книги из ГПНТБ / Руководство по проектированию золоотвалов тепловых электрических станций П 20-74 ВНИИГ

Намытые на надводном откосе золошлаковые отложения об­ ладают слоистой структурой, вследствие чего они по фильтраци­ онным свойствам являются анизотропными, т. е. коэффициент фильтрации вдоль напластований (k s) выше, чем нормально к ним (kn). Коэффициент анизотропии для намытого золошлако­ вого материала обычно составляет

Модуль деформации отложений 1

Модуль деформации отложений является характеристикой, необходимой для расчета осадок возводимых на намытых отло­ жениях сооружений (например, дамб наращивания), и опреде­ ляется методом статических нагрузок стандартными штампами площадью 600 и 5000 см2 (по ГОСТ 12374-66. «Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками»). Модуль дефор­ мации Е вычисляется по следующей формуле:

Е = (1 — fj.2) <о D -д-<7, кгс/см2,

где (х — коэффициент бокового расширения, принимаемый для расчетов ве­ личины Е равным 0,30; <л — безразмерный коэффициент, равный 0,8; D—диа­ метр штампа, см; ДР — приращение удельной нагрузки, кгс\см2; Д5 — при­ ращение осадки, см.

Таблица 2-3

Модули деформации

вопытах со штампами площадью 5000 см2.

2.Минимальные значения модуля деформации в каждом столбце отно­ сятся к наиболее неблагоприятным случаям формирования отложений из нецементирующейся золы.

1 Пантелеев В. Г. Исследования деформативных свойств золошлаковых материалов с помощью штампов. — «Известия ВНИИГ», т. 106, 1974.

82

Опытами на золоотвалах было установлено влияние на несу­ щую способность основания условий намыва, крупности материа­ ла отложений и продолжительности их нахождения на золоотвале. В табл. 2-3 приводятся значения модулей деформации отло­ жений, которые рекомендуются в первом приближении для прак­ тических расчетов. Модули деформации для консолидированных отложений в несколько раз больше, чем для свеженамытых, при­ чем свеженамытые зольные отложения обладают минимальной несущей способностью.

Всё вышеизложенное относится к золошлаковым материалам, которые почти не содержат цементирующих минералов или со­ держат их в небольшом количестве и не приобретают структур­ ную прочность во времени.

Коэффициент сжимаемости

При расчете осадок основания, сложенного из золошлакового материала, при отсутствии полевых исследований в качестве ха­ рактеристики деформативности используют коэффициент сжимае­ мости (а, см2/кгс) .

ным давлениям коэффициенты пористости, значения которых берутся с комп­ рессионной кривой.

На основании исследований в компрессионных приборах было установлено, что намытые на золоотвалах отложения в зависи­ мости от их свойств и состояния можно разделить на следующие:

1 ) сильносжимаемые ( а > 0 , 1 см2/кгс) — свеженамытые золь­ ные отложения надводного и подводного намывов, не обладаю­ щие сцеплением и не содержащие в своем составе шлаковых фракций;

2 ) сжимаемые (а = 0 ,1 —0 , 0 0 1 см2/кгс)— отложения, обла­ дающие сцеплением до 0,4 кгс/см2 или же содержащие в своем составе достаточно большое количество шлаковых фракций (бо­ лее 1 0 %);

Исследованиями было установлено весьма большое влияние на деформативные свойства намытого материала величины сцеп­ ления (С) и весового (относительного) содержания шлаковых фракций в общем составе золошлаковых отложений (РШл)-

Для вычисления координат компрессионной кривой при ее аналитическом построении для зольных и шлаковых отложений рекомендуется следующая формула:

dмин_шл — минимальная крупность частиц шлака, равная 0,25 мм; P(,=-\wh—

бытовое давление; уда, h — соответственно, объемный вес и высота слоя отложений выше изучаемого фрагмента намытого золошлакового материала;

Величину D1 рекомендуется принимать для шлаковой и золь­ ной зон надводного намыва 0,3—0,4, для отложений в пределах

Учитывая, что для свеженамытых зольных отложений быто­ вое давление Рб и сцепление С равны нулю, то для этого -случая- уравнение компрессионной кривой (2 —1 ) и зависимость (2 —3 ) существенно упрощаются.

