинтетического материала в композиции с каменной наброской;
- полученные результаты использованы при разработке конструктивных эешений для ремонтно-восстановительных работ на реальных гидротехни-іеских объектах.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались яа Пятой научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов в Московском государственном строительном университете в 2002 г., а также на совещаниях ЗаГАЭС в присутствии ведущих инженеров НИИ энергетических сооружений.
На защиту выносятся:
1. Результаты анализа параметров утойчивости откосов земляных грунтовых сооружений, реконструируемых с использованием иглопробивных ГМ, полученная зависимость для касательных и нормальных напряжений при сдвиге ГМ по связному и несвязному грунту, показывающая способность ГМ удерживаться на наклонной поверхности в свободном состоянии без предварительного закрепления материала.
2. Характер стабилизации откоса при внедрении конструкции из иглопробивного геосинтетического материала в композиции с каменной наброской.
3. Предложения по возможному изменению параметров конвейерной линии, настройки иглопробивной установки для получения ГМ требуемых параметров, их гостирование для применения в гидротехническом строительстве.
4. Новые технологические решения по применению отечественных иглопробивных геосинтетических материалов при ремонтно-восстановительных работах на низовых откосах намывных гидротехнических сооружений.
5. Обоснование на разработку нормативной документации в области гид-ютехнического строительства.
6. Новая форма обоснования расчёта остаточного коэффициента фильтрами иглопробивного геосинтетического материала при производстве гидротехнических работ.
7. Определение остаточного коэффициента фильтрации иглопробивного еосинтетического материала в гидротехническом строительстве и его зависимость от технологии производства работ.
Инженерные методы повышения устойчивости откосов и склонов
Сетки являются электродами электровакуумных приборов. Сетки мощных электронных приборов работают при высоких температурах, поэтому их изготавливают из молибденовой, вольфрамовой или танталовой проволоки. Сетки состоят из проволочных витков, закрепленных чеканкой или контактной сваркой на траверсах. Общий вид сетки показан на рис. 3.5 . Различные конструкции сеток показаны на рис.3.6. Высокая температура сеток и их загрязнения различными активными веществами, напыляющихся с оксидного или торированного катодов, а также сеточные токи при высоких напряжениях вызывают термоэлектронную и вторичную эмиссию сеток, что, как правило, неблагоприятно влияет на работу электронных приборов. В результате нагрева сетки возможно повышение выделения из нее адсорбированных газов [26]. Для уменьшения термоэлектронной и вторичной эмиссии сетки покрывают титаном, цирконием, карбидом циркония. Эти покрытия увеличивают температуры, а некоторые из них (титан, цирконий) выполняют функцию геттеров [22,23,27,30,106].Традиционными методами нанесения покрытий на сетки электронных приборов является пульверизация и катафорез. Эти процессы требуют приготовления суспензий и биндеров. После нанесения покрытий требуется провести спекание изделий в вакуумных печах при температуре 1000Сивыше.
Благодаря использованию электроплазменного напыления удалось сократить число технологических операций и повысить производительность процесса.
Однако при электроплазменном напылении покрытий на сетки неравномерность покрытия достигает величины 60%. Кроме того, разброс пористости покрытия достаточно широк от 10 до 50%. Приведенные показатели качества электроплазменных покрытий являются неудовлетворительными, поэтому возникла необходимость в совершенствовании технологии нанесения геттерных покрытий на сетки электронных приборов. Как показали исследования, представленные в главе 2 , применение усовершенствованной технологической схемы электроплазменного напыления позволяет улучшить также качественные показатели покрытия как адгезии и равномерность, а также позволяет изменять пористость покрытия в заданном направлении, что очень важно при напылении геттерных покрытий.
