Математические модели и численные методы в анализе геофильтрационных процессов и принятии проектных решений для вакуумируемых дренажных систем

• Автор: Брумштейн, Юрий Моисеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 325 с. : ил.

Введение.

1. Направления использования и конструктивнотехнологические

особенности вакуумпруемых дренажных систем ВДС

1.1 Проблема техногенных изменений режимов грунтовых вод на современном этапе

1.2 Состав комплекса профилактическозащитных мероприятий .

1.3 Место ВДС среди других видов дренажей

1.4 Анализ возможных конструктивнотехнологических решений по ВДС

1.5 Существующая практика использования ВДС

1.6 Потенциальные направления нетрадиционного использования ВДС

1.7 Обоснование актуальности диссертационной работы на основе анализа подходов к принятию связанных с ВДС решений, используемых при

этом моделей, методов и программных средств.

Ф 2. Модели гсофнльтрациоиных процессов, связанных с
эксплуатацией ВДС.
2.1 Общая классификация моделей и подходы к их выбору.
2.2. Феноменологический анализ некоторых характеристикособенностей
задач и методов их схематизации
2.3 Использование безразмерных переменных
2.4 Насыщенная фильтрации жидкости в гидравлическом приближении
2.5 Учт подвижных боковых границ области фильтрации.
2.6 Насыщенная фильтрация жидкости в гидродинамическом приближении
2.7 Фильтрация воздуха над СП насыщенной зоны при неучте ненасыщенной зоны.
2.8 Вертикальная фильтрация жидкости в ненасыщенной зоне.
2.9 Ненасыщенная многомерная фильтрация жидкости.
2. Совместное многомерное течение жидкости и воздуха в капиллярной
2. Модели двухфазной фильтрации без явного разделения на зоны.
2. Модели, учитывающие тепловые эффекты.
3. Алгоритмы и численные методы моделирования геофильтрационпых процессов при наличии дренажных систем
3.1 Насыщенная фильтрация жидкости.
3.1.1 Общие подходы к моделированию
3.1.2 Конечноразностные аппроксимации для дифференциальных уравнений
насыщенной фильтрации для расчта распределения напоров
3.1.3 Определение распределения напоров в фиксированный момент времени
3.1.4 Методика вычисления величин, входящих в кинематическое условие
на СП и уравнение Буссинеска
3.1.5 Алгоритмы отслеживания перемещения свободной поверхности во времени.
3.1.5.1 Особенности временной дискретизации задач
3.1.5.2 Схемы для задач в гидравлической постановке
3.1.5.3 Явные и явнонеявные схемы перехода по времени для задач в
гидродинамической и псевдогидродинамической постановке
3.1.5.4 Комплексные неявные схемы
3.1.5.5 Особенности решения стационарных задач.
3.1.5.6 Основные результаты тестирования схем перехода по времени.
3.1.6 Характеристика комплекса программ для моделирования геофильтрации .
3.1.7 Тестирование программ и сравнение решении для некоторых стандартных задач
3.1.8 Специальные задачи насыщенной фильтрации
3.2 Ненасыщенная фильтрация жидкости
3.3 Фильтрация воздуха
3.4 Специальные алгоритмы для некоторых задач с фазовыми переходами
4. Анализ подходов к принятию проектных и эксплуатационных решений по защите объектов и внешней среды от неблагоприятных гидрогеологических воздействий .
4.1 Характеристика взаимодействия объекта с внешней средой.
4.2 Жизненные циклы собственно объекта и комплекса
профилактическозащитных мероприятий
4.3 Взаимодействие юридических и физических лиц, связанных с жизненными
циклами объекта и комплекса профилактическозащитных мероприятий .
4.4 Номенклатура решении юридических лиц
4.5 Существующая структура затрат на проектированиестроительство
эксплуатацию и место в ней затрат на моделирование.
4.6 Совокупность ограничениймоделей и их взаимосвязи.
4.7 Особенности информационного обеспечения моделей.
4.8 Типы условий среды и системы ограничений для решений
4.9 Геофильтрационные модели
4. Модели наджностиотказов
4. Модели стохастичности и их реализация
4. Модели оценок вероятных ущербов от нежелательных гидрогеологических воздействий
4. Модели оценок расходов.
4. Оценки совокупной стоимости владения.
4. Критерии, методы и модели выбора оптимальных вариантов решений
Заключение
Список использованных источников


