Введение к работе
Актуальность работы. Оросительная сеть представляет собой техническую систему последовательно соединенных гидротехнических элементов (водозабор - орошаемое поле), конечная эксплуатационная надежность которой складывается из надежной работы каждого из элементов. Наиболее важным и ответственным элементом является гидротехническое сооружение на каналах, которое обеспечивает плановую подачу воды из водоисточника на орошаемые поля
Большая часть оросительной сети на территориях, сложенных лёссовыми просадочными грунтами, представлена каналами в земляном русле. В последние годы для уменьшения потерь транспортируемой по ним воды широко используются различного рода антифильтрационные покрытия, а внутрихозяйственную сеть обычно выполняют в виде железобетонных лотков или трубопроводов. Каждая тысяча гектаров орошаемой площади получает воду из этих каналов с помощью более ста гидротехнических сооружений. Однако результаты обследования работы сетевых гидротехнических сооружений на каналах, проходящих в лёссовых грунтах, показали, что почти половина из них уже после первых двух лет эксплуатации приходят в аварийное состояние из-за различного рода повреждений, вызванных просадочными явлениями. Приблизительно треть из имеющихся отказов и аварий гидротехнических сооружений происходит из-за неправильного расчетного прогноза ожидаемой величины перемещения фундаментной части гидросооружения на лессовом основании при его замачивании.
В связи с этим проблема достоверности расчетного прогноза совместного перемещения гидросооружения и просадочного основания и как следствие обеспечение его эксплуатационной надежности для районов широкого распространения просадочных грунтов, является актуальной.
С целью выяснения соответствия прогнозируемых перемещений натурным перемещениям существующих гидротехнических сооружений на оросительных системах в лёссовых грунтах, а также для возможности выбора более достоверного метода расчета был изучен и обобщен опыт проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений оросительных систем в районах распространения просадочных грунтов Казахстана. Статистический анализ материалов обследования показал значительные расхождения проектных значений от натурных перемещений и в связи с этим имеющееся большое количество аварий. Эксплуатационная надежность сетевых гидротехнических сооружений Казахстана на практике не превышает 0,5.
Поэтому разработка более обоснованного метода прогноза перемещений гидротехнических сооружений оросительных систем на лессовых основаниях для обеспечения их надежной эксплуатации является актуальной как с практической, так и с научной точек зрения.
Цель и задачи исследований.
Цель работы' для обеспечения эксплуатационной надежности мелиоративной сети разработать научно-обоснованный метод прогноза совместных перемещений гидротехнических сооружений и их лессовых оснований при замачивании
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:
изучить и обобщить опыт проектирования, строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений оросительных систем в районах распространения просадочных грунтов Казахстана Для этого изучить имеющиеся в архивах проектных и эксплуатационных организаций материалы по расчету сетевых гидротехнических сооружений в этом регионе и данные натурных обследований построенных сооружений и систематизировать основные причины отказов и аварий в их работе,
провести испытания замоченных до различной влажности лёссовых грунтов в лотке с целью получения качественной картины совместного перемещения штампа, имитирующего подошву гидросооружения, и его просадочного основания под действием нагрузки;
получить путем статистической обработки результатов испытаний корреляционные зависимости для определения физико-механических и прочностных характеристик лёссового грунта при различных значениях влажности при возможном замачивании его под гидросооружением;
-разработать научно-обоснованный метод прогноза совместного перемещения фундаментной части гидросооружений и их просадочных оснований с учетом области замачивания при изменениях влажности;
- оценить достоверность предлагаемого расчетного метода путем
сопоставления расчетного значения с натурным перемещением существующего
гидросооружения на мелиоративных системах Казахстана;
рекомендовать внести изменения в типовых конструкциях сетевых гидротехнических сооружений с учетом прогнозируемого расчетом по предлагаемой методике ожидаемого совместного перемещения сооружения и его лёссового основания, которые позволят повысить эксплуатационную надежность системы;
разработать мероприятия по защите дна и бортов канала в земляном русле на просадочных грунтах для уменьшения фильтрационных потерь транспортируемой по ним воды.
Объект исследований: гидротехнические сооружения оросительных систем юга Казахстана на просадочных лёссовых грунтах Научная новизна заключается:
в выявлении и системном анализе основных причин отказов сетевых гидросооружений мелиоративных систем на лёссовых грунтах;
в получении в лотке качественной картины совместного перемещения лёссового основания и штампа, имитирующим подошву гидротехнических сооружений, в результате проведения оригинальных экспериментов по замачиванию и нагружению лессового грунта;
- в создании метода расчетного обеспечения эксплуатационной надежности сетевых гидротехнических сооружений мелиоративных систем на лёссовых грунтах путем разработки методики прогноза их вертикального перемещения при замачивании.
Практическая значимость работы состоит в том, что предлагаемый метод определения совместных перемещений подошв мелиоративных гидротехнических сооружений и их лессовых оснований дает более точный их прогноз, что позволяет усовершенствовать технологию строительства каналов и сооружений в лессовых грунтах с учетом изменения их свойств при замачивании и может послужить в качестве материалов при проектировании оросительных систем на просадочных грунтах для региональных условий юга Казахстана.
Апробация работы. Результаты исследования и основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях в Московском государственном университете природообустройства и опубликованы в научно-технических журналах и в трудах МГУП и Томского государственного архитектурно-строительного университета. Разработанный метод определения ожидаемой величины совместного перемещения гидросооружения и его лёссового основания был использован при проектировании сетевых сооружений внутрихозяйственного канала «Кара-Арык» Казалинского района Кызылординской области, о чем имеется акт внедрения Комитета по водным хозяйствам Кызылордаводхоза МСХ республики Казахстан.
Публикации. По теме диссертации опубликовано десять статей общим объемом 5 п.л, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК - Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 127 страниц, в том числе 20 таблиц, 27 рисунков, список литературы состоит из 112 наименований.
