Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Аверьянов Виталий Николаевич

Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений
<
Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Аверьянов Виталий Николаевич. Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.23.07 / Аверьянов Виталий Николаевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева], 2016

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Федеральными целевыми программами
«Развитие водохозяйственного комплекса РФ в 2012-2020 годах» и «Развитие
мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы»
предусмотрены значительные объёмы работ по природообустройству. Ответственными
элементами природообустройства являются грунтовые гидротехнические сооружения. К
таким сооружениям относятся дамбы, плотины, перемычки, каналы и накопители
жидких и пастообразных отходов различных классов опасности с

противофильтрационными устройствами из глинистых грунтов.

Применение местных глинистых грунтов в качестве строительных материалов для возведения гидротехнических сооружений позволяет минимизировать затраты на их строительство. Однако при этом необходимо учитывать, что недостаточное уплотнение грунтов приводит к катастрофическому разрушению грунтовых сооружений. Поэтому, при проектировании и строительстве грунтовых гидротехнических сооружений должно быть обеспечено высокое качество уплотнения грунтов.

Для строительства в России, как правило, выбирают грунты, природная влажность которых близка к оптимальной по ГОСТ 22733-2002 «Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности». В связи с этим значительную часть грунтов из деловых выемок не используют и направляют в отвалы или кондиционируют.

Современные условия строительства, уровень технической вооружённости строительных организаций и повышение цен на строительные материалы обусловливают необходимость более полного использования глинистых грунтов природной влажности из деловых выемок и карьеров для возведения грунтовых гидротехнических сооружений.

Совершенствование технологии уплотнения глинистых грунтов при строительстве грунтовых гидротехнических сооружений способствует повышению надежности возводимых гидротехнических сооружений, а использование глинистых грунтов природной влажности непосредственно из деловых выемок и карьеров позволит сократить непроизводительные перемещения грунтовых масс и уменьшить отрицательное воздействие на окружающую среду, что позволяет судить об актуальности выбранной темы диссертационного исследования.

Объектом исследования в диссертации являются грунтовые гидротехнические сооружения и их отдельные элементы, возводимые из глинистых грунтов. Соответственно предметом исследования служит технология уплотнения глинистых грунтов и её влияние на формирование физико-механических и фильтрационных свойств глинистых грунтов в теле грунтовых гидротехнических сооружений как в период их возведения, так и в процессе эксплуатации.

Степень разработанности темы исследования. Обеспечение качества противофильтрационных устройств из глинистых грунтов в гидротехнических сооружениях во многом определяется технологией их уплотнения. Широкие научные исследования в этом направлении выполнены и внедрены в практику российскими учеными Б.Ф. Рельтовым, А.Н. Ермалаевой, О.А. Пахомовым, С.И. Мигиным и д.р., а также зарубежными учеными С.Д. Вильсоном, И.Г. Клаудоном, Т.В. Лэмбом и д.р. Ими рассмотрены вопросы взаимодействия различных уплотняющих механизмов с грунтом и даны направления по их усовершенствованию и поиску оптимальной влажности уплотняемого грунта.

Настоящая работа посвящена исследованиям технологии уплотнения глинистых грунтов природной влажности, необходимость которых возникает при каждом новом строительстве грунтовых гидротехнических сооружений.

Цели и задачи исследования. Цель исследования – расширение диапазона применения глинистых грунтов природной влажности для возведения грунтовых гидротехнических сооружений и повышение их надёжности за счет совершенствования технологии уплотнения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ мирового опыта уплотнения глинистых грунтов при возведении насыпных
гидротехнических сооружений с выявлением основных проблем уплотнения;

изучить формирование структуры и свойств глинистых грунтов при их уплотнении;

разработать концепцию по усовершенствованию технологии уплотнения глинистых грунтов природной влажности;

- выполнить исследования усовершенствованной технологии уплотнения
глинистых грунтов природной влажности;

- провести исследования водопроницаемости глинистых грунтов, уплотнённых по
усовершенствованной технологии;

- исследовать влияние процесса набухания уплотнённой глины на
водопроницаемость и оценить возможность использования пригрузки для повышения
надежности противофильтрационных устройств грунтовых гидротехнических
сооружений;

- провести анализ полевых исследований водопроницаемости
противофильтрационного устройства (экрана), возводимого из глинистых грунтов с
применением усовершенствованной технологии уплотнения и дать рекомендации по
определению его коэффициента фильтрации;

- изучить микроструктуру глинистого грунта после уплотнения в соответствии с
усовершенствованной технологией в период прохождения через него фильтрационного
потока воды;

- определить величину градиентов напора, не разрушающих структуру и не
вызывающих внутреннего перемещения частиц глинистого грунта, уложенного в тело
гидротехнического сооружения;

- разработать рекомендации к техническим условиям на возведение
гидротехнических сооружений из разнородных глинистых грунтов природной
влажности.

Научная новизна работы.

К новым научным результатам относятся следующие:

впервые выполнен анализ мирового опыта уплотнения глинистых грунтов при строительстве гидротехнических сооружений, в результате которого показана целесообразность введения новых, дополнительных к плотности-влажности, технологических параметров уплотнения грунта в виде коэффициента водонасыщения и консистенции, более полно отражающих физико-механическое состояние глинистых грунтов перед уплотнением;

разработана методика проектирования технологических параметров уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений, обеспечивающая удобоукладываемость и наибольшую полноту использования грунтов природной влажности;

- разработан новый способ возведения земляного сооружения из глинистого
грунта, обеспечивающий стабильность структуры, физико-механических и

фильтрационных характеристик грунта при водонасыщении в процессе эксплуатации сооружения (патент на изобретение RU2561635 C1);

- предложен способ определения величины градиентов напора, не разрушающих
структуру и не вызывающих внутреннего перемещения частиц глинистого грунта в теле
гидротехнических сооружений;

получены новые сведения о влиянии преобразования структуры глины при уплотнении на величину её набухания, а также на водопроницаемость;

в качестве приложения к диссертации разработан проект рекомендаций к техническим условиям на возведение гидротехнических сооружений из разнородных глинистых грунтов природной влажности;

- разработана новая конструкция земляной плотины, включающая уплотнённый
переходный слой из смеси глинистого и разнозернистого грунта для обеспечения
фильтрационно-суффозионной прочности тела плотины на контакте с трещиноватым
скальным основанием (патент на изобретение RU2352715 С1).

