Тема: Анализ состояния и повышение надежности противофильтрационных устройств мелиоративных сооружений РД

Актуальность проблемы. В водохозяйственном комплексе страны общие потери воды при транспортировке достигают 8 км3/год, более половины которых приходится на фильтрацию из оросительных каналов. Это вызывает подъем уровня грунтовых вод в приканальной зоне, подтопление прилегающих населенных пунктов, вторичное заболачивание и засоление земель.
Только на территории Северо -Кавказского и Южного Федеральных округов имеется более 60 крупных каналов комплексного и мелиоративного назначения, а протяжённость каналов составляет 23 тыс.км. (протяженность КОРа 1-я очередь — 90 км (до Махачкалы), 2-я очередь — 140 км (до Избербаша) Пропускная способность 20 куб. м/с. ). При этом из общей протяжённости каналов лишь 30 % имеют
противофильтрационные покрытия. В соответствии с "Водной стратегией России на период до 2020 г." предполагается вдвое уменьшить удельные потери при транспортировке за счет реконструкции систем водоподачи и устройства облицовки каналов.
В ближайшие годы (2015-2020 гг.) в соответствии ФЦП «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов, как национального достояния России» предусматриваются широкомасштабные работы по реконструкции и строительству первой и четвертой очередей Большого Ставропольского, канала им.Октябрьской революции и Саратовского каналов, где на участках в земляном русле будут выполнены противофильтрационные покрытия.
В связи с этим в современных условиях особую актуальность приобретает проблема борьбы с фильтрацией из оросительных каналов.
При эксплуатации различных водоемов вследствие фильтрации и фильтрационных деформаций наблюдается более 30-40 % аварий и
разрушений грунтовых плотин, а также возможны подтопления нижерасположенных поселков вследствии локального трещино - образования или повреждения противофильтрационных устройств в теле и основании плотины.
Для предотвращения загрязнений грунтовых вод от фильтрата отвалов и накопителей отходов используются различные компоновочно - конструктивные решения противофильтрационной и дренажной защиты (экраны, стенки, завесы, дренажи).
Анализ существующих типов противофильтрационных устройств свидетельствует, что во многих случаях они характеризуются малой эффективностью, что обусловлено несовершенством их конструкций, вероятностью трещинообразования или повреждения в процессе строительства и эксплуатации.
Решение этих проблем невозможно без применения современных конструкций различных противофильтрационных устройств (ПФУ) в виде облицовок, экранов, противофильтрационных стенок и завес.
Для борьбы с фильтрацией из каналов, водоемов и накопителей отходов в последние 30-35 лет достаточно широкое применение нашли традиционные конструкции противофильтрационных устройств — бетонные, железобетонные, асфальтобетонные, грунтопленочные и бетонопленочные покрытия. Практика их применения показала, что наиболее эффективными из них являются грунтопленочные и бетонопленочные покрытия. Однако, они характеризуются недостаточной эксплуатационной надежностью вследствие частой повреждаемости тонкого пленочного элемента.
За рубежом (США, Чехия, Италия, Германия, Израиль, Египет, Франция, Португалия и др.) в отличие от России находят широкое применение геомембраны, представляющие собой полимерный рулонный материал из полиэтилена, бутилкаучука, битумнополимерных композиций толщиной от 1 до 3 мм. Такие материалы по сравнению с пленочными, имеющими толщину до 0,2-0,3 мм, характеризуются большей долговечностью, значительным сопротивлением прокалыванию, высокой гибкостью, деформационной способностью и противофильтрационной эффективностью.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка и научное обоснование новых и совершенствование существующих конструкций противофильтрационных устройств гид - ротехнических сооружений на основе комплексных экспериментально - теоретических исследований.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- обобщить данные по оценке противофильтрационной эффективности и эксплуатационной надежности грунтопленочных и бетонопленочных покрытий на каналах, водоемах и накопителях;
- развить теорию водопроницаемости противофильтрационных конструкций и на ее основе разработать методику оценки эффективности облицовок оросительных каналов;
- провести расчетную оценку противофильтрационной
эффективности бетонопленочной облицовки с геомембраной;
- провести оценку влияния фильтрации из водохранилищ на динамику подъема уровня грунтовых вод и подтопление территорий в нижнем бьефе;
Предметом исследований являются противофильтрационные устройства на каналах, водоемах и накопителях промышленных отходов.