В связи с этим технология электроплазменного напыления покрытий на сеткигенераторных ламп разрабатывалась на базе усовершенствованнойтехнологической схемы. В технологическом процессе напылении покрытий на сетки электронных приборов важную роль играет кинематическая схема перемещения плазмотрона и обрабатываемого изделия. Одним из основных требований к процессу электроплазменного напыления покрытий на цилиндрические сеточные изделия является получение равномерного покрытия по всем напыленным поверхностям сетки, включая внутренние поверхности и участки соединения витков с траверзами. По традиционной технологии напыления покрытий, кинематическая схема установки предусматривает вращение сетки и возвратно-поступательное перемещение плазмотрона вдольнапыляемой поверхности [24,60]. Недостаток кинематической схемысуществующего оборудования для электроплазменного напыления сеток состоит в том, что она не обеспечивает равномерного покрытия на внутренних поверхностях сетки и на участках соединения витков с траверзами. Это обусловлено тем, что наружние поверхности сетки экранируют внутренние. На наружних поверхностях сетки слой покрытия образуется быстрее, чем на внутренних и толщина покрытия получается неравномерной. Кинематическая схема перемещения плазмотрона и обрабатываемого изделия, обеспечивающая равномерное покрытие по всем поверхностям изделия, включая внутренние участки соединения витков с траверзами, представлена на рис. 3.7. В представленной кинематической схеме предусмотрено вращение сетки 1, возвратно-поступательное перемещение плазмотрона вдоль напыляемой поверхности, качание плазмотрона и поворот его на угол (р относительно оси сетки. На рис. 3.8. и 3.9. представлены схемы напыления покрытий на виток сетки при повороте плазмотрона на угол ф. На кинематической схеме (рис.3.9а) видно, что угол поворота плазмотрона относительно оси сетки при движении плазмотрона вниз равен ( 90 - ф) , а при движении вверх ( 90 +ф) . Рассмотрим последовательное формирование покрытия на витки сетки при использовании предложенной кинематической схемы. Выпишем в сечении витков сетки квадрат abed ( рис. 3.8. ) . При движении плазмотрона вниз ( рис. 3.96) напыление покрытия будет происходить на наружную хорду ав и внутреннюю хорду dc витков , которые находятся в зоне прохождения потока напыляемого порошка. При движении плазмотрона вверх (рис. 3.9в), как отмечалось, угол поворота плазмотрона относительно оси сетки устанавливается (90 + ф) ; при этом напыление покрытия будет происходить на наружную хорду Bd и внутреннюю са витков, которые находятся в зоне прохождения потока напыляемого порошка. Таким образом, при каждом возвратно-поступательном перемещении плазмотрона вдоль образующей сетки и последовательном изменении угла
Фильтрационные свойства системы грунт геотекстиль
При осушении грунта геотекстильный фильтр представляет собой элемент, находящийся между требующим осушения грунтом и дренажным устройством, отводящим воду. Этот элемент должен способствовать водопроницаемости, а также обеспечивать устойчивость грунта. Он должен обладать как механической (способность удерживать частицы грунта), так и гидравлической (отвод воды без потерь давления также при низких гидравлических градиентах) фильтрующей способностью, т.е. водопроницаемостью. Основными параметрами геотекстилей является эффективная ширина пор О9о w коэффициент водопроницаемости Kv и для особых случаев длина фильтрации.
Способность фильтра удерживать частицы грунта характеризуется эффективной величиной пор OQO.W , обозначающей диаметр фракции гранулометрического зернового состава стандартной пробы грунта, 90% которого удерживается геотекстилем и 10% пропускается. Назначение размера отверстий (пор) Ogo.w , метод его определения и подбор фильтра для механической фильтрации по прочностным параметрам являются зависимыми друг от друга элементами одной задачи.
Следует учитывать, что водопроницаемость в процессе эксплуатации может уменьшиться из-за контакта с грунтом, а также из-за дополнительного кольматажа, т.е. блокировки отверстий (пор).
Геотекстильные материалы должны выполнять функции аналогичные зерновым фильтрам: -Защищать ГруНТ ОТ ЭрОЗИИ (верХНИЙ Предел Ogo.w) , - обеспечивать движение мелких частиц грунта, чтобы кольматаж фильтра и отложения частиц в дренажной системе обеспечивал дрениро вание в безопасных рамках (нижний предел O9o,w)\ - обеспечивать прохождение воды через фильтр без создания подпора. Это достигается подбором геотекстилей с размером отверстий (пор), близким к верхнему пределу гранулометрического состава грунта. Таким образом, при водотоке перед фильтром с достаточной водопроницаемостью образуется слой устойчивого грунта и благодаря сравнительно большим порам кольматажа фильтра не происходит [81; 107]. Способность отводить воду вдоль геотекстильной плоскости характеризуется коэффициентом водопроницаемости Кн и толщиной материала (пропускной способностью). Согласно DIN 18 196 [91] при оценке ГМ следует различать три гранулометрические фракции зернового состава грунта (рис. 2.1), который должен быть осушен. Для этих гранулометрических фракций следует подбирать размер отверстий (пор) геотекстиля, который гарантирует эффективность фильтра. При оценке и выборе геотекстиля следует учитывать: -распределение частиц в грунте (рис. 2.1); - при связных грунтах - его пластичность или соотношение глины и ила; -расчётный вариант нагрузки (статическую или динамическую); вертикальное или тангенциальное направление фильтрационного потока; - вид и конструкцию сооружения, т.е. функцию предназначаемую геотекстилю; -требования к надёжности фильтра в зависимости от сооружения (например, возникающие последствия в случае отказа фильтра, возможность его ремонта); - требования к производству работ; - вид механических воздействий во время эксплуатации. Так же следует учитывать гидравлическую нагрузку, такую как потоки грунтовой воды, сток поверхностной воды и гидравлические градиенты [47]. Классифицируемые в DIN 18 196 [91] группы грунтов при расчёте фильтра следует рассматривать по-разному. Грунты со значительной долей ила и мелкозернистого песка и низкими когезивными свойствами (возможная мобильность отдельных зёрен при соответствующей гидравлической нагрузке) следует считать тяжёлым для фильтрации (опасность вымывания грунта, засорение фильтров и заиливание дренажей). Для определения грунтов такого рода согласно рис. 2.1 служат следующие критерии: - грунт содержит зерновые фракции 0,06 мм и коэффициент разнозер нистости U=d6o/dio 15 (d60 или d]0- диаметр зёрен, по весу зёрен 10% и 60% строится гранулометрическая кривая крупности зёрен); -часть массы грунта с зёрнами размером 0,02...0,1 мм составляет более 50%; - при мелкозернистых грунтах согласно DIN 18 196 [91] масса грунта с зёрнами, диаметр которых менее 0,063 мм, составляет более 40%, (ес ли коэффициент пластичности 1р 0,15 или соотношение частей глины к частям ила 0,5). Подобные «трудные» в фильтрационно-техническом отношении грунты находятся во II гранулометрической фракции (рис. 2.1). 20 GO 20 mm d-0.002 0.006 0.02 0.06 0.2 0.6 Рис. 2.1 Гранулометрические фракции для типов грунтов с различными гидравлическими свойствами [46] Изложенные ниже правила подбора фильтра могут обеспечить необходимую способность удержания грунта для рассматриваемых целей. Определение допустимого размера пор О90лоп в геотекстильном фильтре выполняется по следующим критериям:а) для мелкозернистых грунтов (d 0,06 мм) ограничения для сложных фильтрующих условий б) для крупнозернистых грунтов и грунтов смешанной крупности (d40 0,06 мм) С учётом гидравлической мощности фильтра величина пор выбранного фиЛЬТра Ogow.BuGp ДОЛЖНа быТЬ Как МОЖНО ближе К Ogow.don, но ни в коем случае не меньше 0,2 Оод доп. Таким образом можно избежать кольматажа и обеспечить водопроницаемость системы [47]. Смешанные грунты с большими различиями в зерновом составе, (например, 15) и/ или с отсутствующими зерновыми фракциями долж
Методика определения коэффициента фильтрации при движении фильтрационного потока в плоскости полотна, а также нормально к плоскости полотна
Опыты по 1, 3 и 4 группам вопросов проводились на специально сконструированной автором фильтрационной установке, а также с использованием трубки КФ-1. Вид лабораторной фильтрационной установки представлен на рис. 3.1.Все приборы подключались к автономной замкнутой системе водо-оборота, схема которой показана на рис. 3.2. Принцип её работы следующий:
Из верхнего бака 1 вода подаётся в водосливной бачок 2, которым задаётся требуемый постоянный расход в фильтрационной установке. Излишки воды сбрасываются в сливной бак 7. Из бачка 2 вода подаётся на входное отверстие 5 фильтрационной установки. Профильтровавшаяся вода из выходного отверстия 6 поступает в водосливной бачок нижнего бьефа 3, в котором поддерживается постоянный уровень. Вода, сливающаяся с нижнего бьефа, представляет собой фильтрационный расход Q. В сливном баке 7 установлен насос 8, подающий воду в верхний бак 1. Включение и выключение насоса происходит автоматически посредством поплавковой системы, расположенной в верхнем баке. Благодаря замкнутой системе водооборота лабораторной установки, качество воды и её температура оставались практически постоянными.