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость работы состоит в раскрытии главных факторов, влияющих на формирование структуры, физико-механических и фильтрационных свойств глинистых грунтов при их уплотнении в теле гидротехнических сооружений. К этим факторам относятся консистенция и коэффициент водонасыщения грунта, которые предложено совместно рассматривать как технологические параметры уплотнения при обосновании контрольной плотности и влажности грунта.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная в диссертации методика проектирования параметров уплотнения глинистых грунтов при возведении гидротехнических сооружений и усовершенствованная в соответствии с этой методикой технология их уплотнения позволяют более полно использовать грунты природной влажности и повысить качество сооружений.

Высокое качество гидротехнических сооружений, выполненных из глинистых
грунтов с использованием усовершенствованной технологии уплотнения,

подтвердилось при строительстве и эксплуатации ряда ответственных

гидроэнергетических объектов и объектов коммунального хозяйства, проверено мониторингом их гидрогеологической обстановки, см. Информационный вестник ГАУ МО «Мособлгосэкспертиза». Выпуск №1 (32), январь-февраль 2011 г., с. 51…54.

Решена научная задача возведения противофильтрационных устройств гидротехнических сооружений из глинистых грунтов природной влажности, имеющая существенное значение для развития страны.

Результаты диссертационной работы планируется включить в технические стандарты по строительству и использовать в учебном процессе (курс «Организация и технология строительства объектов природообустройства» для студентов и аспирантов) при подготовке специалистов в области гидротехнического строительства.

Методология и методы исследования. По теме диссертации изучен мировой опыт уплотнения глинистых грунтов с глубиной рассмотрения технических решений в 50 лет, методом эмпирического обобщения ранее установленных закономерностей выявлены особенности формирования структуры и свойств уплотнённого грунта, которые легли в основу разработки усовершенствованной технологии уплотнения глинистых грунтов при строительстве гидротехнических сооружений.

Проведены лабораторные исследования по уплотнению грунтов с последующим водонасыщением и оценкой влияния структуры уплотнённого грунта на процессы его водонасыщения и набухания.

На опытных насыпях проведены полевые исследования уплотнения глинистых
грунтов по усовершенствованной технологии с применением различных катков и
автосамосвалов. Выполнен анализ полевых фильтрационных исследований

уплотнённых грунтов методом налива воды в кольца, шурфы и скважины, в результате которого даны предложения по корректировке этих методов и по определению коэффициента фильтрации уплотнённых глинистых грунтов.

При оценке влияния набухания глины на её водопроницаемость лабораторные
исследования набухания образцов грунта природного сложения и образцов грунта из
тела опытной насыпи выполнены в соответствии с ГОСТ 12248-2010

Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. Раздел 6. Метод определения набухания и усадки.

Выполнены лабораторные исследования водопроницаемости и количественный анализ микроструктуры глинистых грунтов, уплотнённых по усовершенствованной технологии. При этом водопроницаемость грунта изучалась методом напорной фильтрации в приборе ПФГ при градиентах напора до 600, а количественный анализ микроструктуры грунта – по РЭМ-изображениям, полученным в МГУ имени М.В. Ломоносова на электронном микроскопе «Hitachi».

Положения, выносимые на защиту:

  1. Методика проектирования технологических параметров и технологии уплотнения глинистых грунтов природной влажности при возведении гидротехнических сооружений.

  2. Классификация глинистых грунтов по трудности уплотнения.

  3. Способ определения допустимых градиентов напора, не вызывающих внутреннего перемещения частиц уплотнённого глинистого грунта и потерю его фильтрационной прочности.

  4. Корректировка формулы расчёта коэффициента фильтрации глины при полевых определениях методом налива воды в кольца.

  5. Рекомендации к техническим условиям на возведение гидротехнических сооружений из разнородных глинистых грунтов природной влажности.

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Исследования проводились в период с 2004 по 2016 гг. Достаточная степень
достоверности и апробация результатов работы подтверждены практикой

проектирования, строительства и эксплуатации противофильтрационных экранов из глинистых грунтов для бассейна суточного регулирования Зеленчукских ГЭС, для верхнего аккумулирующего водоёма Днестровской ГАЭС и для иловых площадок Курьяновских очистных сооружений ОАО «Мосводоканал».

Личный вклад соискателя заключался в постановке цели и формулировании задач диссертационной работы, теоретическом обосновании и разработке методики проектирования технологических параметров и технологии уплотнения глинистых грунтов природной влажности, проведении лабораторных и научном анализе полевых исследований, а также в систематизации их результатов и подготовке выводов.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXIII Международной молодёжной научно-технической конференции Гидропроекта (Москва-Поленово, 6-10 сентября 2004 г), на Научно-практической конференции международного форума «ВэйстТэк – 2011» (Москва, 1 июня 2011 г.), на XXXIII Международной заочной конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук» (Москва, 9 апреля 2015 г.).

Публикации основных положений диссертационной работы приведены в виде 7 научных статей, из которых 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 - в отраслевых изданиях, и в 2 изобретениях.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 123 наименований, в том числе 5 - на иностранном языке. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка и 12 таблиц, текст дополняют приложения.