Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Гидротехническое строительство

Диссертационная работа:

Анискин Николай Алексеевич. Фильтрационно-температурный режим системы "плотина-основание" : диссертация ... доктора технических наук : 05.23.07 / Анискин Николай Алексеевич; [Место защиты: Моск. гос. строит. ун-т].- Москва, 2009.- 416 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/140

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. В настоящее время планами развития гидроэнергетики и других отраслей водного хозяйства России предусматривается строительство ряда гидроузлов, включающих в свой состав водоподпорные сооружения или плотины различных конструкций. Такие конструкции практически всегда являются весьма ответственными с экономической, социальной и экологической точек зрения. Методы оценки надежности и безопасности гидротехнических сооружений во многом зависят от правильного определения действующих нагрузок и воздействий.

Как правило, каждая плотина является по-своему уникальным сооружением, включающим в свой состав различные конструктивные элементы (например противофильтрационные экраны, ядра из глинистых грунтов, противофильтрационные элементы из негрунтовых материалов –экраны и диафрагмы из бетона, железобетона, асфальтобетона, дренажи, переходные зоны и т.д.). Часто плотина возводится в сложных инженерно-геологических условиях, и ее основания и борта представляют собой весьма разнородную по фильтрационным свойствам структуру, часто с явно выраженной анизотропией свойств, с присутствием в ней трещин, разломов, зон повышенной проницаемости и т.д.. Топография створа строительства, посадка в нем сооружения, система противофильтрационных мероприятий в основании и бортах сооружения часто вызывают сложный пространственный характер фильтрационного потока.

Помимо воздействия фильтрационного потока, гидротехническое сооружение и его основание подвержены температурным воздействиям. В строительный период основным фактором, влияющим на формирование температурного режима бетонных сооружений является экзотермия цемента. Формирование температурного режима бетонного сооружения представляет собой очень сложный, постоянно изменяющийся во времени процесс. Он начинается с момента укладки первого блока или слоя, на которые разбита массивная конструкция и продолжается в эксплуатационный период. Непрерывное изменение температуры бетонного сооружения вызывает изменение его напряженного и деформированного состояния. Трещинообразование в бетоне является наиболее опасным последствием температурных воздействий, которое может вызвать аварийную ситуацию. Даже для плотин из укатанного бетона, несмотря на существенное снижение расхода цемента, проблема температурного трещинообразования стоит достаточно остро. Все это говорит о необходимости расчетного прогноза поведения конструкции на температурное воздействие.

Весьма важной является задача прогнозирования фильтрационно-температурного режима системы «грунтовая плотина – основание» применительно к сооружениям, возводимым в условиях вечной мерзлоты. Вопросы обеспечения устойчивости и надежности таких сооружений невозможно решать без четкого представления о фильтрационном и температурном режимах плотин и их оснований. Отепляющее воздействие фильтрационного потока может вызвать нежелательное чрезмерное оттаивание грунтов, что в свою очередь вызовет увеличение проницаемости плотины и основания и утечкам воды из водохранилища, появление зон локальной усиленной фильтрации, увеличение пористости и осадок сооружения. Примером такого проявления может служить ситуация на плотине Курейской ГЭС, хотя ее первопричиной являются скорее всего технологические факторы. Очевидно, что прогноз фильтрационно-температурного режима должен постоянно вписываться в процесс проектирования, так как при принятии проектных решений необходимо учитывать результаты таких расчетов и при необходимости вносить коррективы в проект.

Все вышесказанное говорит о необходимости проведения тщательных исследований фильтрационного, температурного и, в необходимых случаях, совместного фильтрационно-температурного режимов плотин с основанием.

Целью диссертационной работы явились:

разработка методики решения фильтрационных, температурных и температурно-фильтрационных задач применительно к системе «плотина-основание» с учетом пространственности, неоднородности и нелинейности свойств материалов плотины и основания, возможной анизотропии и нестационарности процесса;

создание численных фильтрационных и температурно-фильтрационных моделей гидротехнических сооружений и их оснований;

анализ влияния отдельных факторов на формирование фильтрационного и температурного режимов плотин и их оснований.

Основные задачи исследований:

разработка методики, алгоритмов и вычислительных программ расчета на ПЭВМ фильтрационного, температурного и температурно-фильтрационного состояния плотин и оснований с учетом факторов пространственности, нелинейности свойств и нестационарности процесса;

тестирование разработанной методики и программ расчета на основе сравнения результатов расчета с результатами имеющихся аналитических решений, решений по уже апробированным методикам, результатами экспериментальных исследований и натурных наблюдений;

создание численных моделей фильтрационного, температурного и температурно-фильтрационного состояний плотин совместно с их основаниями с целью прогноза и дальнейшего анализа влияния отдельных факторов на формирование и изменения состояний сооружений.

