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:

Самбурский Георгий Александрович. Совершенствование технологии противоэрозионной защиты откосов сооружений гидропосевом трав : Дис. ... канд. техн. наук : 05.23.07 : Москва, 2004 180 c. РГБ ОД, 61:05-5/346

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Общая характеристика работы 7

1. Состояние вопроса. Цель работы н задачи исследования 17

1,1 .Причины разрушения незатопляемых откосов земляных мелиоративных сооружений 17

1.2.0бщая характеристика способов защиты от водной эрозии незатопляемых откосов земляных мелиоративных сооружений с использованием травяных покрытии 21

1-3 .Анализ разновидностей и структур технологических процессов защиты незатопляемых откосов земляных мелиоративных сооружений гидропосевом трав 26

1.4- Цель и задачи исследования 35

2. Теоретические предпосылки исследований по совершенствованию технологии защиты от водной эрозии откосов земляных мелиоративных сооружений гидропосевом трав 39

2 Л .Обоснование выбора структурообразующих почву веществ 39

2.2.Обоснование выбора компонентов суспензий гидропосева 45

2.3.Выбор средств механизации для проведения опытов 49

2.4.Теорегаческие предпосылки исследования технологического процесса приготовления растворов водополимерных эмульсий 51

2.5.Факгоры оптимизации технологического процесса нанесения суспензий гидропосева на откосы сооружений 60

3* Экспериментальные исследования 75

3.1. Методика исследований технологии приготовления суспензий 7 5

3.2. Оптимизация технологических параметров приготовления суспензий гидропосева 82

3.2.1.Планирование и оптимизация эксперимента для исследования технологического процесса приготовления суспензии по показателю «крутящий момент» 82

3.2,2.Планирование и оптимизация эксперимента для исследования технологического процесса приготовления суспензии по показателю «качество суспензий» 92

З.З.Методика исследования технологической операции нанесения суспензий для гидропосева на откосы мелиоративных сооружений 99

3.4. Оптимизация выбора сменных распределительных устройств и их параметров в технологическом процессе нанесения суспензий гцдропосева на откосы сооружений 102

3.5. Экспериментальное определение оптимальных параметров центробежной насадки 120

4. Производственные испытания 130

4Л. Технологическая схема производства работ при строительстве мелиоративного канала в Смолевичском районе Минской области 130

4.2. Технологическая схема производства работ по водоэрозионной защите откосов канала в процессе его эксплуатации 140

4.3. Объект внедрения - откос автодороги Москва-Минск 144

4.4. Оценка экономической эффективности усовершенствованной технологии гидропосева 151

Выводы 154

Список литературы 157

Приложения 172 

Введение к работе:

Обеспечение водоэрозионной защиты так называемых «незатопляемых» откосов земляных мелиоративных сооружений, к которым относят их обратные откосы или части откосов, не подверженные воздействию русловых процессов, выполняют, как правило, по технологиям, включающим использование растительности: кустарников и травяных покрытий.

В России, в начале XX века, наиболее известным фундаментальным трудом по защите откосов водоемов от водной эрозии с применением растительности являлась работа И.О.Польковского «Материалы для описания русских рек», изданная в Санкт-Петербурге в 1903 г. [1],

В данной работе «..рекомендовалось для откосов крутых, незатопляемых для защиты их от водной эрозии и придания хорошего ввда» применять дерн; при этом «дерн должен быть сухим, не проросшим мхом, толщина дерна 2-3 дюйма, уложен он должен быть на спланированные откосы и скреплен грунтом колышками». В работе также освещены способы защиты откосов от водной эрозии с применением фашин, для изготовления которых «рекомендовался хворост из лиственных пород, произрастающих в воде, достаточно гибких и длинных по 6-Ю футовых ветвей, комлевые части которых не толще 0,5 дюйма».

Положительная роль растительности в обеспечении водоэрозионной защиты откосов земляных сооружений связана с тем, что корневая система, создавая густую сеть, армирует почву, повышая устойчивость на размыв и механическую прочность поверхностного слоя грунта откоса [2-4], Густая и глубоко распространенная корневая система растительного покрова выдерживает скорости потока размыва, равные 2,5.,.3,0 м/с [5]. Эффективность защиты откосов травяным покровом проявляется также в повышении фильтрационной способности почвы и снижении поверхностной испаряемости [2].

Практическую значимость среди технологий по защите откосов земляных сооружений от водной эрозии, обеспечивающих образование на поверхности откосов плотного растительного покрова имеют одерновка, укрепление травяными коврами и гидропосев трав [6-10].

