Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Методы гидротехнического расчета подземного контура водоподпорных сооружений
1.1..Развитие методов гидротехнического расчета водопод порных сооружений 10
1.2. Основные методы и способы расчета напорной фильтрации 13
1.3. Анализ существующих методов расчета подземного контура водоподпорных сооружений. 21
Выводы 25
ГЛАВА 2. Методика исследований пространственной фильтрации в сетевых мелиоративных сооружениях
2.1. Средства решения 26
2.2. Метод ЭГДА. Дифференциальные уравнения фильтрационного потока и электрического поля 27
2.3. Моделирование области фильтрации 31
2.4. Конструкция электролитической ванны пространственного прибора ЭГДА 36
2.5. Электрическая схема пространственного прибора ЭГДА 38
2.6. Прибор для измерения удельного сопротивления электролитов 40
2.7. Выбор параїлетров измерения исследуемого подземного контура 43
2.8. Методика проведения опытов на пространственном приборе ЭГДА 47
Выводы 52
ГЛАВА 3. Аналоговые исследования пространственной фильтрации
3.1. Задачи аналоговых исследований
3.2. Варианты проведенных исследований ,
3.3, Результаты аналоговых исследований первой задачи фильтрации , 70
3.4, Аналоговые исследования фильтрации в сетевых водо подпорных сооружениях по схеме второй задачи фильт
рации (с приточностыо) 86
Выводы , 93
ГЛАВА 4. Практическое применение результатов аналоговых исследований
4.1. Особенности выбора критерия использования пространственной или плоской схемы при гидротехническом расчете сетевых водоподпорных сооружений 95
4.2. Особенности функционирования подземного контура сетевого мелиоративного сооружения в пространственных условиях фильтрации 101
4.3. Разработка гидротехнического расчета подземного контура мелиоративных сооружений 104
4.4. Учет влияния боковой приточности на основные параметры фильтрационного потока 121
4.5. Проверка разработанной методики 129
Выводы. 143
Литература
- Основные методы и способы расчета напорной фильтрации
- Конструкция электролитической ванны пространственного прибора ЭГДА
- Результаты аналоговых исследований первой задачи фильтрации
- Особенности функционирования подземного контура сетевого мелиоративного сооружения в пространственных условиях фильтрации
Введение к работе
Актуальность темы, цели и задачи исследований. Коммунистическая партия и Советское правительство постоянно уделяют большое внимание совершенствованию и развитию мелиорации в нашей стране.
Особенно большой размах она получила после майского (1966 и) Пленума ЦК КПСС, на котором была намечена долговременная программа мелиорации земель, являющаяся основным составным звеном аграрной политики партии на дальнейшее неуклонное увеличение сельскохозяйственного производства в нашей стране. Важная роль мелиорации отведена ХХУТ съездом КПСС в дальнейшем развитии сельскохозяйственного производства и майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС в выполнении принятой Продовольственной программы, обеспечивающей его практическую реализацию.
На заседаниях Политбюро ЦК КПСС (сентябрь 1983г., май 1984г.) подчеркнута значительная роль мелиорации в создании гарантированного продовольственного фонда и повышении благосостояния советских людей. Отмечено, что необходима разработка долговременной программы развития мелиорации на качественно новом уровне. Это связано с крупномасштабным строительством современных мелиоративных систем, требующих введения широкого комплекса инженерных и агротехнических мелиорации, обеспечивающих регулирование водного режима почв в нужных пределах.