Рис.3.2. Схема замкнутой систеы водоснабжения фильтрационной установки: 1- верхний бак с поплавковым автоматом включения насоса; 2 и 3 -водосливные бачки; 4 — фильтрационная установка; 5 и 6 - входное и выходное отверстие фильтрационной установки; —сливной бак; 8 —насосФильтрационные расходы измерялись объёмным способом с точностью до 1 см3, время - секундомером с точностью до 0,1 с. В процессе каждой серии опытов ежечасно измерялась температура воды.
Исследования проводились на установке, схема и вид которой представлены на рис. 3.2 и 3.3. Фильтрационная установка 4, состоит из корпуса, представляющего собой сопряжённые между собой пластинки из оргстекла, между которыми под давлением 2,0 кПа зажато иглопробивное геотекстильное полотно. Зажим пластин осуществлен струбцинами. По бокам пластин произведена склейка. Полоска геотекстиля, уложенная между органическими стёклами, после придания сжимающей нагрузки получила поперечное сечение 0,41x33 см. Параметры ГМ в фильтрационной установке до опыта представлены в После водонасыщения геотекстиля был определён коэффициент фильтрации. Через рабочее сечение текстиля S (см. рис. 3.3) пропускали по 1000 мл. воды. Время прохождения составило tcp 42 с. Коэффициент фильтрации в плоскости полотна при температуре воды te= 15 С и Р=2,0кПа составил Кф =1520,6 Полученные данные соответствуют экспериментальным данным и требованиям технических условий завода-изготовителя (не менее Кф= 1,7х 10 Зм/с.) Расход воды определяется формулойгде V- объём воды; Т время. По окончании определения коэффициента фильтрации геотекстиля в полости между пластинами из оргстекла был засыпан песок фракции мельче 1 мм. (табл. 3.2): вес песка - 230 г, высота над геотекстилем - 10 см, плотность -1,7 г/см3.
После водонасыщения песка, был определен коэффициент фильтрации путем подачи воды в фильтрационную установку по входному отверстию 5 (см. рис.3.2). Уровень воды над песком поддерживался постоянным - 10 см. Объем воды был продозирован и составлял V = 300 мл. Температура воды при выполнении опыта составляла te — 16,5 С.Время прохождения через установку «Песок - геотекстиль» Т = 435 с.Тогда по (3.1) получили значения параметров ГМ после опыта, (табл. 3.3).
На следующем этапе опыта изучалась способность иглопробивного геосинтетического материала противостоять суффозионному процессу, а также возможность его кольматации вдоль полотна.
В полость фильтрационной установки в течение 30 суток запускалась вода, для проверки кольматажа геотекстиля. По окончании опыта, на 30-е тридцатые сутки проверена фильтрация путем падения воды над песком с шагом один сантиметр при te = 16,0С.
По данным эксперимента построены зависимости изменения расхода и коэффициента фильтрации по времени Q-f(t) и Кф=f(t) , график которых представлен на рис. 3.4.
Как видно из полученного результата, коэффициент фильтрации ГМ остаётся практически неизменным. Опыт основывался на предположении о возможной быстрой кольматации испытуемого иглопробивного полотна с эффективным размером пор 0,07 мм и замываемым в него вдоль полотна песчаным материалом с фракцией менее 1 мм.
Через 30 суток проверен остаточный коэффициент фильтрации ГМ на контакте с песком. Через фильтрационную установку подавался объем воды равный V = 300 мл. Температура воды при выполнении опыта te = 16,5 С.По прохождению воды через установку «Песок - геотекстиль» были получены результаты, представленные в табл. 3.4.
Для исследования характеристик геосинтетического полотна в условиях строительной лаборатории можно воспользоваться трубкой Спецгео (Кф-1) -рис. 3.7. Вес образца геотекстиля определялся на электронных весах типа ВЛКТ-500Г-М. и составил - 1,3 г. Значения параметров ГМ в фильтрационной установке Кф-1 приведены в табл. 3.5.
