10476

2

УДК 627.22

Февралев А. В. Гидротехническое строительство на вечной мерзлоте [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / А. В. Февралев; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун – т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2019. – 43 с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

В пособии описываются природные условия вечной мерзлоты, рассматриваетсяпер- спективы гидротехнического строительства, разбираются конструкции плотин м водопро- пускных сооружений, даются компоновки гидроузлов, приводятся математические модели термического режима.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Гидротехническое строительство» по направлению подготовки 08.06.01 «Техника и технологии строительства», направленность «Гидротехническое строительство».

Ключевые слова: вечная мерзлота, плотины, водосбросы, гидроузлы, термический режим.

© А. В. Февралев, 2019 © ННГАСУ, 2019

3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………. 4 1. Общие сведения о вечной мерзлоте……………………………………… 5

2.Природные условия зоны вечной мерзлоты …………………………….. 6

2.1.Общая характеристика ………………………………………………. 6

2.2.Климат………………………………………………………………… 6

2.3.Инженерно-геологические условия…………………………………. 8

2.4.Температурное состояние долин северных рек…………………….. 9

2.5.Гидрогеологические условия………………………………………… 10

2.6.Гидрологический режим рек………………………………………… 11

2.7.Типы оснований гидросооружений…………………………………. 11

3.Состояние и перспективы сооружения гидроузлов зоны вечной мерз-

лоты…………………………………………………………………………… 13

4.Плотины в условиях вечной мерзлоты…………………………………… 15

4.1.Принципы строительства на вечной мерзлоте……………………… 15

4.2.Типы плотин…………………………………………………………... 15

5.Водопропускные сооружения…………………………………………….. 22

5.1.Водосбросы при талых плотинах……………………………………. 22

5.2.Водосбросы при мерзлых плотинах…………………………………. 24

6.Гидроузлы на вечной мерзлоте ………………………………………….. 26

8.1.Температурный режим водохранилища…………………………….. 38

8.2.Расчеты зимней температуры водохранилища……………………... 39 Библиографический список………………………………………………….. 41

4

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Гидротехническое строительство» предназначается для ас-

пирантов, обучающихся по направлению «08.06.01 «Техника и технологии строительства», направленность «Гидротехническое строительство».

В рамках изучения этой дисциплины предлагается настоящее пособие,

призванное способствовать более глубокого изучения названной дисциплины.

В пособии изложены названия разделов дисциплины и их краткое содер-

жание. Для расширения знаний следует прослушать лекции, изучить литерату-

ру, приведенную в пособии, использовать ресурсы Интернета.

Продолжительность изучения дисциплины 8 недель, объем дисциплины

32 ч.

6

2.ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ЗОНЫ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

2.1.Общая характеристика

Вечномерзлые грунты подразделяются на грунты островного, прерыви-

стого и сплошного распространения [4]. Первые наблюдаются в виде отдель-

ных «островов» в общей массе талых грунтов вдоль южной границы региона,

вторые с «островами» и массивами талых грунтов встречаются значительнее севернее, их температура составляет обычно -0,5…-1,5 0С; последние преобла-

дают в центральной и северной части Северо-Востока России.

Мощность вечномерзлых грунтов и их температура зависят от продолжи-

тельности холодного периода года, интенсивности охлаждения, свойств грун-

тов, их диспозиции и т. п. (табл. 2.1) [4].

Температурное поле вечномерзлой толщи приведено на рисунке 2.1. Рас-

стояние от границы сезонного промерзания до нижней границы мерзлой толщи составляет ее мощность.

2.2. Климат

Климат материковой зоны резко-континентальный с холодной продолжи-

тельной зимой и коротким летом. Длительность безморозного периода изменя-

ется от 100 до нескольких суток (Крайний Север). Среднегодовая температура воздуха отрицательная (табл. 2.2), минимальная температура доходит до минус

60ºС и даже ниже.

7

Рисунок 2.1 - Температурное поле вечномерзлой толщи:

1 – поверхность земли; 2 – сезоннооттаивающий слой; 3- его нижняя граница; 4 – веч- номерзлая толща; 5 – ее нижняя граница; 6 – талая зона

Особенно суров климат Якутии. Зима здесь весьма продолжительная (7-8

мес.) и отличается безоблачной погодой с устойчивыми морозами до -70°С.