Мелиорация позволяет вовлекать в сельскохозяйственное использование огромные площади болот и заболоченных земель в гумидной зоне, пустынь и полупустынь в аридной зоне и превращать неиспользуемые или не интенсивно используемые земли в высоко плодородные сельскохозяйственные угодья. Для этого на современных мелиоративных системах строится большое количество относительно малых, так называемых сетевых сооружений (регуляторов, водовыпусков, сбросных регуляторов, труб-регуляторов и т.п.), имеющих аналогичные подземные контуры, но отличающиеся специфическими особенностями , которые в значительной степени осложняют их расчет и проектирование. Это прежде всего свойственная им вытянутая форма в плане со значительным превышением размера вдоль оси водотока 0 над шириной водосливного фронта „ , что коренным образом осложняет функционирование подземного контура малого сетевого сооружения в результате возникающего резкого взаимодействия фильтрационных потоков, обтекающих подземный контур и устои гидросооружения. Оно делает совершенно неприемлемым использование для гидротехнического расчета сооружений способов и методов, разработанных в настоящее время преимущественно для высококлассных крупных, но функционирующих в условиях плоской задачи фильтрации гидросооружений /7-12, 60-62/. Как показывают исследования, в пространственных условиях не только изменяется распределение фильтрационных потерь по элементам подземного контура в сторону более невыгодного, но и значительно возрастают (для узких сооружений, и даже на порядок выше) такие расчетные параметры, как фильтрационное противодавление на водобое, средние на выходном шпунте (зубе) и максимальные на выходе градиенты фильтрации /7-12/. Игнорирование этого обстоятельства при гидротехническом расчете сетевых сооружений, которое, к сожалению, нередко встречается в проектной и строительной практике, неизбежно приводит к снижению долговечности и надежности сооружений, а в отдельных случаях - к их полному разрушению. В результате происходит растройство функционирования современных мелиоративных систем, осуществляющих регулирование водного режима по принципу каскадного или регулирования с перетекающими объемами воды в бьефах. Так, например, по статистическим данным /95/ 28 % повреждений плотин мира вызвано внутренней эрозией и суффозией грунтов оснований, проявляющихся при фильтрации с градиентами, превышающими их критические значения.
- б Таким образом,бесперебойное функционирование современных мелиоративных систем неразрывно связано с надежным регулированием водно-воздушного режима, обеспечивающегося возводимыми регулирующими сооружениями, которые в свою очередь должны быть устойчивыми и долговечными. Последнее обстоятельство в значительной степени обусловливается достоверным и обоснованным гидротехническим расчетом их подземного контура, способы которого в настоящее время недостаточно разработаны для условий трехмерной (пространственной фильтрации.
Требует количественной и качественной оценки значительное влияние (как можно предположить) боковой приточности на основные расчетные параметры фильтрационного потока под сооружением, в условиях которой нередко функционируют сетевые сооружения на мелиоративных каналах, например, при их параллельном расположении дам-бированному отрезку контура водохранилища и т.п.
В связи с этим цель и задача настоящих исследований заключались в следующем:
1 Изучение обтекания фильтрационным потоком сетевых мелиоративных сооружений.
2 Установление критерия использования пространственной или плоской схемы фильтрации при гидротехническом расчете их подземного контура.
3 Разработка способа гидротехнического расчета одношпунто-вых и двухшпунтовых подземных контуров сооружений с открылками в виде обратных стенок при пространственном растекании фильтрационного потока.
4 Определение величин влияния боковой приточности на основные расчетные параметры фильтрационного потока в основании сооружения .
5 Проверка расчетов по разработанной методике сопоставле - 7 ниєм о результатами физического моделирования на русловой площадке, натурными данными и аналоговыми модельными исследованиями трехмерной фильтрации в сооружениях.
Методика исследований. В качестве основного метода решения пространственных задач фильтрации было выбрано аналоговое моделирование на пространственном жидкостном приборе ЭГДА, который позволяет наиболее доступно, просто и достаточно точно получить их решения,а следовательно, изучить картину фильтрации в сетевых сооружениях.
Научная новизна. Выявлено значительное влияние пространственного растекания фильтрационного потока на увеличение его основных расчетных параметров по сравнению с плоскими условиями фильтрации. Посредством аналитических обобщений демонстрируется различие в распределении фильтрационных потерь в подземном контуре при пространственной и плоской схеме фильтрации.
Показано, что в пространственных условиях фильтрации резко возрастает функция выходного шпунта в гашении напора, вызывающая сильный подпор фильтрационного потока и значительное увеличение средних выходных градиентов фильтрации. Продемонстрировано значительное изменение эффективности внутреннего (королевого) шпунта в гашении фильтрационного напора и уменьшение его гидродинамического эффекта в смысле противодавления и среднего выходного градиента фильтрации.
Применительно к регулирующим сооружениям на мелиоративных каналах установлен критерий выбора плоской или пространственной схемы при гидротехническом расчете.
