Введение к работе
Актуальность работы. Во многих странах мира проблема обеспечения водой интенсивно развивающихся хозяйств и растущего населения продолжает оставаться актуальной. В ее решении . важнейшее место занимает строительство гидротехнических сооружений, перераспределяющих сток во времени и пространстве. Особенно велика роль водохранилищ, используемых для ирригационных, энергетических целей и питьевого водоснабжения.
Основное внимание нами уделено водохранилищам, построенным в горно-складчатых регионах, к числу которых относится Республика Армения. Характерными особенностями районов строительства таких водохранилищ являются сложные инженерно-геологические и топографические условия, а также их повышенная сейсмичность.
Плотины водохранилищ являются ответственными инженерными объектами; их аварии могут привести к весьма тяжелым последствиям с человеческими жертвами и большим материальным ущербом. Разрушения и повреждения плотин имеют место в основном в результате слабой изученности инженерно-геологических условий, неправильного определения их прочности, устойчивости и в особенности недостаточного учета природных условий их работы, и в частности их напряженно-деформированного состояния (НДС).
Цель и задачи работы. В работе разработаны и развиты теоретические основы методов расчета НДС плотин, что имеет важное практическое значение при проектировании и прогнозе их поведения в ходе строительства и эксплуатации водохранилищ. В связи с этим решены следующие основные задачи:
Исследовано взаимодействие тела плотины с основанием при действии вертикальных, горизонтальных нагрузок и изгибающих моментов;
Исследованно НДС плотины под действием внешних сил - собственного веса и гидростатического давления воды;
Решена задача по определению динамической устойчивости плотин;
Исследовано изменение поля напряжений в пористой среде, насыщенной жидкостью;
Исследовано НДС плотины многослойной конструкции (контакт "основное тело - водонепроницаемый экран");
Решена задача сейсмостойкости плотин.
Выполнена сравнительная характеристика результатов теоретических расчетов НДС плотины и натурных наблюдений.
Методика исследований. Выполнено обобщение и анализ литературных данных по НДС плотин; на основании теоретических расчетов построены эпюры распределения напряжений плотин от действия внешних сил; выполнен анализ результатов работ по изучению эксплуатационного состояния ряда плотин, постровнных в Республике Армения. При теоретических расчетах применены методы строительной механики, теории упругости, математической физики, гидродинамики, механики грунтов с применением в отдельных случаях ЭВМ.
Научная новизна. Автором развиты и разработаны отдельные теоретические вопросы для расчета НДС плотин, в частности трапецоидальиого профиля. Получены следующие новые результаты:
Определены реактивные усилия на основании плотины с использованием бесконечных степенных рядов полинома Лежандра;
Установлено НДС плотины полуобратным методом теории упругости с учетом действительных граничных условий;
Установлена динамическая устойчивость плотины с учетом взаимодействия с основанием (использован метод интегрального преобразования Лапласа);
» П—.у»г(-г:м і tfnu'Mirri.f ичмпигч»"!! но."л напряжений з теле плотины как пористой среды насыщенной жидкостью;
Установлены НДС и устойчивость плотины методом
конечных элементов при действии сейсмической
нагрузки.
Практическая значимость. Результаты теоретических исследований и полученные аналитические решения позволяют составить практические рекомендации по расчету НДС . и проектированию плотин. Некоторые результаты разработок
одобрены и рекомендованы для применения в научно-исследовательских и проектных работах (НПО Водных Проблем и Гидротехники, Армводпроект, Армгидроэнергопроект). Методика расчета НДС плотин может быть использована научными работниками, аспирантами и преподавателями строительных отделений ВУЗ-ов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены в материалах 35-ой Междуанародной Научной Недели, Латакия, САР, ноябрь 1995; Всероссийской ч конференции "Проблемы мелиорации земель Сибири", Красноярск, июнь 1996; секции геомеханики 30-ого Международного геологического Конгресса, Пекин, КНР, август, 1996; обсуждались на научных конференциях Армсельхозакадемии 1994-96 и на научных семинарах Минсельхоза РА, 1995-96 гг.
Публикации. По результатам научных исследований опубликованы 5 научных статей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы - 130 наименований. Она изложена на 151 страницах, из них текст - НО, рисунки - 25, таблиц - 3, приложений - 13.