Средняя температура января в Вилюйске -38,2, Удачном -42,0°С. Особенно хо-

лодные зимы отмечаются на северо-востоке Якутии: средняя температура янва-

ря в Верхоянске -48,9, Оймяконе -50,1°С [1].

Таблица 2.2 - Температура воздуха некоторых регионов Северо-Востока РФ, ºС

Лето в Якутии короткое (2-2,5 мес.). Заморозки возможны в течение всего лета. Климат резко континентальный. Отчетливо выражена неравномерность годового хода осадков и в большой амплитуде внутригодовых колебаний тем-

пературы наружного воздуха, достигающей 100°С [1].

8

2.3. Инженерно-геологические условия

Западная часть Якутии находится в пределах Сибирской платформы, цен-

тральная - в пределах Лено-Вилюйской впадины, заполненной древними оса-

дочными отложениями. Восточнее р. Лены расположена Верхояно-Колымская горно-низменная страна с многообразием геоморфологических областей и рай-

онов от горных систем до впадин и обширной приморской низменности по по-

бережью Северного Ледовитого океана, сложенной аллювиальными отложени-

ями общей мощностью до 100 м. Низменная часть Чукотского полуострова сложена в основном озерно-аллювиальными и озерно-ледниковыми отложени-

ями [1].

В области вечной мерзлоты различают грунты:

-вечномерзлые – находятся в мерзлом состоянии века;

-многолетнемерзлые – находятся в мерзлом состоянии десятилетия;

-сезонно мёрзлые – находятся в мерзлом состоянии в зимние сезоны;

-талые – находятся в талом состоянии постоянно или сезонно (сезонно-

талые).

Вечномерзлые грунты при изменении температурного режима являются ярко выраженными структурно-неустойчивыми грунтами.

Над вечномерзлой толщей грунтов расположен слой ежегодного сезонно-

го промерзания и оттаивания. Между вечномерзлыми и сезонно-мерзлыми грунтами могут быть промежуточные формы. Так, сезонномерзлые грунты мо-

гут не оттаять в течение лета и просуществовать несколько лет. Такие слои мерзлых грунтов называются перелетками.

Мощность слоя сезонного оттаивания в общем случае может изменяться от нуля до 4-6 м. Меньшие глубины оттаивания свойственны глинистым грун-

там, гравийно-галечниковые грунты оттаивают на большую глубину. Снежный покров предохраняет грунт от охлаждения, изменяя среднюю годовую темпера-

туру грунтов и годовую амплитуду температур на их поверхности. При снятии снежного покрова глубина сезонного промерзания увеличивается. Раститель-

10

Рисунок 2.3 - Температурное состояние долины малой реки в криолитозоне

2.5. Гидрогеологические условия

Грунтовые воды Северо-Востока подразделяют на три основных типа:

надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные [1].

Надмерзлотные грунтовые воды залегают главным образом в аллювиаль-

ных, делювиальных ледниковых и других четвертичных отложениях, мощность таких вод определяется глубиной вмещающего их сезоннооттаивающего слоя.

Подстилающим водоупором для них является вечномерзлая толща. Ос-

новное питание надмерзлотные воды получают за счет атмосферных осадков.

На равнинных участках вследствие затрудненного стока и наличия снизу водо-

упора эти воды способствуют заболоченности. На крутых склонах при наличии грунтов с достаточно хорошими фильтрационными свойствами надмерзлотные воды стекают в пониженные места.

В зимний период надмерзлотные грунтовые воды, как правило, пол-

ностью промерзают. Но на отдельных участках при промерзании деятельного слоя сверху и снизу живое сечение талика уменьшается, вследствие чего на склонах, в долинах речек и ручьев грунтовые воды получают напор и излива-

ются, образуя наледи. Иногда источником образования наледей могут быть и речные воды.

В пойменных частях речных долин в современных аллювиальных отло-

жениях наблюдаются другие виды грунтовых вод, источником питания кото-