Разработана в аналитической интерпретации методика гидротехнического расчета подземного контура сетевых мелиоративных (регулирующих) сооружений с учетом пространственного растекания фильтрационного потока и продемонстрирована его корректность достаточно хорошим сходством результатов расчета с натурными данными, физическим и аналоговым моделированием.
Установлена величина влияния боковой приточиости на основные расчетные параметры фильтрационного потока и предложен оценочный, приближенный способ ее учета.
Практическая значимость. Из-за недостаточной изученности вопроса в проектной практике при гидротехническом расчете мелиоративных регулирующих (сетевых) сооружений обычно не по назначению используются способы, разработанные для плоских схем фильтрации. В результате, как показали исследования, в отдельных случаях возможно многократное занижение фильтрационных сил, приводящее нередко к аварийному состоянию сооружений.
Разработанная методика гидротехнического расчета регуляторов с учетом пространственного растекания фильтрационного потока позволяет значительно достовернее рассчитать его основные параметры и тем самым существенно увеличить надежность и долговечность сооружений. Кроме того, за счет более точной оценки эффективности элементов подземного контура в гашении фильтрационного напора она дает возможность во многих случаях проектировать бесшпунтовые флютбеты и, следовательно, за счет исключения королевого шпунта получать средний экономический эффект на одном сооружении до 2,3 тыс. руб.
Сделанный выбор в пользу целесообразности устройства в пространственных условиях фильтрации понурного, а не королевого шпунта, которому справедливо отдано предпочтение при плоской схеме фильтрации, может найти применение в проектной практике при разработке новых конструкций регулирующих сооружений.
На основании материалов исследований (в соавторстве) разработано "Руководство по проектированию и гидротехническому расчету регулирующих мелиоративных сооружений", одобренное ученым советом (протокол № 13 от 16 сентября 1981 г.) и согласованное с научно-техническим советом Минводхоза БССР (протокол № 7 от 25 марта 1983 г.).
Основные положения, выносимые на защиту. Аналоговые исследования вариантов задачи трехмерной фильтрации в регулирующих сооружениях. Установленные закономерности распределения фильтрационных потерь на элементах подземного контура при пространственной схеме фильтрации и их аналитическая интерпритапия.
Критерий, устанавливающий возможность использования пространственной или плоской схемы фильтрации при гидротехническом расчете сетевых сооружений.
Методика гидротехнического расчета сетевых мелиоративных сооружений с учетом пространственного растекания фильтрационного потока.
Влияние боковой приточности на основные расчетные параметры фильтрационного потока и ее учет при гидротехническом расчете сооружений.
Апробация и реализация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на ХХХІУ (1978 г.), ХХХУІІ (1980 г.) и XXXIX (1983 г.) научно-технических конференциях Белорусского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института (г. Минск), на научно-технической конференции "Проблемы рационального использования водных ресурсов малых рек", 1981 г.(г. Казань); на X научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Брестского инженерно-строительного института,1982г. (г. Брест); на научно-производственной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.Д. Дубаха, БСХА, 1983 г. (г. Горки); на научно-производственных отчетах лаборатории гидротехнических сооружений БелНИИМиВХ. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 статьях объемом 2,64 печатных листа.
Основные методы и способы расчета напорной фильтрации
Приведенный фильтрационный расход рг в основании сооружения определяется по следующей формуле : = I +J-+J-+...+ J- hi їтг Ъъ 9-2л ( 1.10 ) где а2/? - приведенный расход а - го фрагмента. Действительный фильтрационный расход грунтового потока в основании сооружения равен = ""fir , ( 1Л1 , где Н - полный напор на сооружение ; /Ґ - коэффициент фильтрации. Потери напора в пределах т - го фрагмента вычисляются по формуле г "9 ( I.I2 )
Приведенный расход фрагмента у, , фильтрационное давление /ггт в характерных точках и максимальная приведенная скорость фильтрации в точке б ( рис. I.I ) по дну нижнего бьефа определяются по номограммам B.C. Козлова / 65 / в зависимости от заданных относительных размеров /Т ; /Г и Sz/T .
Метод коэффициентов сопротивлений P.P. Чугаева / 88 - 90 / является своего рода вариацией фрагментного метода Н.Н. Павловского. В основу его положены те же два условия : I - равенство фильтрационных расходов в каждом из фрагментов ( условие I. 8 ), 2 - равенство суммы потерь напора во всех фрагментах полному напору Н ( условие 1.9 ).
