Температурный режим низовых упорных призм плотин из каменной наброски в условиях Севера

• Автор: Буряков, Олег Александрович
• Шифр специальности: 05.23.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Анализ современного состояния проблемы исследования

1.1 .Основные проблемы расчетных исследований температурного состояния низовых призм каменно-земляных плотин на Севере

1.2.Математическое описание движения воздуха в пористых средах

1.3.Экспериментальные исследования проницаемости каменной наброски

1.4.Учет естественной конвекции воздуха при определении температурного состояния низовых призм каменно-земляных плотин на Севере
1.5.Подходы к оценке интенсивности естественной конвекции воздуха в насыпях из каменной наброски
1.6. Выбор граничных условий в расчетах температурного состояния каменно-земляных плотин на Севере
1.7.Влияние температурного состояния на эксплуатационную безопасность каменноземляных плотин на Севере
1.8.Выводы по главе
Глава 2. Температурный режим каменно-земляных плотин на Севере по данным натурных наблюдений
2.1 .Объекты натурных наблюдений
2.2.Первичные данные
2.3.Анализ данных натурных наблюдений
2.4.Выводы по главе
Глава 3. Расчетные исследования температурного состояния камснно-набросных элементов грунтовых плотин на Севере
3.1 .Программное обеспечение
3.2.Порядок расчетных исследований
3.3.Выбор граничных условий
3.4.Учет конвекции
3.5.Учет гранулометрического состава каменной наброски
3.6.Учет льдонасыщенности каменной наброски
3.7.Влияние конвекции воздуха на время достижения квазистационарного температурного состояния каменно-земляных плотин
3.8.Выводы по главе
Глава 4. Результаты расчетных исследований температурного состояния низовых призм реальных каменно-земляных плотин в суровых климатических условиях

4.1 .Расчетные исследования температурного состояния низовой призмы плотины Усть-Илимской ГЭС
4.2.Расчетные исследования температурного состояния плотины ТЭЦ-2 ОАО «НТЭК»
(г. Норильск)
4.3.Расчетные исследования температурного состояния левобережной грунтовой
плотины Братской ГЭС
4.4.Расчетные исследования температурного состояния низовой призмы плотины
Колымской ГЭС
4.5.Обобщение и анализ влияния конструктивных особенностей каменно-набросных
элементов плотин на их температурный режим
4.6.Выводы по главе
Глава 5. Расчет, оценка и регулирование температурного состояния низовых призм каменно-земляных плотин
5.1 .Методика расчета температурного состояния каменно-земляных плотин
5.2.Способы оценки интенсивности конвекции воздуха в каменной наброске
5.3.Рекомендации по регулированию температурного состояния проектируемых и эксплуатируемых каменно-земляных плотин
5.4.Методы контроля и регулирования температурного состояния плотин с целью
повышения их безопасности
5.5 .Выводы по главе
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А. Пример дополнения к программе АЖЛУ на языке С#, позволяющего использовать барометрическую формулу при задании граничных условий по давлению
Приложение Б. Акт о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

Введение
Северная строительно-климатическая зона (ССКЗ) включает районы Крайнего Севера и примыкающие к ним территории Сибири и Дальнего Востока. Она занимает площадь 11 млн. км2 или 64% от земель Российской Федерации и характеризуется суровым климатом с низкими зимними температурами. Среднемесячные зимние температуры колеблются от минус 15 до минус 20°С на Европейском Севере и от минус 40 до минус 50°С в северных районах Восточной Сибири. Из-за низких зимних температур годовые амплитуды их колебаний чрезвычайно велики, а в верховьях рек Индигирки и Колымы отмечаются наибольшие в мире их значения — более 100°С. Летом средняя температура наиболее теплого месяца находится в пределах от 4°С (в прибрежных районах Чукотки) до 16°С (в наиболее теплых долинах бассейна реки Колымы), хотя максимальные температуры в отдельные дни в континентальных районах могут подниматься до 30°С и выше.
Обеспечение надежности гидротехнических сооружений в условиях Крайнего Севера невозможно без контроля их температурного состояния.
Отечественными исследователями доказано, что на температурное состояние каменнонабросных и каменно-земляных плотин, расположенных в районах Крайнего Севера, в значительной степени влияет конвекция воздуха в порах каменной наброски их низовых призм. Данное явление может, как мешать, так и способствовать безотказной работе сооружения.
Вопросами конвекции воздуха в каменной наброске занимались такие ученые, как H.A. Мухетдинов, В.А. Жданов, И.С. Клейн, Е.Н. Горохов, М.Е. Горохов и др. Ими были начаты, в первую очередь, теоретические исследования данного явления. В настоящее время ввиду строительства большого количества гидроэлектростанций в северных районах провинции Квебек, а также интенсивному развитию Тибета к исследованиям в области конвекции воздуха подключились канадские и китайские специалисты.
Несмотря на то, что на настоящий момент опубликовано около сотни работ, связанных с явлением конвекции в каменной наброске, многие вопросы остаются нерешенными, что открывает широкое поле деятельности для исследования данного вопроса.
Актуальность работы Актуальность исследований температурного режима низовых каменно-земляных плотин на Севере обусловлена его существенным влиянием на особенности деформационного поведения таких сооружений, а также на работоспособность их противофильтрационных и дренажных устройств. При этом одним из наиболее значимых факторов, влияющих на температурное состояние плотины, является наличие конвекции в порах каменной наброски ее низовой призмы.

плотины является ядро из суглинка, которое сопрягается с основанием при помощи зуба. Для предотвращения суффозии между ядром плотины и низовой призмой устроена переходная зона. Для выполнения натурных наблюдений за фильтрационным режимом плотины в 1968 г. создана пьезометрическая сеть.
Климат района расположения Братской ГЭС во многом соответствует климату района расположения Усть-Илимской ГЭС. В период с 2002 по 2012 г. среднегодовые значения температуры наружного воздуха находились в интервале от минус 2,30°С в 2010 г. до плюс 2,04°С в 2012 г. (рисунок 2.10).

1 - упорная призма из диабазов; 2 - гравий 20-45 мм; 3 - гравий 5-20 мм; 4 - гравийная масса; 5 - суглинистое ядро; 6 - железобетонные плиты 10,0x10.0x0,4 м; 7 - элювий песчаника; 8 - посев трав по грунту, гравийное покрытие слоем 0,4 м; 9 - поверхность земли; 10 - бетонный зуб; 11 - ливнесток; 12 - дренажные скважины диаметром 245 мм; 13 - дренажный туннель; 14 -цементационная завеса; 15 - поверхность основания Рисунок 2.9 — Поперечное сечение левобережной земляной плотины Братской ГЭС
Время, годы
Тсрг.Ц)
Рисунок 2.10 — Среднегодовая температура наружного воздуха в районе расположения Братской ГЭС в период с 2002 по 2012 г.