Для уточнения фактической крупности вынесенного песка необходимо выполнить определение грансостава ареометром. Для этого необходимо не менее 40 гр песка.
Гранулометрический состав песка (рис.3.8), использованного для опыта, представлен в табл. 3.6.
Особый интерес представляют данные, полученные в испытаниях геотекстиля, отобранного автором работы из шурфа низового откоса намывной плотины. Пробы отобраны после двух лет эксплуатации дренажной конструкции.
Испытание геотекстиля проведено в приборе КФ-1, испытуемая площадь 25,5 см2 и в 5 литровом цилиндре с отверстиями, с испытуемой площадью 263 см2. Вырезанные образцы отобраны с верхнего и нижнего слоев (над и под каменной наброской).
Ш@рШ88Ш слшш $@м!Ю@жшш1Ш визуально оказался чистым. Коэффициент фильтрации определён действием столба воды высотой 1 и 8 см над геотекстилем. Время прохождения воды V - 300 мл за 12 и 5 с, соответственно. Температура воды t=13C, температурный коэффициент - 0,92.В цилиндрах площадью 263 см2 опыты проводились с высотой столба над геотекстилем 1 см при температуре воды t=13,50C. ШшжтшШ т&й гттшювшт (под каменной наброской).
3ависимость плотности от толщины испытуемого геосинтетического материала
В лабораторных условиях автором работы была определена плотность спускаемого иглопробивного геосинтетического полотна (ТУ 8397-038-Ї5766623-97) путём замера площади и взвешивания образца размером 10 с 10 см.Взвешивание образца выполнено на электронных весах типа ВЛТК-500ГМ с ценой деления 1 гр. , наибольший предел взвешивания 500 г, дена деления делительного устройства 10 мг, погрешность взвешивания по дкале ± 20 мг.
На рис. 3.14 представлена зависимость плотности от толщины испытуемого геосинтетического материала.В результате исследования можно сделать вывод как о широком диапазоне плотности материала при одинаковой толщине, так и о разных толщинах материала при одинаковой плотности. Следовательно, при необходимости можно задаваться параметрами выпускаемого геосинтетического полотна, требуемыми при производстве гидротехнических работ, с его применением.
По полученным данным лабораторных исследований на сконструированной автором фильтрационной установке и отобранными пробами с низового откоса низовой плотины ЗаГАЭС проведены сопоставления результатов расчётов по определению остаточного коэффициента фильтрации в иглопробивном геосинтетическом материале.
Воспользовавшись предлагаемой диссертантом математической зависимостью для определения Кф ГМ при уплотнении грунта пневмоколёсным транспортом (2.27) и вводя в неё натурные данные использованных при производстве гидротехнических работ механизмов, получено теоретическое значение остаточного коэффициента фильтрации.Погрешность сравниваемых значений составляет 4,74,..36,67%.
Экспериментальные и теоретические данные показывают наличие фактического запаса остаточного коэффициента фильтрации ГМ помимо расчётного от 6 до 27 раз. Проведённые исследования говорят о возможном широком применении геотекстильных материалов при выполнении гидротехнических работ.-75 Строительство ЗаГАЭС было начато в 1975г. К настоящему времени она эксплуатируется уже 15 лет.
Опыт строительства станции и последующей эксплуатации выявил ряд негативных геолого-геоморфологических явлений и процессов, оказывающих отрицательное влияние на эксплуатацию и эколого-ландшафтные условия территории.Загорская ГАЭС расположена на левом берегу долины р. Кунья, левого притока р. Дубна. Главные элементы ГАЭС занимают значительную территорию долины реки, включая прирусловую часть, пойму, комплекс низких террас и их склоны, левый коренной борт долины, а также значительную площадь локального водораздела.
Рельеф территории, на котором расположена ЗаГАЭС различен. Станция сооружена на различных типах отложений: аллювиальных, склоновых, ледниковых и водно-ледниковых (моренах). Эти отложения подвержены современным геологическим процессам, интенсивность их протекания которых неодинакова, что в разной степени оказывает влияние на устойчивость и сохранность возведенных сооружений ГАЭС. Кроме того, строительство ГАЭС еще не завершено. В связи с этим представляется необходимым на стадии строительства второй очереди станции принять дополнительные меры защиты, так как опыт эксплуатации отдельных элементов сооружений (верховых и низовых откосов бассейнов, берм на склоне ниже главной дамбы верхнего водозабора), показал их неудовлетворительную устойчивость к современным рель-ефообразующим процессам. Наблюдаются размывы бровок берм, делювиальный (плоскостной) смыв, формирование линейных эрозионных форм - промоин, размывов.