Отличие метода P.P. Чугаева заключается в способе оценки сопротивлений движения грунтовых вод в области фильтрации. Если Н.Н. Павловский подземный контур рассматривает состоящим из от -дельных фрагментов, сопротивление которых характеризуется " модулем формы " Фп и/ п то P.P. Чугаев сопротивление каждого элемента подземного контура сооружения ( например, входного и выходного, внутреннего шпунта и т.п. ) оценивает соответствующими коэффициентами сопротивления % , как это принято в гидравлике. Сама область фильтрации с резко изменяющимся движением, характерным для водоподпорных сооружений, приближенно заменяется областью с плавно изменяющимся движением фильтрационного потока. Последняя принимается в виде трубы глубиною Траа/ с элементами подземного контура сооружения, характеризуемыми коэффициентами местных сопротивлений V » пропорционально которым распределяются фильтрационные потери напора на основании зависимости Пав -ловского- Форхгеймера ki = V J- = Г/ -7Г- & ( I.I3 ) где - удельный расход ; К - коэффициент фильтрации; Ki - коэффициент сопротивления, зависящий только от геометрических размеров рассматриваемого элемента подземного контура и расчетной глубины водоупора ( Трасч ). Гидромеханический метод решения задач напорной фильтрации Н.Н. Павловского / 48,49,65 / состоит в отыскании специальных функций, удовлетворяющих уравнению Лапласа при заданных гранич -них условиях.
Специальные функции выражаются в виде функций токами потенциала скоростей Р=-/ Н , образующих гидродинамическую сетку движения грунтовых вод, по которой могут быть вычислены все параметры фильтрационного потока . Н.Н. Павловским получены выражения для напорной функции пу тем решения уравнения Лапласа d h . ifA = п х У ( I.I4 ) для следующих схем подземного контура :
1) плоского незаглубленного флютбета без шпунтов при неограниченной мощности водопроницаемого основания ( рис. 1.3,а ) ;
2) плоского незаглубленного флютбета без шпунтов при ограниченной мощности водопроницаемого основания ( рис. 1.3,6 ) ;
3) плоского незаглубленного флютбета с одним водонепроницаемым шпунтом при неограниченной мощности водопроницаемого основа -ния для случаев ; с центрально расположенным шпунтом /87/( рис. 1.4,а) , с одним произвольно расположенным шпунтом ( рис. 1.4,6).
Необходимо отметить, что из-за значительных математических трудностей, возникающих при применении функции комплексного переменного ( в часности, конформных отображений ) к контурам, имею -щим сложные конфигурации, с помощью настоящего метода решены только простейшие схемы перечисленные выше .
Графоаналитический метод ЇЇ.Ф. Фильчакова / 58,44 / заклю -чается в том, что рассматриваемый подземный контур последовательно и идентично преобразуется в так называемые эквивалентный и стандартный плоские контуры независимо от его очертания .
В результате получают значения коэффициентов сопротивлений для отдельных точек действительного ( рассматриваемого) подземного контура сооружения, по которым, используя соответствующие номограммы, определяются величины приведенного фильтрационного давления и приведенного расхода / 44 /.
Конструкция электролитической ванны пространственного прибора ЭГДА
В целях соблюдения краевых условий и уменьшения влияния наведенных электромагнитных полей при аналоговом моделировании формирование области фильтрации осуществлялось из изоляционных материалов /25, 26/, Для моделирования области фильтрации (точнее ограничивающей ее электролитической ванны и модели подземного контура регулирующего мелиоративного сооружения) было использовано органическое стекло, а для депрессионной поверхности, изменяющейся в зависимости от основных параметров подземного контура регулирующего сооружения - пластилинно-парафиновая смесь.