Теоретической и методологической основой работы послужили теоретические и экспериментальные, лабораторные и натурные исследования, включающие следующие методы:
-фильтрационных расчетов, основанные на использовании способов фрагментов, фильтрационных сопротивлений и теории функции комплексного переменного;
-математической статистики и теории вероятности для статистической оценки полученных результатов натурных наблюдений;
-физического моделирования задач фильтрации на экспериментальных установках;
-натурных исследований водопроницаемости облицовок каналов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-результаты теоретических исследований водопроницаемости и эффективности противофильтрационных облицовок ряда каналов юга России;
-методика расчета водопроницаемости бетонопленочных и бетонных противофильтрационных облицовок каналов с применением пленочных мате - риалов и геомембран и определения технического КПД облицованных каналов;
-методика обоснования выбора рациональных противофильтрационных облицовок, позволяющая определять оптимальные значения их коэффициентов фильтрации, удовлетворяющие требованиям экономичности;
Научная новизна заключается в следующем:
Разработана методика расчета водопроницаемости и получены аналитические зависимости для основных типов бетонопленочных облицовок каналов, позволяющие определять потери воды на фильтрацию из облицованных каналов и осуществлять их технико-экономическое сравнение.
На основе использования целевой функции затрат и риска повреждений противофильтрационного элемента установлен оптимальный уровень эффективности облицовок с пленочным экраном и геомембраной и разработан алго ритм выбора целесообразного типа облицовок.
Разработан способ повышения противофильтрационной эффективности бетонопленочных облицовок на действующих каналах за счёт инъекции подплитного пространства цементно-песчано-зольным составом.
Практическая значимость работы:
Предложены новые и усовершенствованные конструкции и способы
повышения эффективности противофильтрационных облицовок и экранов каналов и накопителей.
Получены количественные оценки водопроницаемости основных типов противофильтрационных облицовок каналов и рекомендуемые допускаемые значения их осредненных коэффициентов фильтрации, характеризующие оптимальный уровень надежности облицовок.
Апробация результатов. Результаты исследований автора по теме диссертации докладывались на 2 научно-технических конференциях, в том числе на научно-технической конференции ДГТУ «Проблемы строительства и инженерной экологии» (Махачкала, 2017).
Основные положения диссертации отражены в двух статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет 123 страниц. Материал диссертации содержит 36 таблиц, 28 рисунков. Список литературы состоит из 58 наименований, в том числе 2 - иностранных авторов.
Купить

На основании проведенных автором теоретических экспериментальных и натурных исследований разработан и обоснован комплекс технических решений, связанных с выбором рациональных конструкций противофильрационных устройств гидротехнических сооружений.
Основные результаты состоят в следующем:
1. На основании аналитического обзора исследований в рассматриваемой области установлено, что существующие типы противофильтрационных устройств в виде облицовок, экранов, противофильтрационных стенок, завес и ядер в ряде случаев недостаточно эффективны, что обусловлено несовершенством их конструкций, вероятностью трещинообразования или повреждения в процессе строительства и эксплуатации.
2. Предложена гидравлическая модель водопроницаемости
бетонопленочных облицовок каналов в гидравлической постановке с учетом различных гидравлических сопротивлений при движении фильтрационного потока через свободный ход "трещина - подплитное пространство — повреждение экрана - грунтовое основание". Модель учитывает случайный характер их распределения по площади облицовки как для редких событий по закону Пуассона.
3. Анализ отечественных и зарубежных исследований позволяет заключить, что срок службы традиционных конструкций бетоноплёночных облицовок с, применением полиэтиленовой пленки составляет до 50 лет, а при использовании геомембран увеличится до 100 лет и более.
4. Для оценки эксплуатационной надежности противофильтрационных устройств в грунтовых плотинах и дамбах предложена методика расчёта фильтрационной прочности грунтовых плотин с малопроницаемым ядром и противофильтрационной завесой в основании, которая позволяет рассчитывать необходимые характеристики фильтрационного потока и проверить основные условия фильтрационной прочности грунта их тела и основания.
Купить