Из указанных выше биологических способов защиты откосов перспективными являются укрепление откосов травяными коврами и гидропосевом многолетних трав [11].

В настоящее время широко применяется способ защита откосов сооружении от водной эрозии гидропосевом многолетних трав. Однако ряд технологических операций для его осуществления требует существенного усовершенствования, поиска научного обоснования и внедрения эффективных пленкообразующих веществ, разработки надежных в эксплуатации маппш и рабочих органов, позволяющих повысить производительность труда, экономично использовать трудовые и энергетические ресурсы.

Технологический процесс защиты откосов сооружений гидропосевом трав включает; поверхностную планировку и рыхление откосов, подготовку компонентов рабочих растворов с последующей заправкой их в гидросеялку, нанесение рабочих растворов, содержащих семена многолетних трав на подготовленную поверхность откоса сооружения. Важнейшей технологической операцией является предохранение засеянной поверхности откоса от ее водной эрозии до образования травяного покрова. Для этой цели суспензии гидропосева изготавливают на основе водных растворов латексных или битумных эмульсий, обладающих структурирующими в почвенном слое свойствами. Основными требованиями к таким растворам являются: недефицитность, биологическая нейтральность (т.е. не оказывать отрицательного влияния на рост и развитие травяного покрова), устойчивость к водной эрозии за счет проявления структурирующих для почвы свойств [12].

В качестве пленкообразующих и структурирующих для почвы веществ (структурообразоватедей) в СССР испытывались латексы (наириговый Л-7, дивинилстирольные СКС- 65ГП, дивиниловые СКД-1) и битумные эмульсии [13,14,15]. Широкого применения латексы и битумные эмульсии не нашли из-за их нетехнологичности, связанной с их коагуляцией при смешении с другими компонентами рабочих растворов и взаимодействием с металлом гидролиний установок для гидропосева.

Номенклатура структурирующих для почвы веществ, пригодных для технологии гидропосева многолетних трав, до сего времени практически ограничивается одним веществом - полиакриламидом, производственные испытания которого были проведены Воронежской государственной лесотехнической академией совместно с Белорусским НИИ мелиорации и луговодства с участием автора [16]. С 1991 года основное производство полиакриламида оказалось за рубежом, в связи с этим возникла необходимость поиска научного обоснования и внедрения новых сгруктурообразователей, особенно на основе отходов местных химических производств.

Решению этой задачи посвящена настоящая работа, конечная цель которой заключалась в совершенствовании существующей технологии гидропосева многолетних трав для защиты от водной эрозии незатопляемых откосов сооружений до образования на них устойчивого травяного покрова путем применения новых экологически н экономически обоснованных водорастворимых полимерных суспензий, включая разработку и оптимизацию технологических процессов их приготовления и нанесения на откосы сооружений.

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации

В настоящее время в мелиоративном и дорожном строительствах все более широкое применение находит технология защиты откосов от водной эрозии гидропосевом многолетних трав с использованием структурирующих почву материалов. Используемые в качестве структурирующих веществ латексные и битумные эмульсии оказались технологически непригодными в технологии гидропосева, поскольку коагулируют при взаимодействии с другими ингредиентами рабочих составов гидропосева и с внутренними поверхностями гцдролиний гидросеялок. Номенклатура пригодных для технологии гидропосева многолетних трав до сего времени практически ограничивается одним веществом - гелем полиакриламида. Однако его применение в технологии гидропосева весьма затруднительно из-за высокой энергоемкости процесса приготовления рабочих составов на его основе и, кроме того, основное производство полиакриламида с 1991 года оказалось за рубежом. В связи с этим существует актуальная необходимость поиска, научного обоснования и внедрения в практику технологии гидропосева новых структурообразователей, особенно на основе отходов химических производств, как России, так и в ближайшей перспективе единого государства России и республики Беларусь. Разработка суспензий гидропосева на основе отходов местных производств является важной актуальной задачей также и для совершенствования технологии гидропосева, включая конструктивное совершенствование отдельных рабочих органов установки для нанесения на защищаемые от водной эрозии откосы суспензий гидропосева. Такая усовершенствованная технология гидропосева имеет важное народнохозяйственное значение для России и стран СНГ.

Связь работы с программами и темами

Диссертационная работа выполнялась автором на основе договора о научно-техническом сотрудничестве между Белорусским научно- исследовательским институтом мелиорации и водного хозяйства (в настоящее время УП «БелНИИ Мелиорации и Луговодства») и производственным объединением по изысканиям исследованиям проектированию и строительству водохозяйственных объектов в России и за рубеком - ПО «Совинтервод», по заданию Минводхоза СССР 0.07, 01.03, входящему в комплексную научно- техническую проблему 0-52.03 «Разработать и внедрить высокоэффективные технологические процессы и технические средства для водохозяйственного строительства, содержания и ремонта мелиоративных систем», заданием программы «Мелиорация Республики Беларусь 04.09.04Л0.(1991-1995гг.), заданию 07.04 «Разработать технологические средства механизации работ по эксплуатации мелиоративных систем» (1996-2000), входящему в Государственную научно-техническую программу «Земледелие и растениеводство», заданию 03.09 «Разработать средства механизации для выполнения ремонтно-эксплуатационных работ на мелиоративных системах», входящему в Государсгвешіую научно-техническую программу республики Беларусь 2001-2005г. Отчеты по выполненным заданиям обсуждены и одобрены Учеными Советами БелНИИМиВХ (БелНИИМиЛ) и ПО «Совинтервод».

Цели и задачи исследований

Целью исследований являлась разработка научно обоснованной, усовершенствованной механизированной технологии гидропосева семян многолетних трав для защиты от водной эрозии незатопляемых откосов земляных мелиоративных сооружении (в дальнейшем — откосов) с использованием суспензий гидропосева на основе промышленно выпускаемых водорастворимых полимерных эмульсий «ВРП» и «ВРП(ВЭП)»?

представляющих собой продукты переработки отходов химических производств.

Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующие исследования:

• на основе анализа существующих биологических технологий водозрозионной защиты откосов мелиоративных земляных сооружений обосновать выбор для исследования технологии защиты откосов сооружений гидропосевом многолетних трав с использованием полимерных структурообразователей;

• теоретически и экспериментально обосновать выбор водных полимерных эмульсий «ВРП» и «ВРП(ВЭП)» в качестве состава суспензии в технологии гидропосева;

• теоретически и экспериментально установить продолжительность технологического процесса приготовления растворов эмульсий;

• теоретически и экспериментально установить параметры оптимизации технологического процесса приготовления суспензий на основе «ВРП» и «ВРП(ВЭП)» для гццропосева;

• разработать и научно обосновать технологический процесс и параметры оптимизации по нанесению на откосы сооружений суспензий на основе «ВРП» и «ВРП(ВЭП »;

• выполнить производственные испытания усовершенствованной технологии защиты откосов от водной эрозии гидропосевом трав;

• определить по данным биологических, физико-механических и гидравлических испытаний качество образовавшегося травяного покрытия и технико-экономическую эффективность усовершенствованной технологии гццропосева.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются существующие технологии защиты откосов земляных мелиоративных сооружений от водной эрозии при гидропосеве трав. Усовершенствование отдельных технологических операций данных технологий и замена их на ресурсосберегающие, экономически целесообразные и создающие надежную водоэрозионную защиту откосов земляных мелиоративных сооружений.

Гипотеза, Если возможна технология защиты откосов от водной эрозии путем гидропосева трав с использованием структурообразователей на основе латексных и битумных эмульсий, то возможно заменить ее менее материало - и энергоемкой механизированной технологией гидропосева трав с применением более эффективных структурообразователей на основе водорастворимых полимерных эмульсий.

Методология и методы выполненного исследования

Для решения поставленной цели, построения научной теории и проверки результатов исследований были использованы системы руководств и методик: «Руководство по креплению откосов земляных сооружений на мелиоративных объектах гидропосевом трав ВТР-С-11 -77» разработанные БелНИИМиВХ; «Временные указания по укреплению откосов земляных сооружений гидропосевом трав с применением водных растворов эмульсии ВЭП-2», разработанные с участием автора, БелНИИМиВХ и «Дорстройтехника», методические указания по теории расчета компонентов смеси для гидросеялок, разработанные под руководством доктора технических наук, профессора Б.Н.Скотникова; методика планирования исследований путем постановки многофакторного эксперимента; методика определения прочности дернового покрова, разработанная доктором технических наук профессором В.Н-Кондратъевым, а также разработанные с участием автора методики определения параметров технологического процесса по приготовлению водных растворов эмульсий «ВРП» и «ВРП(ВЭП)», оценки их структурирующих для почвы свойств, по приготовлению рабочих составов для гидропосева их нанесению на откосы земляных сооружений, оценки качества травяного покрова на основании данных биологических, физико-механических и гидравлических испытаний определяющих эффективность водоэрозионной защиты откосов сооружений.