При быстрых изменениях уровня воды в водохранилище, кроме оживления оползневых процессов, может происходить оплывание глинистого чехла, прикрывающего склоны, - покровных отложений и суффозионный вынос песков на участках, где берега водохранилища в пределах колебания уровня вод сложены песчаными отложениями. Особенно вероятна суффозия на контактах песков и глин. Указанные выше процессы, наряду с оползневыми явлениями могут после наполнения нижнего бассейна до проектных отметок привести к нарушению естественных склонов.
Проектом предусматривалось устройство низовой плотины намывным способом с образованием в центральной зоне ядра плотины из мелких фракций намываемого грунта. Намыв производился по двусторонней схеме с устройством прудка для выдерживания размеров ядра. В 1978 г. в производство были выданы технические условия (ТУ) на намыв полным профилем низовой плотины с отметки 145,0 м до отметки 156,5 м.
Для создания центральной зоны тело плотины должно было выполняться с уширением боковых зон. Лишний грунт использовался для насыпи боковых зон плотины выше отметки 162,0 м сухоройным способом. Ядро в этом случае создавалось из мореного суглинка. Грунт для намыва плотины брался из карьера № 6а. Предполагалось, что забой будет разрабатываться земснарядом на всю высоту, однако на отметке примерно 132,0 м было выявлено наличие "панцирного слоя" (валунно-галечникового), который был пройден сухоройным способом, после чего земснарядом продолжилась разработка ниже отметки 132,0 м. В этом слое в составе песчаных грунтов присутствовало не более 10% мелких (менее 0,1 мм) фракций, что в сочетании с намывом на более узкой части плотины на высоких отметках привело к тому, что гранулометрический состав грунта центральной зоны не соответствовал ТУ. Научно-исследовательским институтом энергетических сооружений по заданию Главного инженера проекта ЗаГАЭС были проведены соответствующие исследования. Так же ГИПом предлагалось выполнить трубчатый горизонтальный дренаж ва полках с отметками 147,0 и 156,0 м. На первой отметке дренаж был выполнен до наполнения водохранилища, на второй - по не установленным в настоящее время причинам - дренаж не выполнялся.Натурными наблюдениями в мае 2001 г. зафиксировано недопустимое по соображениям безопасной эксплуатации низовой плотины нижнего бассейна, выклинивание депрессионной поверхности фильтрационного потока на незащищенный низовой откос грунтовой плотины (отметки 156,5 ... 157,0) (рис. 4.1.) .
Состояние низовой плотины после повышения уровня бьефа в нижнем бассейне до проектной отметки 162,5 м не могло быть признано безопасным для эксплуатации. Были необходимы срочные проектные проработки технических решений по обеспечению устойчивости низового откоса плотины.Учитывая фактическое положение кривой депрессии в намывной плотине после наполнения водохранилища до НПУ, следовало вернуться к варианту с устройством дренажа и укреплению откоса на отметке 156,0 м.
Специалистами АО НИИЭС предлагалось несколько вариантов технических решений по дренированию и укреплению низового откоса плотины. Рассмотрены следующие три варианта технических решений для участка плотины на отметке 156,0...157,0 м (ПК 6+35 по ПК 12+75) - (табл. 4.1, рис. 4.2):- укрепление откоса низовой плотины отсыпкой песчано-гравийной смеси с коэффициентом фильтрации К0, равным коэффициенту низовой плотины Кп (К0=Кп=2м/сут.)(рис. 4.3);- вариант 2 - укрепление откоса по варианту 1, но с отсыпкой песчано-гравийной смеси, имеющей более низкий коэффициент фильтрации (10,=0,5 м/сут.) (рис. 4.4);- вариант3 (рис. 4.5)-укрепление откоса по варианту 1и2 с дренированием низового откоса горизонтальным дренажом из трубофильтров, с засыпкой песком.