В 1 основной областью применения метода вакуумирования предлагается считать его использование для полного предотвращения высачивания ГВ вод на откосах котлована в тех случаях, когда его дно врезается в водоупор или располагается на уровне кровли водоупора, а также тогда, когда откосы котлована прорезают слоистую водоносную толщу, включающую ряд водоносных прослоев. В 1 рассмотрена лишь несмешивающаяся фильтрация воздуха и воды к дренам установившиеся режимы, в том числе к двухрядной иглофильтровой установке. Для такой упрощнной постановки стационарной в 1 даны расчтные формулы для водо и воздухопритока. В соответствующем разделе 5 принято допущение отсутствия прорыва воздуха в дрены т. ГрД. Полученные решения строго справедливы лишь для однородных напорных пластов с постоянной проводимостью, а для пластов со СП могут быть использованы только при малых величинах наложенного вакуума. По результатам экспериментальных исследований на щелевых лотках в 6 для однослойного изотропного грунта предложены расчтные формулы, дающие результаты близкие к экспериментальным а для водопритока базируется на решении Ведерникова с поправкой на дополнительное сопротивление движению воды за счт газообразования в вакуумной зоне по Б. М.Дегтярву 1 б для положений СП основано на подходе Аверьянова схема для систематического несовершенного дренажа. В 4 рассмотрены физические картины фильтрации при осушении водоносного пласта иглофильтровыми установками вакуумного водопониження и вакуумирусмыми дренами, даны методы приближнных фильтрационных расчетов. Однако к г описанное в 5 оборудование устарело. Методика расчта водопониження опюсгтся к легким иглофильтровым установкам при строительном водопонижении, а методыформулы для расчта водо и воздухоиритоков попрежнему носят приближнный, аналитический характер и представляются слишком сложными для практического применения. В 7 получены расчтные зависимости для определения времени прорыва воздуха в совершенные и несовершенные горизонтальные ВДС. СП линеаризованным, сносимым на некоторую неподвижную поверхность фильтрация воздуха после прорыва его в дрену считается стационарной. Даны решения для времени прорыва находится подбором из соответствующего уравнения водопритока в дренаж и положений СП. Формулы достаточно громоздкие, их точност не оценивается. В рассмотрены аналитические методы расчта расхода воды, притекающей к вакуумируемой дрене в неограниченном и ограниченном систематический дренаж водоносном пласте момента прорыва атмосферного воздуха понижения грунтовых вод в любом сечении пласта. Принимается, что влиянием движения воздуха на движение грунтовых вод допустимо пренебречь. Судя но приведнным схемам задачи ставятся в профильной постановке причм для незатопленного режима несовершенной дрены принимается, что она находится выше СП на верхней границе капиллярной зоны. Для однослойного, однородного грунта используются уравнения одномерной фильтрации с линеаризацией, а полученные решения носят приближнный характер в т. В 0 для кольцевого дренажа в однослойном пласте получены приближнные аналитические решения с линеаризацией условия на СП и сносом его на некоторую неподвижную горизонтальную поверхность для положений СП суммарного водопритока времени прорыва воздуха в дрену. Итоговые формулы очень громоздкие, а в опубликованных статьяхмонографиях нет результатов конкретных расчтов на их основе. В рассмотрено моделирование на щелевом лотке, в качестве жидкости использовалась техническая патока профильной плоскопараллельной задачи фильтрации для вакуумдрены, размещнной в середине по мощности водоносного пласта и на водоупоре для систематического дренажа и в пласте с двумя контурами постоянного напора. Результаты моделирования сравнивались с аналитическими решениями из этой же статьи и с ,. Переход от напорного потока к безнапорному производился линеаризацией основного уравнения фильтрации как по Буссинеску, так и по БагровуВеригину, а фильтрационное сопротивление несовершенной дрены определялось по приближенной аналитической зависимости.