Источник боковой приточности, откосы и дно канала, являющиеся электродами, моделировались деталями, изготовленными из листовой меди толщиной S - 0,6 мм. В качестве электролита использовалась обыкновенная водо -проводная вода /25, 59/. Электролитическая ванна представляет собой склеенный короб, имеющий форму прямоугольного параллепипеда (рис. 2,2), Такая конструкция электролитической ванны является статически неопределенной, поэтому для нее были выполнены только приближенные расчеты по определению необходимых поперечных сечений от воздействующих нагрузок /65, 66/. Для определения координат точек измерения электрического потенциала (напора h в действительности) на верхнем поясе электролитической ванны было установлено координатное устройство. Оно представляет собой металическую раму, вдоль длинных сторон которой установлены опорные рейки, К опорным рейкам присоединены зубчатые рейки с шагом 3 мм и координатные линейки. На опорных рейках размещена каретка, перемещающаяся в продольном направлении с помощью зубчатой передачи и ручки вращения. Место положение каретки продольного перемещения (координата х ) на опорных рейках определяется по координатным линейкам с помощью мушек визира, закрепленных по обеим сторонам каретки. Верхняя часть каретки состоит из двух опорных полозов, устанавливаемых строго параллельно и горизонтально с помощью специальных юстировочных винтов, по которым передвигается тележка. К одному из опорных поло -зов прикреплена координатная линейка.
Тележка поперечного перемещения (координата у ) имеет вид площадки, укрепленной на четырех опорных роликах, опирающихся на полозы каретки. На площадке укреплена мушка визира отсчета по координатной линейке поперечного местоположения тележки и измери -тельная игла для определения электрических потенциалов, представляющая собой шпитценмасштаб, по которому находится вертикальная координата точки измерения в области фильтрации (координата z ).
Электрическая схема пространственного прибора ЭГДА представляет собой измерительный мост, состоящий из питательной и измерительных цепей (рис. 2.3),
В питательную сеть измерительного моста входит звуковой генератор ГЗ-І8, питающий модель переменным током звуковой частоты / = 400 Гц /25, 26/.
Измерительная цепь моста состоит из делителя напряжений, образованного спаренными магазинами сопротивлений МСР-63, являющимися задающей ветвью моста. В нее также входят ампервольтметр Н-390, фиксирующий силу тока во время опыта, и авометр AB0-5MI , измеряющий напряжение на электродах, моделирующих верхний и нижний бьефы водоподпорного сооружения - водопроводящий канал . В качестве нулевого индикатора использовались высокочувствитель ные милливольтметры ВЗ-4 или ВЗ-44.
Вторая ветвь моста включает в себя электролитическую ванну, выполненную из органического стекла, с установленной в ней моделью подземного контура водоподп орного мелиоративного сооружения, электроды, моделирующие водопроводящий канал, и электролит.
Рабочее напряжение в сети в целях снижения погрешностей измерения потенциалов, возникающих в результате протекания электрохимических процессов на контакте электродов и электролита, и по условиям техники безопасности принято в пределах 20 - 25 В /25/.
В качестве электролита была выбрана обыкновенная водопроводная вода, являющаяся оптимальной с точки зрения комплекса требований, предъявляемых к электролиту как материалу для моделирования области фильтрации /59/.
В целях максимального устранения паразитных токов, возникающих в электрической цепи прибора, монтаж схемы был выполнен экранизированными проводами, экраны которых заземлялись.
Для оценки величины погрешности при установлении равновесия моста,возникающей в результате сдвига фаз напряжений на угол в ветви измерительной цепи моста (в результате емкостного падения потенциала на границе электрод-электролит при протекании электрохимических процессов в области фильтрации модели) и электролите использовался фазометр переменного тока Ф2-І, который подключался вместо высокочувствительного милливольтметра (рис. 2.4).
Результаты аналоговых исследований первой задачи фильтрации
Анализ результатов исследований (табл. 3.1, 3.3) подтверждает необходимость учета пространственного растекания фильтрационного потока при гидротехническом расчете сетевых водоподпорных сооружений мелиоративных систем /42, 56/, о чем свидетельствует существенное изменение характера распределения фильтрационных потерь на элементах подземного контура по сравнению с плоской задачей фильтрации.
В частности, значительно снижается эффективность в гашении фильтрационного напора таких элементов подземного контура, как королевой шпунт (или просто шпунт). В ряде случаев его эффективность настолько незначительна, что он может быть исключен из подземного контура без нарушений условий фильтрационной прочности основания в выходном фрагменте сооружения под воздействием фильтрационного потока направленного вертикально /63, 64/.