Научная новизна работы состоит:

в разработке методики численного решения пространственных фильтрационных, температурных и совместных фильтрационно-температурных задач для сложных расчетных областей, включающих плотину с основанием и бортовыми примыканиями с учетом нелинейности свойств и нестационарности процесса;

в полученных результатах численных исследований систем «плотина-основание» применительно к реальным гидротехническим объектам с выводами о работе сооружения и рекомендациями по его конструктивным элементам.

Достоверность научных результатов подтверждена:

результатами решения ряда тестовых задач, имеющих точное аналитическое решение;

сравнением результатов, полученных по разработанной методике с результатами других ранее апробированных методов;

сравнением результатов численных исследований Юмагузинского, Сангтудинского, Курейского гидроузлов с данными натурных наблюдений.

Практическое значение работы и полученных результатов заключается:

в разработке и внедрении метода расчета фильтрационных, температурных и совместных температурно-фильтрационных задач и на его основе создание пространственных математических моделей системы «плотина-основание», учитывающих природные и инженерно-геологические условия, конструктивные особенности сооружений и технологию их возведения;

в разработке комплексов вычислительных программ «FILTR» и «TERMIC» на базе метода конечных элементов для решения фильтрационных, температурных и совместных задач;

в создании численных моделей фильтрационных режимов плотин совместно с основаниями применительно к следующим гидроузлам: Бурейскому, Камбаратинскому, Юмагузинскому, Сангтудинскому, Загорской ГАЭС-2, температурно-фильтрационной модели и прогнозу работы для плотины Курейской ГЭС, в решении задач по прогнозу нестационарных фильтрационных режимов ограждающих дамб Северной и Мезенской ПЭС;

в использовании результатов численных исследований фильтрационных и температурных режимов гидроузлов в практике проектирования и строительства.

Апробация работы Основные положения методики и результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях:

- на научно-технических конференциях МИСИ-МГСУ;

- на Всесоюзном координационном совещании «Прочность и температурная трещиностойкость бетонных гидротехнических сооружений при температурных воздействиях, г. Нарва, 1989;

- на второй, третьей и четвертой научно-технических конференциях «Гидроэнергетика, новые разработки и технологии» в 2006, 2007 и 2008 годах в г. Санкт-Петербурге.

Личный вклад автора Диссертантом непосредственно разработана методика решения фильтрационных, температурных и совместных задач в плоской и пространственной постановках, методика реализована в программных вычислительных комплексах. Проведены численные исследования по Бурейскому, Камбаратинскому, Юмагузинскому, Сангтудинскому, Загорской ГАЭС-2, Курейской ГЭС, решены задачи по прогнозу нестационарных фильтрационных режимов ограждающих дамб Северной и Мезенской ПЭС. Сделан анализ влияния технологических факторов на температурный разогрев бетонного массива при его возведении. Проведены численные расчеты температурных режимов гравитационных плотин из укатанного бетона плотин Хлонг Та Дат (Тайвань) и Шон Ла (Вьетнам) в строительный и эксплуатационный периоды, позволившие дать оценку эффективности принятых параметров возведения.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 научных работах, в том числе 9 работ в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК: в журнале «Гидротехническое строительство» -6, сборнике «Вестник МГСУ» -2, в журнале «Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века» -1. Основные положения методики и некоторые результаты исследований помещены в учебник «Гидротехнические сооружения» (издательство АСВ, 2008 год).

На защиту выносятся:

методика численного решения пространственных фильтрационных, температурных и температурно-фильтрационных задач с учетом множества действующих факторов;

разработанные алгоритм и комплекс вычислительных программ по решению фильтрационных, температурных и совместных температурно-фильтрационных задач с учетом неоднородности, анизотропии и нелинейности свойств, пространственного характера и нестационарности процессов;

численные математические модели фильтрации и на их основе анализ работы сооружений и противофильтрационных элементов, выполненные для Бурейского, Камбаратинского, Юмагузинского, Сангтудинского гидроулов, Загорской ГАЭС-2, температурно-фильтрационная модель и прогноз работы на перспективу плотины Курейской ГЭС, результаты решения задач по прогнозу нестационарных фильтрационных режимов ограждающих дамб Северной и Мезенской ПЭС.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 415 страниц, из них 244 страницы текста, список литературы состоит из 272 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net