ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ - Зміна фільтраційних характеристик незв'язних грунтів під дією дренажу

Деформація фільтраційний суфозійний

Актуальність роботи.

Однією з важливих водогосподарчих проблем в Україні є забезпечення раціонального регулювання водного режиму незв'язних грунтів, які широко розповсюджені і часто зазнають фільтраційних деформацій. Саме в таких грунтах водно-фізичні умови є несприятливими і потребують суттєвого поліпшення. Основним інженерним засобом управління водно-фізичними умовами в них, як і взагалі в природних пористих середовищах, був і залишається горизонтальний дренаж, який застосовується в наш час на величезних площах. Під дією дренажу відбувається зміна фільтраційних характеристик незв'язного грунту в придренній зоні, тобто спостерігається фільтраційна деформація структури цього грунту. Його устрій переслідує різноманітні цілі (оптимізація водного режиму сільськогосподарських земель, перехоплення грунтових вод з прилеглих або дренованих територій, боротьба з підтопленням, відвід надлишкових вод з промислових і будівельних майданчиків тощо) і веде до різкого прискорення фільтраційної течії принаймні у безпосередній близькості від водорегулюючих пристроїв та елементів. Як раз ділянки фільтраційної течії, що примикають до дрен, відіграють багато в чому визначальну роль у формуванні водного режиму грунтів, про що свідчать великі втрати напору тут. Тому навіть локальна мобілізація часток твердої фази пористого середовища, яке дренується, здатна помітно, а в деяких випадках і радикально змінити фільтраційну картину в цілому за рахунок покращення її проникності поблизу дрени при зовнішній суфозії, утворення акумулюючої зони з наступним кольматажем середовища при внутрішній суфозії.

Суфозійний процес зумовлює помітний винос твердої речовини в осушуючі дрени і далі водовідвідні мережі, чим створюються передумови для їх замулення. Тому важливе значення набуває всебічна оцінка наслідків регулювання водного режиму суфозійних грунтів за допомогою дренажів, які широко використовуються на практиці. Проте надійно оцінити подібні наслідки можливо тільки, спираючись на результати поглиблених теоретичних досліджень фільтраційних деформацій.

Аналіз стосовно сучасного стану дренажу у незв'язних грунтах показав, що до теперішнього часу явище суфозійних процесів недооцінювалося, а спеціальний фільтраційний опір внаслідок механічної суфозії не враховувався при розрахунках параметрів дренажу. Дана робота містить потрібні для практики рекомендації по врахуванню впливу суфозії грунту на роботу як окремих водоприймальних елементів, так і дрен в цілому тому вона є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась в рамках державної програми "Про концепцію розвитку водного господарства України" і тісно пов'язана з планами держбюджетної тематики Київського національного університету будівництва і архітектури, на замовлення Міністерства освіти і науки України (№ держреєстрації 0198U007911).

Мета і задачі досліджень.

Метою дисертаційної роботи є наукове обгрунтування основних закономірностей спільного протікання суфозійного і фільтраційного процесів під дією окремих малих сферичних стоків і їх систем і на цій основі удосконалення методів розрахунку параметрів гончарного дренажу з врахуванням зміни фільтраційних характеристик незв'язних грунтів.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі задачі:

    - дослідити теоретичними методами розвиток і результати фільтраційних деформацій в суфозійних грунтах, що зумовлені дією водорегулюючих споруд; - оцінити вплив суфозійного процесу на фільтраційні характеристики і водний режим незв'язного грунту; - виконати порівняльний аналіз значущості зміни структури грунту і фільтраційних характеристик на фоні різних дренажів; - вивчити закономірності виносу неструктурної речовини в дрени при зовнішній суфозії і уточнити загальний фільтраційний опір з її врахуванням; - на основі аналізу проведених теоретичних досліджень розробити методику розрахунку об'ємів виносу суфозійних часток у водоприймальні споруди.

Об'єкт дослідження - динаміка фільтраційних характеристик суфозійних грунтів поблизу дренажних споруд.

Предмет дослідження - двохкомпонентні грунти (структурні і не структурні частки), гончарні дренажі, потоки рідини і завислих часток, режими роботи дренажу, фільтраційні характеристики.

Методи дослідження - Науковий аналіз теоретичними методами процесів зовнішньої, внутрішньої суфозії і кольматажу в незв'язних грунтах; використання аналітичних методів для визначення фільтраційних і деформаційних характеристик незв'язних грунтів, даних експериментальних досліджень для апробації результатів теоретичних досліджень.

Наукова Новизна одержаних результатів:

    - досліджено і науково обгрунтовано вплив зовнішньої і внутрішньої суфозії на роботу осушуючого і зволожуючого дренажів; - побудовано нові математичні моделі зовнішньої і внутрішньої суфозії, під дією малого сферичного стоку і реалізовано їх аналітичними методами; - встановлено закономірності масопереносу і фільтрації в радіальній області значної зміни водно-фізичних властивостей суфозійного грунту; - узагальнено поняття фільтраційного опору на випадок суфозійних грунтів і визначено його складову, яка зумовлена зовнішньою суфозією.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблена інженерна методика розрахунку дозволяє визначати об'єми часток, що лишилися в деформованому грунті або видалені з нього. Запропоновані рекомендації при проектуванні дренажних систем дають підстави для збільшення міждренних відстаней, що дозволить знизити капітальні затрати.

Результати дисертаційної роботи впроваджені Шепетівським міжрайонним управлінням водного господарства Держводгоспу України. Використання запропонованих методів розрахунку дозволило збільшити міждренні відстані з 18 м до 22 м. Тим самим капітальні витрати зменшені на 12%.

Особистий внесок здобувача.

На основі аналізу проведених теоретичних досліджень розроблено методику розрахунку об'ємів виносу суфозійних часток в дренажні системи. Автору належить: розв'язання математичної задачі зовнішньої суфозії і кількісний аналіз на його основі деформаційного і фільтраційного процесів; реалізація математичної моделі внутрішньої суфозії і визначення закономірностей зміни фільтраційних властивостей грунту при відтисненні суфозійних часток від джерела; дослідження динаміки втрат напору при перерозподілі мобільних часток в грунті; розв'язок математичної задачі фільтраційних деформацій у випадку різкої зміни інтенсивності стоку; проведення аналізу посиленого осадження часток при цьому; розробка методики розрахунку об'ємів виносу неструктурної речовини в дренажні системи; визначення складової загального фільтраційного опору, яка зумовлена зовнішньою суфозію.

Апробація результатів дисертації.

Основні результати та окремі розділи дисертації доповідались на науково-практичних конференціях Київського національного університету будівництва і архітектури (м. Київ 2004-2008р. р.); на міжнародної науково-практичної конференції: "Сучасні проблеми охорони довкілля, раціонального використання водних ресурсів та очистки природних і стічних вод" (м. Миргород 2004, 2006р. р.); на Всеукраїнській науковій конференції: "Сучасні проблеми математики та інформатики" (м. Львів 2004р.).

Публікації.

За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 11 друкованих робіт, в тому числі 8 у фахових виданнях, регламентованих ВАК України.

Структура і обсяг дисертації.

Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури з 182 найменувань і 2 додатків. Робота викладена на 187 сторінках, рисунків - 51, таблиць -1.

Похожие статьи




ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ - Зміна фільтраційних характеристик незв'язних грунтів під дією дренажу

Предыдущая | Следующая