Уменьшение эффективности шпунта в пространственных условиях фильтрации тем больше, чем меньше коэффициент пространственности сооружения? = S„/ (рис. 3.3, 3.4). 0,624 в условиях пространственной фильтрации соответственно составили 4,5; 17 и 23 % (кривая 3, рис. 3.3), в то время как при плоской - 13,5; 36 и 58 %, т.е. эффективность шпунта уменьшилась соответственно в 3; 2,12 и 2,52 раза. С увеличением относительной ширины водосливного фронта модели ( = п/е0 ), т.е. с уменьшением пространственности сооружения, эффективность шпунта несколько увеличивается, хотя и остается меньшей, чем в условиях плоской фильтрации (рис. 3.3).
Интенсивность гашения напора на шпунте с ростом его относительной длины в пространственных условиях фильтрации уменьшается быстрее, чем в плоских, так как значение производной сС(йН)/оКЗш/0 в пространственной области фильтрации убывает быстрее, чем в плоской на всем рассматриваемом отрезке изменения величины Suc o (рис. 3.3). Это обстоятельство свидетельствует о том, что в обоих случаях фильтрации ( плоской и пространственной) шпунт как средство гашения фильтрационного напора становится менее эффективным с ростом относительной своей длины /77/, причем эта тенденция при пространственной фильтрации проявляется рельефнее. При увеличении глубины залегания водоупора потери напора на шпунте уменьшаются достаточно медленно, стремясь к постоянной величине (рис. 3.4). Аналогичная картина наблюдается при плоской фильтрации /77/. Как в пространственной, так и в плоской задаче фильтрации эффективность шпунта в гашении напора существенно зависит от его расположения в подземном контуре водоподпорного сооружения (рис, 3.5).
Поэтому, рассматривая вопрос о его рациональном расположении, воспользуемся в качестве критериев эффективностью гашения напора на шпунте А Н, (рис. 3.5), средними на выходном зубе градиентами фильтрации У (рис. 3.6). Абстрагируясь от конкретных особенностей сооружения, предположим, что шпунт целесообразно размещать в той точке, где будет иметь место его максимальная эффективность
В целях установления закономерностей влияния местоположения шпунта на упомянутые критерии и правильности интерпритации аналоговых исследований рассматриваемой задачи воспользуемся сначала аналитическим решением Н.Н. Павловского для приведенного напора вдоль подземного контура водоподпорного сооружения /48, 49/. Оно получено на основе рассмотрения вопроса о движении грунтового потока как задачи математической физики для одношпунтового флютбета при однородно-изотропной области фильтрации и залегании водо-упора на бесконечности. Н.Н. Павловский представил результат решения этой задачи в виде формулы, что существенно облегчает .ее применение в определении потерь напора вдоль конкретного подземного контура (рис. 3.7). После некоторых преобразований приведенные потери напора на шпунте могут быть представлены следующим выражением:
Неизвестное х входит в уравнение в иррациональных выражениях. Общая теория решения таких уравнений еще не разработана, поэтому они решались способом подбора. Одним из корней уравнения, общее количество которых равно наибольшему показателю неизвестного, будет X = о-о . Это следует из второго уравнения системы (3.5).
Равенство одного из корней бесконечности показывает, что функция имеет один из экстремумов далеко за пределами флютбета сооружения, равного в масштабе шпунта os = ЛУ= 3,4857. Следовательно, значение корня X - оо не представляет никакого практического интереса. Другим корнем, являющимся критической точкой и удовлетворяющим условию рассматриваемой задачи, будетxz= 0,5 . Возьмем точку X = // = 2,1 м, в масштабе шпунта она будет соответствовать X = 2,1/Л = 0,6. Так как / (0,6) = - 0,0951 0, а /"(0,5 os ) = 0,0637 01 и при Х- - 0 /{X ) 0, то на рассматриваемом интервале монотонности (0; 0,5j ios ) функция
Особенности функционирования подземного контура сетевого мелиоративного сооружения в пространственных условиях фильтрации
При пространственной схеме фильтрации скорость изменения средних выходных градиентов на выходном шпунте в зависимости от изменения его длины значительно больше, чем при плоской фильтрации. Относительное превышение их абсолютных значений при сопоставлении двух схем фильтрации может достигать пятикратных и более значений при относительно узких водосливных отверстиях (рис. 3.16). В пространственных условиях существенно возрастают фильтрационные расходы (табл. 3.1, 3.3, рис. 3.17). При аналоговых исследованиях моделей сооружений было установлено, что в пространственных условиях фильтрационные расходы на порядок и более выше, чем в условиях плоской фильтрации (рис. 3.17). Расходы фильтрации в зависимости от глубины водоупора изменяются в пространственных условиях гораздо интенсивнее, чем в условиях плоской фильтрации. В то же время различие в изменении величин расхода фильтрации в зависимости от наличия или отсутствия королевого шпунта незначительно ( рис.. 3.17).
