Развитие теории и методов прогнозирования суффозионных деформаций при фильтрации в трещиноватых основаниях гидротехнических сооружений

• Автор: Баламирзоев, Абдул Гаджибалаевич
• Шифр специальности: 05.23.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 397 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Изученность процессов выщелачивания и деформаций в

трещиноватых загипсованных породах

1.1 Обзор исследований в области фильтрационных деформаций

гидротехнических сооружений

1.2. Известные результаты исследований в области диффузии и массообмена при фильтрации жидкости в пористых средах
1.3. Основные уравнения растворения и вымыва солей при фильтрации жидкости в пористых средах

1.4. Задачи исследований

Глава 2. Теоретические модели размыва трещин фильтрационным

потоком в трещиноватых загипсованных породах

2.1. Численное решение уравнений растворения и выноса солей при

фильтрации в трещиноватых породах
2.2. Нестационарная концентрация солей в трещине произвольного
сечения
2.3. Прогноз выщелачивания трещиноватых загипсованных пород в
основании плотины Ирганайской ГЭС
2.4. Прогноз раскрытия трещин в пористых средах.
2.5. Выводы по главе 2.
Глава 3. Экспериментальные исследования по размыву трещин
фильтрационным потоком.
3.1. Определение длины пути насыщения гипсом воды при ее
движении по трещине в загипсованном песчанике
3.2. Экспериментальные исследования фильтрации в трещиноватых
загипсованных породах
3.3. Прогноз деформаций гидротехнических сооружений на загипсованных породах
3.4. Противофильтрационные завесы в основаниях напорных сооружений с опытным применением нового химического гампонажного раствора
3.5. Выводы по главе 3.
Глава 4. Химическая суффозия в трещиноватых породах
4.1. Фильтрационные свойства трещин в скальной породе
4.2. Растворение и вынос солей в основаниях гидротехнических сооружений
4.3. Выводы по главе 4.
Глава 5. Прогноз деформаций гидротехнических сооружений на
загипсованных породах
5.1. Существующая методика расчета суффозионной осадки оснований сооружений
5.2. Расчетные формулы для прогнозирования суффозионной осадки оснований гидротехнических сооружений
5.3. Примеры расчета суффозионной осадки оснований гравитационных плотин.
5.4 Уравнение неразрывности одномерной деформации грунтов
5.5 Выводы по главе 5.
Глава 6. Расчет фильтрации и оценка фильтрационной безопасности
гидротехнических сооружений на трещиноватом загипсованном основании
6.1. Общие положения
6.2. Критерии фильтрационной безопасности плотин на скальных
основаниях.
6.3 Расчет фильтрации под плотиной с цементационной непроницаемой завесой и вертикальным дренажом на скальном загипсованном основании с учетом выщелачивания солей
6.4. Расчет фильтрации под плотиной на скальном основании с
учетом повреждений в противофилырационной завесе
6.5. Методика оценки уровня фильтрационной безопасности гидротехнических сооружений на скальном загипсованном основании с учетом выщелачивания солей.
6.6. Пример оценки уровня фильтрационной безопасности арочной
плотины Миатлинской ГЭС на загипсованном основании
6.7. Сравнение расчетных и натурных фильтрационных характеристик в основании плотины Миатлинской ГЭС.
6.8. Компьютерные модели фильтрации под плотиной Миатлинской ГЭС и в обход не.
6.9. Методика исследований методом ЭГДА с учетом водопроницаемости зон тектонических трещин.
6 Расчет электрических сопротивлений зоны тектонических нарушений.
6. Результаты исследований обходной фильтрации в правобережном примыкании плотины с учетом тектонических зон и трещин
6 Результаты исследований фильтрации в скальном трещиноватом основании плотины с противофильтрационной завесой и вертикальным дренажем.
6 Выводы по главе 6
Глава 7. Натурные наблюдения за процессами деформаций
трещиноватых массивов загипсованных пород оснований
гидротехнических сооружений на примерах Миатлинской и
Чиркейской плотин
, 7.1. Краткая характеристика геологического строения право
бережного примыкания плотины Миатлинской ГЭС
7.2. Геофильтрационная модель.
7.3. Анализ условий и основных путей обходной фильтрации
7.4. Основные направления противофильтрационных мероприятий
7.5. Описание процесса выщелачивания в теле плотины
Миатлинской ГЭС на основании данных химического анализа.
7.6. Краткая характеристика участка основных сооружений
Чиркейской ГЭС
7.7. Современное состояние плотины и основания
Чиркейской ГЭС
7.8. Результаты практического использования исследований
7.9. Выводы по главе 7
Основные выводы.
Список литературы