Научная, новизна и значимость полученных результатов

Диссертация содержит научно обоснованные разработки, использование которых в мелиоративном гидротехническом и дорожном строительствах обеспечивает решение прикладной задачи - защиту от водной эрозии откосов земляных мелиоративных сооружений гидропосевом трав с применением водорастворимых полимерных эмульсий. На основании теоретического анализа существующих способов защиты откосов от водной эрозии гидропосевом трав и результатов экспериментальных исследований усовершенствована технология гидропосева, включая разработку отдельных рабочих органов средств механизации для се осуществления. (Патент РБ №3263)

На основании теоретических и экспериментальных работ, выполненных в лабораторных и производственных условиях, обоснован выбор для технологии гидропосева нромышленно выпускаемых водорастворимых эмульсий «ВРП» и «ВРП(ВЭП .

Теоретически и экспериментально обоснован новый состав суспензии на основе эмульсии «ВРП» и «ВРП(ВЭП)».

Предложена математическая модель процесса приготовления суспензий для гидропосева, экспериментально реализованная путем постановки многофакторного эксперимента.

Установлены оптимальные значения энергетических и качественных параметров технологического процесса приготовления суспензий «ВРП» и «ВРП(ВЭГТ)» для гидропосева.

Теоретически разработана методика определения времени приготовления водополимерных эмульсий. Время приготовления водополимерных эмульсий, вычисленное по данной методике, подтверждено экспериментальньши данными, что позволило в производственных условиях совместить процессы приготовления водополимерных эмульсий и суспензий для гидропосева на основе «ВРП» и «ВРП(ВЭП) в один технологический процесс.

Состав суспензии гидропосева защищен авторским свидетельством.

Разработана конструкция центробежной насадки к распределительным устройствам гидросеялки для нанесения эмульсий на откосы сооружений, выполнены экспериментальные исследования, установивпше эффективность се применения.

На основании теоретических предпосылок предложена математическая модель влияния параметров распределительного устройства с круглым вырезом насадок к гидрометателю на дальность полета струи суспензии «ВРП» и «ВРП(ВЭП)»5 равномерность и ширину ее распределения на откосах сооружения.

Исследования, выполненные путем постановки многофакторного эксперимента, позволили определить параметры оптимизации процесса нанесения суспензии «ВРП» и «ВРП(ВЭП)» на откосы сооружений.

Практическая значимость полученных результатов исследований

Результаты исследований практически применены для защиты откосов каналов мелиоративных систем, при укреплении откосов дороги Москва -Минск (отметка 611,7).

Результаты исследований практически применены при разработке «Пособия по укреплению откосов каналов дамб и плотин гидропосевом трав с применением водорастворимых синтетических полимеров»; «Исходных требований на разработку агрегата для ухода за гидротехническими сооружениями АУГ-3 (порядковый номер ИТ-009-2001)»; технического задания на разработку агрегата для ухода за гидротехническими сооружениями АУГ-3 (порядковый номер ТЗ-013-2001); в учебных процессах Воронежской государственной лесотехнической академии и Московской государственной академии тонкой химической технологии им М.В.Ломоносова.

Экономическая значимость подученных результатов

Разработанная усовершенствованная технология защиты откосов земляных мелиоративных сооружений гидропосевом трав с применением водорастворимых полимерных эмульсий нашла применение в мелиоративном и дорожном строительствах. Применение данной технологии обеспечивает снижение стоимости по сравнению с технологией использования суспензий на основе 1,5% геля полиакриламида в 1,15 ,. суспензий на основе латекса СКС-65ГПв1,44.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

Усовершенствованная технология защиты откосов земляных мелиоративных сооружений от водной эрозии с использованием водорастворимых полимерных эмульсий «ВРП» и «ВРПСВЭП)», обеспечивающая высокое качество производства работ и эксплуатации сооружений при снижении материальных ресурсов и энергоемкости технологических операций, исключении дорогостоящих ингредиентов суспензий для гидропосева трав, К основным положениям диссертации, выносимых на защиту, относятся также результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению продолжительности приготовления водополимерных эмульсий.

Теоретически и экспериментально обоснованный новый состав суспензии для гидропосева трав (патент РБ№33515 приложения)

Математическая модель процесса приготовления суспензий для гидропосева, экспериментально обоснованная путем постановки многофакторного эксперимента, на основании которого были установлены оптимальные значения энергетических и качественных параметров технологического процесса приготовления суспензий ВРП для гидропосева, совмещенного в один процесс с процессом приготовления рабочих растворов эмульсий.