Для замкнутой области фильтрации, моделируемой на пространственном приборе ЭГДА, превышение расхода фильтрации в зависи -мости от ширины сооружения в проведенных опытах составило разницу в 100 200 % между самой узкой ((#/?)// = 0,3 м) и самой широкой моделью ( {Вп)н = 19,2 м) в зависимости от глубины водоупора.
Таким образом, на основные расчетные параметры фильтрационного потока (средние градиенты, потери напора на внутреннем шпунте, фильтрационное противодавление на флютбете и расходы фильтрации) оказывает сильное влияние пространственное функционирова сетевого водоподпорного сооружения.
Целью аналоговых исследований второй задачи фильтрации являлось установление влияния боковой приточности на параметры фильтрационного потока, а следовательно, установление степени ее воздействия на подземный контур сооружения /94/.
Условия, обуславливающие боковую приточность фильтрационного потока к сооружению, возникают при близком расположении канала, реки или водохранилища от водотока, на котором функционирует сооружение, или при наличии перпендикулярного к оси канала бокового питания грунтовых вод (высокие коренные берега).
Использование для исследований моделей областей фильтрации, примененных при аналоговых решениях первой задачи фильтрации (без приточности), с введением в них электрода боковой приточности позволило определить ее влияние на основные расчетные параметры фильтрационного потока и выполнить их сравнение с первой задачей фильтрации (без приточности). Всего было выполнено 28 опытов (табл. 3.2).
В процессе исследований было установлено, что на положение поверхности депрессии (рис. 3.18) и ее форму практически не влияет наличие или отсутствие королевого шпунта. Так, например, в опытах № 53 ( Т/ео = 1,34 и ( ш )„ = 0,07 м), № 54 (Г/&= 134 и Siu = 0) различий в расположении гидроизогипс на поверхности депрессии не замечено. при ее заимствовании из предыдущего опыта очень незначительно. Так,отличие эпюр фильтрационного давления при построенной депрес-сионной поверхности согласно критериям (2.18, 2.19) (опыт № 55, Т/в0- 0,4, Sut = 0) и заимствованной из опытов № 54 ( Т/60 = 1,34, Sue = 0) и № 53 ( Т/Є0= 1,34, { щ. )„ = 0,07 м) составило соответственно не более I и 2 % (рис. 3.19). Полученный результат позволил с достаточной для практики точностью провести опыты при глубинах водоупора Т/0 = 0,4; 0,8; 2,2 для исследованных ширин моделей с заимствованием поверхности депрессии из варианта с глубиной водоупора Т/0- 1,34 (табл. 3.2).
Сравнение результатов исследований второй и первой задачи фильтрации выявило значительное влияние боковой приточности на основные расчетные параметры фильтрационного потока (табл. 3.2, рис. 3.20)
В частности, происходит снижение эффективности королевого шпунта в гашении фильтрационного напора, которая, например, при максимальном отношении глубины водоупора к длине горизонтальной проекции сооружения Т/0 - 2,2 и минимальном расстоянии до плоскости боковой приточности ( ОС„р )// = 28,45 м при ширине сооружения ( ёп )// - 0,3 м снижается вдвое в сравнении с эффективностью этого шпунта в опыте без боковой приточности при прочих равных условиях. В то же время по абсолютной величине снижение эффективности шпунта составляет 8 % от действующего напора на сооружение (табл. 3.1, 3.2).
При приближении плоскости боковой приточности к сооружению эффективность королевого шпунта в гашении фильтрационного потока составляет (0,5 I) от эффективности в условиях первой задачи фильтрации.
