РАСЧЕТ  НЕУСТАНОВИВШЕЙСЯ  ФИЛЬТРАЦИИ  В  ГРУНТОВЫХ  ПЛОТИНАХ  С  ТРУБЧАТЫМ  ДРЕНАЖОМ

Файзиев  Хомитхон

канд.  техн.  наук,  доцент,  заведующей  кафедрой,  Ташкентский  архитектурно  строительный  институт,  Республика  Узбекистан,  г.  Ташкент

Юсупов  Хамза  Ибодович

канд.  техн.  наук,  доцент,  заведующей  кафедрой,  Ташкентский  архитектурно  строительный  институт,  Республика  Узбекистан,  г.  Ташкент

Рахимов  Шерзод  Абдувахобжанович

старший  препода ватель,  Ташкентский  архитектурно  строительный  институт,  Республика  Узбекистан,  г.  Ташкент

Норматов  Миркамил

ассистент,  Ташкентский  архитектурно  строительный  институт,  Республика  Узбекистан,  г.  Ташкент

E -mail: 

Проблема  вредного  воздействия  фильтрационного  потока  в  плотинах  из  местных  материалов  на  сегодняшнее  время  все  еще  остается  актуальной.  Особенно  это  относится  к  сооружениям,  находящимся  в  условиях  сезонной  эксплуатации  водохранилищ  с  большой  амплитудой  колебания  уровня  верхнего  бьефа.  Изменение  уровней  бьефов  вызывает  изменение  положения  депрессионной  поверхности  и  параметров  фильтрационного  потока  (фильтрационных  градиентов,  скоростей,  расхода).  Наибольший  интерес  при  решении  фильтрационных  задач  при  изменении  уровней  бьефов  представляет  определение  положения  депрессионной  поверхности  и  гидродинамических  сил  в  откосах  плотин,  во  многом  определяющих  их  устойчивость. 

Задача  неустановившейся  фильтрации  является  одной  из  наиболее  сложных  в  области  теории  фильтрации.  Впервые  общие  уравнения  неустановившейся  фильтрации  были  предложены  Н.Е.  Жуковским.  Однако  из-за  значительной  сложности  решения  эти  уравнения  были  использованы  гораздо  позднее. 

Упрошенный  вывод  уравнения  неустановившейся  фильтрации  был  предложен  Й.  Буссинеском  [1].  Его  допущение  заключается  в  том,  что  горизонтальные  скорости  фильтрационного  потока  по  вертикали  постоянны,  которые  легли  в  основу  гидравлической  теории  неустановившейся  фильтрации.

На  сегодняшний  день  качественно  более  высокий  уровень  решения  подобных  задач  достигается  с  помощью  численных  методов,  и  прежде  всего,  с  помощью  метода  конечных  разностей.

Как  нам  известно,  при  горизонтальном  водоупоре  и  постоянном  коэффициенте  фильтрации  среды  нелинейное  уравнение  Буссинеска  для  одномерной  задачи  принимает  следующий  вид  [1].

;  (1)

где:    гидродинамический  напор;

  абцисса  точки  кривой  депрессии;

  текущее  время;

  коэффициенты  фильтрации  и  водоотдача  грунта.

Автором  данной  работы  на  основе  метода  конечных  разностей  был  разработан  алгоритм  решения  задачи  неустановившейся  фильтрации  и  составлена  программа  на  языке  С#  [2]  .

В  данной  статье  приводятся  результаты  расчета  неустановившейся  фильтрации  для  однородной  плотины  с  трубчатым  дренажем  (рис.  1). 

В  целях  проверки  обоснованности  принятых  предпосылок  при  выводе  зависимостей  для  фильтрационного  расчета  грунтовых  плотин  и  оценки  точности  полученных  решений  были  проведены  экспериментальные  исследования  комбинированными  методами  с  использованием  физического  и  физико-математического  моделирования  грунтовых  плотин. 

Определения  участка  высачивания  фильтрационного  потока  производим  по  методу  В.  Шестакова  [3].  В  этом  методе  действительный  откос  с  заложением  m₁  заменяют  на  фиктивный  откосом  с  заложения    Значения  определяется  по  формуле

Следовательно,  для  расчета  с  учетом  участка  высачивания  надо  только  построить  от  подошвы  плотины  фиктивный  откос  с  заложением  ,  затем  производить  расчет  для  этого  участка  по  формулам  и  уравнениям,  составленным  без  учета  участка  высачивания,  а  точку  высачивания  находить  как  точку  пересечения  получаемой  кривой  депрессии  с  действительным  откосом.

В  качестве  объекта  для  этой  задачи  рассматривалась  однородная  плотина  с  трубчатым  дренажем  при  следующих  параметрах:  высота  плотины  17,0  м;  заложение  верхового  откоса  m₁=4;  заложении  низового  откоса  m₂=3;  начальная  глубина  воды  верхнего  бьефа  H₁  =15  м; 

Результаты  решения  данной  нестационарной  задачи  методом  конечных  разностей  и  их  сравнение  с  экспериментальными  методами  на  различные  моменты  времени  и  соответствующие  им  уровни  верхнего  бьефа  представлены  в  табл.  1.  и  на  рис.  1.

Таблица  1.

Результаты  определения  кривой  депресси  при  снижения  уровня  воды  в  водохранилище  при:  К_Т =0,01  м/сут 

Таблица  2.

Результаты  определения  кривой  депресси  при  снижения  уровня  воды  в  водохранилище  при:  К_Т =0,1  м/сут 

Рисунок  1.  Результаты  расчетов  неустановившейся  фильтрации  в  однородной  грунтовой  плотины  с  трубчатым  дренажом:  1)  —  на  момент  времени  40  суток  после  начала  сработки  водохранилища;  2)  —  на  момент  времени  60  суток  после  начала  сработки  водохранилища;  3)  —  на  момент  времени  100  суток  после  начала  сработки  водохранилища;  _  _  _  _  _  положение  депрессионной  поверхности  по  МКР;  _______  положение  депрессионной  поверхности  по  эксперименту

Как  видно,  результаты,  полученные  с  помощью  МКР,  достаточно  точно  совпадают  с  результатами  экспериментов  выполненных  на  физических  и  физико-математических  моделях.  Расхождения  в  отметках  депрессионной  поверхности  в  расчетных  сечениях  не  превосходят  допустимых  пределов.  Разработанная  методика  и  программа  расчета  позволяют  решать  задачи  неустановившейся  фильтрации  в  грунтовых  плотинах  с  трубчатым  дренажем.  Это  позволяет  утверждать  об  обоснованности  выбранных  расчетных  схем  и  принятых  исходных  допущений  в  численных  исследованиях.

Список  литературы:

1.Полубаринова-Кочина  П.Я.,  Теория  движения  грунтовых  вод.  М.:  Наука,  1977,  —  664  с.

2.Файзиев  Х.,  Бабакаев  С.,  Хажиев  И.,  асс.  Норматов  М.,  асс.  Ахмедов  И.  Численное  решение  краевой  задачи  неустановившейся  фильтрации  в  однородных  грунтовых  плотинах  методом  конечных  разностей.  Архитектура,  строительство.  Дизайн,  —  2013,  —  №  3,  —  с.  52—55.

3.Шестаков  В.М.,  Определение  гидродинамических  сил  в  землянных  сооружениях  и  откосах  при  падении  уровней  в  бьефах.  Вопросы  фильтрационных  расчетов  гидротехнических  сооружений.  М.:  Стройиздат,  1956,  —  ст.  2,  —  98—128  с.