Введение к работе
Актуальность темы. Высокий уровень ответственности гидротехнических сооружений (ГТС) речных гидроузлов обусловливает необходимость обеспечения технической, экономической, экологической и социальной безопасности на всех стадиях их жизненного цикла, включая проектирование, строительство и эксплуатацию последних. Нахождение новых путей повышения уровня безопасности и надежности рассматриваемых сооружений в периоды их строительства и эксплуатации является актуальной задачей отечественной гидротехники.
Мониторинг – один из инструментов, позволяющих снизить риск возникновения аварийных ситуаций на ГТС, своевременно выполнять противоаварийные и ремонтные работы, заблаговременно оповещать и принимать меры по эвакуации близлежащих населенных пунктов. Система мониторинга включает в себя натурные наблюдения, определение значений критериев безопасности и правила действия эксплуатационного персонала в случае их превышения. Развитие в направлении разработки автоматизированных систем наблюдений на объектах гидротехнических комплексов, а также нахождение новых подходов к определению и назначению критериев безопасности сооружений, определение несущей способности систем «сооружение-основание», путем доведения их до разрушения различными способами представляет значительный интерес для научно-технических исследований.
Цели и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы – является нахождение путей совершенствования методов определения критериев безопасности и их последующая интеграция в системы мониторинга гидротехнических объектов.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
провести комплексный анализ состояния вопроса и определить пути совершенствования определения критериальных величин контролируемых параметров;
предложить и обосновать детерминистическую прогнозную модель для определения критериев безопасности второго уровня;
оценить эффективность системы безопасности и действующие критериальные значения диагностируемых показателей сооружений каскада Нижне-Черекских гидроузлов, а также арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенского гидроузла;
разработать рекомендации по модернизации системы контроля безопасности ГТС обозначенных выше гидроузлов;
провести научно-исследовательские работы по определению численных значений критериев безопасности путем математического моделирования напряженно-деформированного и предельного состояний каменно-земляной (КЗП) гидроузла Кашхатау, а также для арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенского гидроузла;
определить пути интеграции разработанных прогнозных моделей и критериев безопасности в системы мониторинга, которые должны обеспечить возможность оперативного отслеживания изменений их контролируемых параметров и принятия адекватных управляющих решений.
Научная новизна заключается в следующем:
в сформулированном подходе, используемом для проведения расчётных исследований напряжённо-деформированного состояния и несущей способности системы «сооружение – основание – водохранилище»;
в разработанных математических моделях, которые должны составлять основное ядро развитых информационно-диагностических компьютерных систем мониторинга и оценки безопасности эксплуатируемых ГТС;
в решении задачи определения критериев безопасности второго уровня ГТС на основе расчётов напряжённо-деформированного состояния с доведением расчетных моделей до разрушения;
в полученных результатах численных исследований несущей способности систем «каменно-земляная плотина гидроузла Кашхатау – основание» и «арочно-гравитационная бетонная плотина Саяно-Шушенского гидроузла – основание», в том числе и в разработке критериев безопасности для данных сооружений;
в обосновании и предложении путей интеграции разработанных прогнозных моделей в системы мониторинга гидротехнических объектов.
Достоверность результатов исследований обусловлена:
проведением комплекса натурных наблюдений и исследований;
использованием в натурных исследованиях проверенных практикой измерительных приборов и методов исследований, а также их разнообразием и полнотой;
оценкой показателей неоднородности исследованных параметров на основе вероятностно-статистической обработки натурных данных;
применением апробированных методов математического моделирования напряжённо-деформированного состояния гидротехнических сооружений и конструкций;
хорошей согласуемостью результатов натурных наблюдений, исследований и расчётов.
Практическая значимость результатов диссертационных исследований. Диссертация является научной работой, в которой на основании выполненных автором исследований представлены научные основы определения значений критериев безопасности гидротехнических сооружений, базирующихся на математических исследованиях несущей способности системы «сооружение-основание».
Практическую ценность имеет предложенная прогнозная модель, которую необходимо применять при определении критериев безопасности второго уровня для гидротехнических сооружений, а также в использовании разработанных автором предложений по совершенствованию системы мониторинга на гидроузлах Нижне-Черекского гидроузла и актуализации системы критериев безопасности для основных ГТС данного каскада и арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенского гидроузла.
Внедрение результатов исследований. Натурные и расчетные исследования автора были выполнены применительно к сооружениям гидроузлов Нижне-Черекского каскада и Саяно-Шушенского гидроузла. На основании результатов математических исследований несущей способности системы «сооружение-основание» были разработаны и предложены критерии безопасности для арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенского гидроузла и каменно-земляной плотины гидроузла Кашхатау. Проведенный сравнительный анализ систем натурных наблюдений и выполненных расчетных исследований дал возможность оценить современное их состояние на вышеуказанных гидроузлах, а также разработать рекомендации и предложения, направленные на повышение эффективности их работы. Была предложена и обоснована система сейсмометрического мониторинга для основных сооружений гидроузла Кашхатау, которая в скором времени должна быть реализована.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на: конференции молодых специалистов ОАО « Инженерный центр ЕЭС» (г.Хотьково 2008 г.); «Конкурсе молодых специалистов инжинирингового профиля в области электроэнергетики» (Москва 2009 г.); XVI Конференции изыскателей ОАО «Институт Гидропроект» (г. Звенигород 2009 г.); Ежегодной конференции молодых специалистов (г. Харьков 2009г.); XXIV Международной молодежной научно-технической конференции (г.Звенигород 2011 г.), а также на отраслевых совещаниях.
Публикации по теме диссертации. Две работы автора диссертации опубликованы в журналах, рекомендуемых ВАК РФ (журналы «Гидротехническое строительство» и «Бетон и железобетон»), а также три работы опубликованы в других научно-технических изданиях.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, содержащего 85 наименований. Основное содержание диссертационной работы изложено на 171 странице, включая таблицы и рисунки.
