Температурно-влажностный режим каменно-земляной плотины в примыкании к береговому склону

• Автор: Агеева, Вера Валерьевна
• Шифр специальности: 05.23.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 183 с.

АННОТАЦИЯ
Прогноз оттаивания мерзлых береговых примыканий важен для правильного выбора конструкции сопряжения плотин, определения глубины врезки противофильтрационных элементов, решения вопросов об устройстве замораживающих колонок, для прогноза термокарста и связанных с ним деформаций плотин и пр.
В настоящей работе исследуется температурно-влажностный режим каменно-земляной плотины в условиях примыкания к мерзлому склону речной долины. Рассматривается пространственная задача.
Для прогноза температурно-влажностного режима берегового примыкания каменно-земляной плотины в условиях Крайнего Севера предложена физическая модель процессов тепло- и массопереноса; разработано математическое описание, отражающее физическую модель; получена численная формализация математической модели; предложен метод решения численных зависимостей; составлен алгоритм реализации этого метода на современных ЭВМ; разработан пакет прикладных программ для ЭВМ, позволяющих выполнять расчеты данного режима.
Проведена проверка методики сопоставлением результатов расчетов, выполненных для берегового примыкания каменно-земляной плотины Вилюйской ГЭС-1;2 с данными натурных наблюдений и сравнение результатов расчетов по пакету NORD с результатами расчетов по методике ВНИИ ВОДГЕО.
Выполнены расчеты температурно-влажностного режима береговых примыканий каменно-земляных плотин эксплуатируемой Вилюйской ГЭС-1;2 и проектируемой Тельмамской ГЭС.
Основные результаты исследований доведены до практического применения в ОАО Ленгидропроект им. С.Я. Жука, в ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
ВЕЛИЧИН, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1. Краткий обзор исследований температурновлажностного режима каменно-земляных плотин,
их оснований и береговых примыканий
1.1.1. Исследования тепло- и массообмена
в каменной наброске
1.1.2. Исследования теплообмена и фильтрации
в береговом примыкании земляных плотин
1.2. Цель диссертационной работы
2. ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОС В КАМЕННО-ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИНАХ, ИХ ОСНОВАНИЯХ И БЕРЕГОВЫХ ПРИМЫКАНИЯХ
2.1. Физическая модель температурно-влажностного режима
2.2. Математическое описание физической модели
2.2.1. Дифференциальные уравнения тепло
массопереноса в каменной наброске
2.2.2. Дифференциальные уравнения тепло-
и массопереноса в грунтовых (земляных) зонах
2.2.3. Сводка дифференциальных уравнений
2.2.4. Назначение краевых условий
2.3. Физические свойства и характеристики материалов, слагающих береговое примыкание каменно-земляной
плотины

2.3.1. Физико-механические характеристики материалов
2.3.2. Теплофизические характеристики материалов
3. АППРОКСИМАЦИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ТЕПЛО-' И МАССОПЕРЕНОСА В БЕРЕГОВОМ ПРИМЫКАНИИ КАМЕННОЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ КОНЕЧНЫМИ РАЗНОСТЯМИ
3.1. Уравнения тепло- и массопереноса в каменной наброске в конечных разностях
3.1.1. Конечно-разностное представление уравнения теплопереноса в скелете наброски
3.1.2. Конечно-разностное представление уравнения теплопереноса в поровом воздухе
3.1.3. Конечно-разностное представление уравнения
движения воздуха в порах наброски
3.2. Уравнения теплопереноса и фильтрации воды в
грунтовых (земляных) зонах плотины, ее основании и берегу в конечных разностях
3.2.1. Конечно-разностное представление уравнения теплопереноса
3.2.2. Конечно-разностное представление уравнения фильтрации воды
3.3. Сводка конечно-разностных уравнений
3.4. Краевые условия в конечных разностях
4. АЛГОРИТМ И ПРОГРАММА ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ
4.1. Подготовка исходных данных для трехмерной задачи примыкания
4.2. Алгоритм температурно-влажностных расчетов и пакет прикладных программ NORD

условиях неустановившейся фильтрации воды, т.к. изменяются размеры зоны фильтрации и уровень воды в водохранилище. Однако, изменения параметров фильтрационного потока (напора, скорости и т.п.) затухают значительно быстрее, чем изменения температурного поля. Поэтому влияние нестационарности фильтрации на температурный режим фильтрующего грунтового массива не является существенным. Этот факт дает возможность рассматривать конвективный теплоперенос при установившейся фильтрации воды.
Конвективный теплоперенос при установившейся фильтрации воды описывается уравнением Фурье-Кирхгофа, которое для трехмерных условий имеет вид [23,37]:
д&_д.. д& д . д& д .. дЭ <39 д& дЭ
гр а - дс р ас з? р ф а р а х Зс+ у а? га
Это уравнение пригодно как при линейном законе фильтрации (закон Дарси), так и при нелинейной зависимости скорости фильтрации воды от градиента напора [21].
Уравнение сплошности ФИЛЬТРАЦИОННОГО ПОТОКА при установившемся режиме фильтрации представляется для трехмерных условий зависимостью [84,117,159]:
д сН д дИ д дН
(клт)+1г(к-)+-л(к-) = 0 (2-28)
Зс Зс ф cty <5Z 3.
Составляющие скорости фильтрации при ламинарном движении определяются на основе закона Дарси [117]:
Коэффициент фильтрации к, учитывающий свойства материала и жидкости, определяется по зависимости [117]: