Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Рекомендации по предупреждению и устранению аварийных ситуаций на потенциально опасных участках каналов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.08.2026

Размер:

747 Кб

Скачать

☆

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент мелиорации

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МЕЛИОРАЦИИ»

(ФГБНУ «РосНИИПМ»)

УДК 626.823

Ю. М. Косиченко, Д. В. Бакланова

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ И УСТРАНЕНИЮ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ УЧАСТКАХ КАНАЛОВ

Новочеркасск 2014

	Содержание
Введение .................................................................................................		3
1	Общие положения ...............................................................................	4
2	Расчет фильтрации через дамбу канала в насыпи и оценка
риска возникновения аварийной ситуации.....................................................		4
3	Примеры расчетов по оценке риска разрушения дамб
действующих каналов на потенциально опасных участках в насыпи........		12
4	Рекомендуемые мероприятия по предупреждению	и
устранению аварийных ситуаций на потенциально опасных участках
каналов............................................................................................................		14
5	Новые технические решения по противофильтрационной
защите дамб каналов из грунтовых материалов...........................................		17
Список использованной литературы...................................................		23

Введение

На оросительных системах России эксплуатируется большое количе-

ство магистральных каналов. Наиболее густо магистральные каналы рас-

положены на территории Южного и Северо-Кавказского федеральных ок-

ругов с общей протяженностью более 23 тыс. км.

К крупным магистральным каналам оросительных систем на юге страны относятся Большой Ставропольский канал, Донской магистраль-

ный канал (МК), Пролетарский МК, Право-Егорлыкский МК, Невиномыс-

ский МК, Терско-Кумский и другие. В настоящее время многие из них ха-

рактеризуются ухудшенным техническим состоянием, в связи с чем, по-

тенциально опасными признаны 12 магистральных каналов с общей про-

тяженностью поврежденных участков 1400 км [1].

Так как некоторые участки каналов представляют собой потенциаль-

ную опасность и пребывают в неудовлетворительном техническом состоя-

нии, то важной проблемой является безаварийная эксплуатация магист-

ральных каналов и гидротехнических сооружений, расположенных на них.

Вопросы безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений рассматривались в работах Н. Н. Розанова [2], А. Г. Баламирзоева [3],

Е. Н. Белендира, Д. В. Стефанишина [4] Ю. М. Косиченко [5-10], В. А. Во-

лосухина [11], В. А. Белова [8], К. Н. Анахаева [12] и других. Однако до на-

стоящего времени отсутствовали рекомендации по предупреждению и уст-

ранению аварийных ситуаций на потенциально опасных участках каналов.

Поэтому цель настоящей работы – восполнить указанный пробел и соста-

вить рекомендации, которые могут быть использованы для повышения на-

дежности, безопасности и эффективности эксплуатации магистральных ка-

налов на участках в насыпи.

1 Общие положения

1.1 Настоящие рекомендации по предупреждению и устранению ава-

рийных ситуаций на потенциально опасных участках каналов распростра-

няются на магистральные каналы оросительных систем с расходами до 250 м3/с.

1.2 Необходимость разработки рекомендаций по предупреждению и устранению аварийных ситуаций на потенциально опасных участках кана-

лов обусловлена возникновением различных негативных процессов, свя-

занных с прорывом дамб, значительными размывами их русел, оползнями,

образованием сосредоточенных ходов фильтрации на потенциально опас-

ных участках. Эти нежелательные явления приводят к нарушению безо-

пасности работы каналов и к невозможности их дальнейшей эксплуатации. 1.3 В настоящих рекомендациях предлагается методика расчета рис-

ка разрушения дамбы на потенциально опасном участке канала в насыпи вследствие фильтрационных процессов.

В общем случае методика расчета риска разрушения дамбы канала включает определение удельных фильтрационных расходов, действующих средних и выходных градиентов напоров, риска разрушения тела и осно-

вания дамбы канала в насыпи.

1.4 Повышение безопасности эксплуатации магистральных каналов может достигаться применением новых технических решений по противо-

фильтрационной защите потенциально опасных участков магистральных каналов.