Результаты исследований процесса нанесения суспензий и эмульсий гидропосева с применением насадки круглой с вырезом и универсальной центробежной насадки поливочной штанги (патент РБ №3263, приложения), установившие эффективность их применения; математическая модель влияния параметров распределительного устройства с круглым вырезом насадок к гидрометателю на дальность полета струи суспензии «ВРП» и «ВРП(ВЭП) , равномерность и ширину ее распределения на откосах сооружения; результаты производственных испытаний по трем технологическим схемам производства работ: при строительстве канала, его эксплуатации и при строительстве откосов автомобильных дорог, по определению качества образованного травяного покрова на основе данных биологических, физико-механических и гидравлических испытаний.

Личный вклад соискателя

Диссертационная работа выполнена на материалах теоретических и экспериментальных исследований, математических расчетов, полученных лично автором. Обоснована и разработана усовершенствованная технология защиты откосов земляных мелиоративных сооружений гидропосевом трав с применением водорастворимых полимерных эмульсий «ВРП», предложен и исследован новый состав суспензии (патент РБ №3351,приложения.), исследованы конструкции насадок к гидрометателю и центробежных насадок поливочных штанг для распределения эмульсий на откосы сооружения (патент РБ № 3263, приложения). Исследованы и определены технологические параметры приготовления растворов эмульсий необходимых концентраций, экспериментально обоснована предложенная математическая модель приготовления суспензий для гидропосева и математическая модель влияния параметров распределительного устройства с круглыми насадками к гидрометателю на дальность полета струи суспензии «ВРП» и «ВРП(ВЭП)»? равномерность и ширину ее распределения на откосах сооружения, а также оптимальные параметры центробежных насадок. Выполнены производственные испытания с целью определения качества образованного травяного покрова на основе данных биологических, физико-механических и гидравлических испытаний. Автор диссертации принимал непосредственное участие в разработке технологической, конструктивной и нормативной документации на экспериментальные опытные образцы рабочих органов которые создавались по результатам исследований.

Апробация результатов диссертаций

Основные результаты выполненной работы были доложены на международной научно-практической конференции «Экология и природопользование» (г. Москва 1995), на Международной научно-технической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве посвященной 50-летию БелНИИМСХ» (г. Минск 1997), на Международной конференции «Эколого-экономические принципы эффективного использования мелиорированных земель», посвященной 90-летию С.Г-Скоропанова (г. Минск 2000), на Международной научно-практической конференции «Интеграция фундаментальной науки и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины» (г. Воронеж 2000), на 4-ой « Международной научно-практической конференции «Биологическая рекультивация нарушенных земель», посвященной 30-летию Воронежской школы рекультиваторщиков» (г, Воронеж, 1999), научном семинаре, посвященном 80-летию ВНИИГиМ (Москва, 2004).

Публикации

Результаты исследований по теме диссертации изложены в 22 публикациях в том числе: временные указания-17 пособие-1, отчеты НИР - 2 (номера госрегистрации 1993124 и 1997215), авторское свидетельство - 1, патенты на изобретения - 2, статьи и тезисы -15т Лауреат Всесоюзного выставочного центра с вручением золотой медали (удостоверение №1714).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит 172 стр. машинописного текста, включающего введение, общую характеристику работы, четырех глав, 60 рисунков и 48 таблиц, выводов, списка использованных источников в количестве 157 (из них 13 - иностранных дальнего зарубежья) и приложений.

Подобные работы
Иванов Игорь Алексеевич
Совершенствование технологии строительства каналов и крепления их габионами в зонах глубокого промерзания грунтов
Агузаров Алан Маирбекович
Разработка технологии и совершенствование средств механизации приготовления сенажа из трав субальпийских лугов в условиях Республики Северная Осетия-Алания
Ямлеева Эльмира Усмановна
Совершенствование технологий защиты воды систем теплоснабжения от вторичного насыщения коррозионно-агрессивными газами
Шахаев Василий Леонидович
Совершенствование технологии защиты почвы от ветровой эрозии путем разработки вычесывателя корневищных сорняков
Вялых Владимир Афанасьевич
Совершенствование и разработка технологий и технических средств защиты растений
Притчин Геннадий Петрович
Совершенствование технологического процесса измельчения провяленных трав и нижнего способа разгрузки сенажных башен
Кислицын Александр Викторович
Совершенствование рабочих органов комбинированной сеялки для посева семян трав в дернину
Помаскин Александр Сергеевич
Совершенствование рабочих органов комбинированной сеялки для посева семян трав в дернину
Цуканова Людмила Николаевна
Совершенствование технологии обогащенных хлебобулочных изделий на основе моделирования рецептурных смесей
Золотов Олег Владимирович
Совершенствование технологии обработки тонкостенных деталей методом пластического сверления

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