!°- = 1 + 3,23-f—

Показатель степени для отложений надводного намыва мо­ жет быть, принят равным 2 &= 0,42, а для отложений подводного-

намыва 2/г = 0,39.

Пример вычисления координат компрессионной кривой. На­ мытый на з-олоотвале материал характеризуется следующими по­ казателями:

сцепление С= 0,93 кгс/см2; плотность отложений D' = 0,03;

1 Экспериментально установлено, что величина сцепления для самоцементирующихся зольных отложений близка к структурной прочности.

объемная влажность да0 = 0,50; весовое относительное содержание шлаковых фракций в об­

щем составе отложений РШл= 0,022; начальный коэффициент пористости ео= 1,634.

Определение координат компрессионной кривой. Вычисляем

имеет сцепление, то для нагрузок а*< 0,93 кгс/см2 коэффициенты пористости будут приблизительно равны начальному, т. е. во = 6 * = = 1,634. Определяем по формуле (2-1) коэффициенты пористо­ сти для выбранных удельных нагрузок. Вычисления сведены в табл. 2-4.

Таблица 2-4

Вычисление координат компрессионной кривой

Прочность золошлаковых отложений в полевых условиях оп­ ределяется статическим зондированием (пенетрометрами), ди­ намическим зондированием (установкой УБП-15) и с помощью сдвигомера-крыльчатки.

При проведении исследований полевыми методами выявляет­ ся влияние на прочностные свойства отложений особенностей их структуры, изменения плотности и упрочнения отложений во вре­ мени, например вследствие цементационных процессов и т. д. Указанные методы исследований позволили изучить свеженамытые (на работающих секциях отвала) и консолидированные от­ ложения (на законсервированных секциях), а также отложения, образовавшиеся при подводном намыве.

На основании выполненных исследований установлено:

1 ) зольные отложения, как правило, менее прочные по срав­ нению со шлаковыми;

85

2 ) отложения на золоотвалах характеризуются неодинаковой прочностью по глубине, что объясняется спецификой гидравли­ ческого складирования золошлаковых материалов и условиями эксплуатации золоотвалов, особенностями формирования отло­ жений— при намыве образуются, так называемые, русловые и пойменные отложения, 1 различающиеся по составу и плотности, неодинаковостью процесса цементации отложений и др.

Вследствие невозможности определения полевыми методами важнейших характеристик отложений: угла внутреннего трения и сцепления — прочность отложений изучалась также в лаборато­ рии на односрезных приборах конструкции Гидропроекта.

При исследованиях были приняты следующие схемы испыта­ ний и условия проведения опытов12:

сдвиг замедленный (дренированный); максимальная удельная вертикальная нагрузка 3—5 кгс/см2;

структура сложения испытуемого материала ненарушенная, в некоторых опытах нарушенная (в этом случае при проведении среза плотность образца задавалась равной естественной);

опыты проводились в водном окружении и без воды; в каждой серии испытаний бралось, как правило, три одина­

ковых образца.

При обработке результатов измерений в зависимости от фи­ зико-механических свойств исследованных образцов и условий проведения опытов серии испытаний на сдвиг были объединены в г р у п п ы, для каждой из которых по методу наименьших квад­ ратов вычислялись значения прочностных характеристик отложе­ ний— угол внутреннего трения <р и сцепление С:

зольные и шлаковые отложения; отложения, имеющие пористость 35—45, 45—55, 55—65, 65—

75, 75—85%;

отложения нарушенной и ненарушенной структуры, свеженамытые и консолидированные;

сдвиг осуществлялся в водном окружении и без воды; для отложений ненарушенной структуры; вдоль напластований и нормально к ним. Исследованиями было установлено следующее.

1.Угол внутреннего трения зольных отложений ненарушенной структуры практически не зависит от крупности слагающего их материала и пористости.

2.Угол внутреннего трения зависит от зональной раскладки намытого материала по крупности — шлаковые отложения, как правило, имеют угол внутреннего трения на 2—3° больше, чем зольные.

1Пантелеев В. Г. Процесс намыва на золошлакоотвалах. Информэнерго,.

№0044-73, серия 18а-04, 1973.

2Мелентьев В. А., Пантелеев В. Г., Кириллов В. Н. Физико-механические

свойства золошлаковых материалов тепловых электрических станций. — «Из­ вестия ВНИИГ», т. 102, 1973, с. 156—168.

