ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат научно-исследовательской работы.

В качестве одного из вариантов конструкции перемычек, ограждающих котлован сооружений Вилюйской ГЭС-iiiрассматривалась перемычка талого типа из местных грунтовых материалов. Такая конструкция приводит к фильтрации воды в теле перемычки, сопровождающейся оттаиванием многолетнемерзлого основания и берегов склона в области примыкания. Кроме того фильтрация воды может способствовать нарушению фильтрационной и статической прочности грунтов как тела, так и основания перемычки, а также определяет приток воды в котлован.

В этой связи необходим прогноз температурно-фильтрационного режима перемычки, в частности, ее примыкания. Он позволяет вычислить параметры фильтрационного потока, необходимые для оценки фильтрационной прочности и размеров талой зоны, влияющей на статическую устойчивость склона.

Прогноз температурно-фильтрационного режима осуществляется методом математического моделирования при следующих условиях.

Геометрические условия. Примыкание представляет собой трехмерную область, включающую береговой массив и перемычку. Низовой откос перемычки имеет заложение 1:1,7. Ее высота составляет 16 м при глубине воды перед ней 15 м. Береговой склон - в виде плоскости с уклоном 1:2,44.

Гидравлические условия.Уровень воды перед перемычкой постоянный и соответствуют пропуску расчетного строительного расхода. Пространственный фильтрационный поток безнапорный и удовлетворяет закону Дарси. Профильтовавшаяся через талую область вода отводится трубчатым дренажем, уложенным по поверхности основания низового клина перемычки.

Тепловые условия.Тепловой поток состоит из кондуктивной и конвективной составляющей с учетом фазовых превращений поровой влаги.

Теплофизические характеристики грунтовых материалов тела перемычки и берегового склона, принятые по данным работы, приведены в таблице.

Начальная температура берегового массива принята по результатам наблюдений в геотермических скважинах. Незначительный диапазон ее изменения в мерзлом грунте берегового склона позволил при моделировании в качестве начального поля принять температуру -3,5 градусов. Начальную температуру тела перемычки задавали исходя из условий ее возведения и выдерживания некоторого времени до принятия напора, в результате чего температура талого грунта составила 0,5 градусов, температура мерзлого слоя грунта гребня и низового откоса перемычки равна -0,1 градусов.

Температуру поверхности, контактирующей с наружным воздухом, принимали постоянной и равной среднегодовой температуре воздуха (-7,8).

Температуру воды принимали постоянной и равной среднегодовой температуре воды в реке (4,51).

Тепловые процессы моделировали на основе численного решения уравнений нестационарного теплообмена.

Распределение скоростей фильтрации определяли по пространственной гидродинамической сетке, образованной пересечением поверхности тока и живых сечений.

Расчеты выполняли на предлагаемый период эксплуатации перемычки 5 лет. Расчетная область аппроксимировалась 13702 узлами нерегулярной конечно-разностной сетки.

В результате моделирования выявлено следующее:

1.Под отепляющим воздействием воды происходит деградация мерзлоты берегового склона. Ее максимальная интенсивность проявляется в зоне конвективного теплопереноса, обусловленного фильтрацией воды.

2.За счет изменения размеров талой области происходит увеличение фильтрационного расхода. При этом отмечается перераспределение удельного фильтрационного расхода по оси плотины - в начальный момент времени максимальный удельный фильтрационный расход наблюдался на пикете 0+40; через пять лет эксплуатации перемычки наибольший удельный фильтрационный расход смещается на пикет 0+22.