Для всех указанных случаев можно получить более общие уравнения диффузии и массообмена, если перейти от декартовых к криволинейным координатам и, в частности, для плоской задачи к системе эквипотенциали линии тока. Такой прием использовался С. Н. Нумеровым и А. Н. Патрашевым 9, 0, 1 в случае, когда коэффициент диффузии не зависит от скорости фильтрации. Вывод дифференциального уравнения в криволинейной системе координат эквипотенциали линии тока для плоского фильтрационного потока в случае линейной зависимости коэффициента диффузии от скорости выполнен А. Н.Николаевским 7. Интересные задачи в области прогноза выщелачивания гипса в основаниях гидротехнических сооружений были сформулированы и решены А. Н.Патрашевым и Н. Х.Арутюняном 2. О V2 уС, у . Ы
В условиях плоской фильтрации при V уравнение 1. С С дС дСЛ и Л. V V . О уу . Если начальная концентрация задана в виде Су,0 при уа, Сх,0 1 при уя, С 0 при уоо, то решение последнего уравнения будет следующим
4 а
2Шп 2 где у у, п егЦи интеграл вероятности. Решение приведенных уравнений, удовлетворяющее заданным начальным и граничным условиям диффузионного и фильтрационного потока, позволяет определить С х,у,1. Явление растворения и выноса солей при фильтрации воды в пористой среде может быть описано системой дифференциальных уравнений в частных производных. В состав этой системы входят уравнения растворения солей, уравнения сохраняемости массы солей и жидкости в пористой среде , . Как было установлено И. Богуским и Каяндером и подтверждено А. Н. Щукаревым, Нойесом и Уитни, Бруннером и Толочко и другими исследователями 7, 3, 7, при растворении солей в жидкостях, происходящем в диффузионной области, скорость растворения соли прямо пропорциональна недостатку насыщения жидкости солями данного состава и величине поверхности, на которой происходит реакция растворения, т. Если растворение соли происходит в постоянном объеме жидкости 9 то v и потому из 1. КСр 1. С СтСтСаеу. В работе показано, что уравнение 1. Так, в случае растворения в покоящейся жидкости двух плоскопараллельных стенок, находящихся на расстоянии 2К друг от друга, а также в случае растворения внутренней поверхности цилиндра диаметром 2К коэффициент к равно
Г
X 1. I коэффициент диффузии в см с. X 1. Х9,,а для цилиндра Х2,. Применительно к растворению солей при фильтрации воды в пористой среде, и в частности в грунтах, основное уравнение 1. Разделим уравнение 1. Тогда равенство 1. ССоК
1. Здесь величины и С зависят от времени и координат х, у, г. Удельная поверхность воднорастворимых солей со, входящая в уравнение 1. С, но, вообще говоря, зависит от удельного объема солей и, следовательно, от времени и координат. При этом величина со определяется характером засоления грунта, а именно степенью дисперсности содержащихся в грунте воднорастворимых частиц и условиями их контакта с практически нерастворимым скелетом грунта. Вводя в уравнение 1. Из уравнений 1. Г5 зависит от дефицита насыщения воды солями данного состава Ст С и от истинной скорости фильтрации ут0 . При дисперсном засолении эта скорость зависит, кроме тою, от содержания солей в грунте С Коэффициент пропорциональности у, называемый коэффициентом растворения, также зависит от истинной скорости чт и содержания солей . Ввиду этого целесообразно ввести некоторые параметры процесса растворения и выноса солей р и р, которые не зависели бы от V , , С , времени и координат. Выделяя в 1. ГРС 1в,
где
Здесь пористость т принята постоянной и равной т0 . Параметр р имеет размерность смс а параметр р сек1. Эти параметры зависят только от физикомеханических свойств грунта, воды и солей с1а, с1, т0, у, О, Со При расчете растворения и выноса солей величины р и р следует определить непосредственно из опыта. В случае больших скоростей фильтрации в уравнениях 1. С йт, 1. Г коэффициент диффузии см2с. Первое слагаемое в правой части этого уравнения выражает собой перемещение солей под действием фильтрации конвективная составляющая скорости и. Второе слагаемое в правой части 1. Вследствие растворения солей при фильтрации воды в грунтах концентрация солей С возрастает по направлению движения воды и потому скорости конвективного и диффузионного движения солей в уравнении 1.