86

3. Удельная сила сцепления у цементирующихся зольных от­ ложений тем больше, чем продолжительнее они хранятся на от­ крытом воздухе при отсутствии намыва и чем больше в составе складируемых зольных материалов содержится химических ком­ понентов, таких как CaO, MgO, CaS0 4 и др., способствующих цементации. Сцепление у свеженамытых зольных отложений (или

уотложений нарушенной структуры) равно нулю.

4.Слоистая структура отложений оказывает влияние на ве­ личину сцепления — сцепление при ориентировке плоскости сдви­ га нормально к слоям больше, нежели параллельно им.

5.Величина сцепления у цементирующихся зольных отложе­ ний тем больше, чем меньше толщина слоя отложений, образо­ вавшихся при непрерывной подаче пульпы на золоотвал.

6. Угол внутреннего трения золошлаковых отложений одного

топлива изменяется в широких пределах. Так, например, для от­ ложений золы торфа и ирша-бородинских углей разница между максимальными и минимальными значениями угла внутреннего трения составила около 2 0 °, а у отложений золы кузнецкого уг­ л я — 15°.

Опытами в сдвиговых приборах, так же как и полевыми ме­ тодами испытаний, подтверждена неодинаковость прочностных свойств намытого на золоотвалах материала. Кроме особенностей намыва различие прочностных свойств объясняется также специ­ фикой золошлаковых материалов — наличием в отложениях не­ дожога, низкой прочностью шлака, различием химико-минерало­ гического состава, наличием связанной воды и пр.

Т а б л и ц а 2 - 5

Значения 9 и С для намытых отложений на золоотвалах

87

оо

00

Рис. -21. Графики «'обеспеченности угла внутреннего трения золошлаковых материалов различных твердых топлив

Средне-Уральская ГРЭС; 2 —Бурштынская ГРЭС; 3 —Добротворская ГРЭС; 4 —Молдавская ГРЭС; 5—Ще- кинская ГРЭС; 6-Н азаровская ГРЭС; 7—Иркутские ТЭЦ-9 и ТЭЦ-10; 8—Смолевичская ГРЭС; 9 —Новоси­

бирские ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3; 10—Омская ТЭЦ-4; // —Читинская ГРЭС; 12—Улан-Удэнская ТЭЦ.

При назначении расчетных характеристик прочности на сдвиг для отложений, образовавшихся при намыве на золоотвалах, бы­ ла использована методика, основанная на статистической обра­ ботке результатов массовых испытаний — построение графиков обеспеченности. Для угла внутреннего трения по сериям испыта­ ний золошлаковых материалов как одного, так и различных твер­ дых топлив, указанные графики приведены на рис. 2-1. Учитывая изложенное при расчете устойчивости откосов, сложенных из зо­ лошлаковых отложений, угол внутреннего трения рекомендуется принимать обеспеченностью 95% (с учетом указаний главы СНиП на основные положения проектирования строительных конструк­ ций и оснований) по данным табл. 2-5.

Расчетные значения удельной силы сцепления следует прини­ мать для свеженамытых зольных и шлаковых отложений равны­ ми нулю, для консолидированных — согласно табл. 2-5.

Определение сцепления для цементирующихся отложений в каждом конкретном случае производится по данным аналогов или на основании специальных исследований.

Распределение золы по крупности в пределах отстойного пруда

При подводном намыве частицы золы осаждаются в отстой­ ном пруде при достаточно больших глубинах и весьма малых ско­ ростях течения воды, когда поток практически не оказывает ни­ какого «силового воздействия» на поверхность отложений. Такие отложения характеризуются низкой плотностью, отсутствием слоистости и относительно однозернистым составом.

В отстойном пруде золоотвала по длине зоны осаждения, так же как и на надводном откосе намыва, имеет место распределе­ ние складируемого материала по крупности. На основании опыт­ ных намывов в лабораторном лотке и данных исследований на золоотвалах работающих ТЭС получена следующая формула для определения средней крупности с%он отложений золы, по длине зоны осаждения в отстойном пруде

где х н — расстояние от места втекания потока пульпы в отстойный пруд до створа, где определяется средняя крупность отложений, м; AL — размерный

89