2 Расчет фильтрации через дамбу канала в насыпи и оценка риска возникновения аварийной ситуации

2.1 При фильтрационных расчетах земляных дамб ввиду сложности учета всех факторов, влияющих на движение фильтрационного потока,

учитываются следующие допущения:

- грунт тела дамбы канала принимается однородным и изотропным, 4

т. е. когда значение коэффициента фильтрации во всех направлениях явля-

ется постоянным; - вся область фильтрации разделена на область фильтрации через те-

ло дамбы канала с коэффициентом фильтрации KТ и область фильтрации через дно и основание дамбы с коэффициентом фильтрации KО ;

-водоупор принимается водонепроницаемым и горизонтальным;

-положение депрессионной кривой в однородных плотинах не зави-

сит от качества грунта, а определяется только геометрическими размерами профиля дамбы;

- фильтрация рассматривается в одной плоскости и считается уста-

новившейся; - дно канала принимается водопроницаемым.

2.2 Механизм разрушения грунта дамбы непосредственно связан с увеличением действующего напора на участках канала в насыпи, вслед-

ствие чего повышаются градиенты напора фильтрационного потока на час-

тицы грунта дамбы, и в случае их превышения допускаемых (критических)

значений происходит нарушение устойчивости сначала отдельных частиц грунта, а затем и их групп.

В результате чего образуются ходы фильтрации с постепенно пере-

мещающимися потоком частицами грунта, обычно свойственных для не-

связных (песчаных) грунтов, или с разрушением массивов грунта, что ха-

рактерно для связных (глинистых) грунтов.

2.3 Вся область фильтрации разделена на область фильтрации через тело дамбы канала с удельным фильтрационным расходом qТ и область фильтрации через дно и основание дамбы с удельным расходом qО (рису-

нок 1) [13-15].

2.4 В расчетах учитывается дополнительное фильтрационное сопро-

тивление под дном канала, обусловленное значительной мощностью грун-

та между дном канала и основанием дамбы высотой (Н hО ) [13].

1 – кривая депрессии; 2 – вероятный сосредоточенный ход фильтрации

в дамбе канала; 3 – вероятные зоны местных фильтрационных деформаций;

4 – линия разделения фильтрационного потока

Рисунок 1 – Расчетная схема магистрального канала в насыпи

2.5 Удельный фильтрационный расход через тело дамбы насыпи оп-

ределяется по формуле:

qT KТ

H2 h2

;

(1)

2(L m h ) L

LК (H hО ) Ф1 ;

(2)

4(H hО )

< 0,5,

при

(3)

π b/2

2(Н h )

где qT – удельный расход фильтрационного потока через тело дамбы кана-

ла, м2/сут;

LК – дополнительное фильтрационное сопротивление под дном кана-

ла, м;

Ф1 – фильтрационное сопротивление в безразмерной форме;

b– ширина канала по дну, м.

2.6Высота выхода депрессионной кривой на низовой откос:

;

(4)

β h

L , L m d b

гр

(H d), β

2m1 1

где Lр – ширина эквивалентного профиля дамбы канала по основанию, м; m1, m2 – коэффициенты заложения соответственно верхового и низо-

вого откосов;

H– действующий напор, м;

β– коэффициент, зависящий от величины заложения верхового откоса;

hО – глубина наполнения в канале, м;

L– длина участка дамбы от уреза воды до сопряжения низового откоса

снижерасположенной территорией, м;

d – превышение гребня дамбы над уровнем воды в канале, м; bгр – ширина дамбы по гребню, м.

2.7 Расчетные ординаты кривой депрессии вычисляются по уравне-

нию:

h	H2	2qT	x .	(5)
		KТ
x			i

2.8 Условие образования общих фильтрационных деформаций грун-

та тела дамбы канала (например, в виде сосредоточенных фильтрационных ходов) согласно СП 39.13330.2012 [16] и СП 23.13330.2011 [17] определя-

ется следующим соотношением:

JТ	>	1	JТ	,	(6)
		γn
est,m			cr,m

где JestТ ,m – действующий средний градиент напора в теле дамбы канала;

JcrТ ,m – критический средний градиент напора в теле дамбы канала;

γn – коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от класса.

Действующий средний градиент напора по Р. Р. Чугаеву будет равен:

JТ	H	.	(7)
	L 0,4H
est,m
Критический средний градиент напора Jcr,mТ			принимается для песча-

ных грунтов равным 0,75-1, для супесей и суглинков – 1-4.

2.9Удельный фильтрационный расход в основании дамбы канала

сучетом дополнительного фильтрационного сопротивления под дном ка-

нала слоя мощностью (H hО )пр

составит:

qО KО T

;

(8)

КО

(H h )

Ф'

0,88T L

О КТ

LО bгр (H d) (m1 m2 );

(9)

4(H hО )

КО

Ф1'

(10)

π в/2

КТ

где KО – коэффициент фильтрации грунта основания дамбы канала, м/сут;

T – мощность водопроницаемого основания, м;

LО – условная ширина дамбы по основанию, м;

Ф1' – дополнительное фильтрационное сопротивление под дном канала.

2.10Общий удельный фильтрационный расход из канала в насыпи

составит:

q 2(qТ qО ),						(11)
2.11 Условие образования общих фильтрационных деформаций ос-
нования [16]:
JO	>	1	JО		,	(12)
		γn
est,m			cr	,m

где JestО ,m – действующий средний градиент напора в основании дамбы ка-

нала;

JcrО,m – критический средний градиент напора в основании дамбы канала.

Действующий средний градиент напора в основании находим по формуле:

Jest,mО				H		.	(13)
			КО
	(H h	)		Ф'	0,88Т L
			КТ
	О			1	О

Значения критического среднего градиента напора определяется по СП 39.13330.2012 [16].

2.12 Условие образования местных фильтрационных деформаций грунта тела дамбы при выходе потока на низовой откос (например, в виде суффозии и выпора) запишем как [16]:

JТ > Jcr . (14)

estmax γn

Значения местного критического градиента напора для песчаных грунтов – 0,30, для глинистых грунтов – 1,0.

Максимальный местный градиент напора при выходе потока на ни-

зовой откос можно определить по следующей формуле:

	H2	2qT	(L m h x	вых	)
	H2		(L m h x		)
		2 1
JТ		KT				,	(15)
JТ						,	(15)
estmax			xвых
			xвых

где xвых – расстояние по оси ОX при выходе фильтрационного потока на низовой откос, принимаемое равным (0,05-0,10)L, м.

2.13 Оценка риска разрушения дамбы канала вследствие фильтраци-

онных процессов определяется по формуле:

		Т	γn	н	,	(16)
			Кгар		,	(16)
			Кгар
			Н T
			Jest,m
где γn	– коэффициент надежности;
н	– нормативный риск, определяемый в зависимости от класса со-

оружения для основного вида нагрузок по СП 58.13330.2012, 1/год [18].

Риск разрушения дамбы канала вследствие фильтрационных процес-

сов можно установить через гарантированный коэффициент надежности,

который определяется по формуле:

		JcrT,m		m T
Кгар				Jcr,m	;	(17)
Кгар		JestT			;	(17)
НJest,m		JestT	,m	m T
				Jest,m
mJcr,m σJcr,m	t ; mJest ,m σJest ,m t ,					(18)
где σJcr,m , σJest,m – среднеквадратическое отклонение, соответственно,						кри-
тического и среднего градиентов;
tα – коэффициент Стьюдента.

2.14 Оценка риска разрушения основания дамбы канала вследствие

общих фильтрационных деформаций определяется по формулам:
λ	О			γn		λ	н	;		(19)
λ		К		гар		λ		;		(19)
		К		гар
				Н o
				Jest,m
			JcrО,m		m o
KH О								Jcr,m	,	(20)
KH О				О					,	(20)
Jest,m			Jest,m		m o
								Jest,m

2.15 Общий риск разрушения дамбы канала составит сумму рисков разрушения тела и основания дамбы канала:

Т О.

(21)

Если значение общего риска разрушения дамбы канала превысит

значение нормативного риска, то это свидетельствует о большой вероятно-

сти возникновения аварийной ситуации.

2.16 Примеры расчета риска разрушения дамбы канала, проложенно-

го в насыпи, по предложенной выше методике и полученным формулам приведены в таблице 1.

На основании анализа результатов расчета для первого расчетного случая можно заключить следующее: риск разрушения дамбы канала по средним градиентам не превышает нормативный.

Однако не выполняется условие местной фильтрационной прочности грунта при выходе фильтрационного потока на приканальную территорию,

что свидетельствует о возможности локальных разрушений грунта основа-

ния за дамбой.

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]