авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

«ВНИИГ им. Б.Е. ВЕДЕНЕЕВА»

ИЗВЕСТИЯ ВНИИГ

имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

Издание основано в 1931 году

Том 257

Санкт-Петербург

2009

УДК 626/627 (06)

Редакционно-издательский совет: Т.С. Артюхина (отв. секретарь), Е.Н. Беллендир (председатель),

А.Г. Василевский, Ю.С. Васильев (зам. председателя), С.М. Гинзбург, В.Б. Глаговский (зам. председателя),

Т.В. Иванова, Д.А. Ивашинцов, В.И. Климович, В.С. Кузнецов, В.А. Прокофьев, С.В. Сольский, А.А.

Храпков.

В настоящем сборнике представлены статьи, освещающие вопросы надежности и безопасности гидротехнических сооружений различного назначения, входящих в состав гидроузлов, ТЭС, объектов нефтегазодобычи на морском шельфе и др., расположенных в различных регионах страны, в том числе отличающихся сложными природно-климатическими, инженерно-геологическими и сейсмическими особенностями.

Приведены результаты анализа русловых переформирований в нижнем бьефе Камской ГЭС с учетом проводимых в русле карьерных разработок.

Изложены результаты опыта эксплуатации и перспективы развития системы сейсмометрического контроля на Бурейской ГЭС.

Значительное место уделено анализу работы оснований по результатам проводимых изысканий и исследований применительно к различным этапам существования сооружений в частности, для, обоснования инвестиций в строительство Нижне-Тимптонской ГЭС и для определения деформаций плотины Вилюйской ГЭС 1-2.

Представлены результаты инженерно-геологических изысканий и лабораторных исследований глинистых грунтов для обоснования возможности строительства высотного здания в Санкт-Петербурге.

Сборник предназначен для специалистов, работающих в области строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений и их оснований, а также для студентов аспирантов и преподавателей, соответствующих специальностей.

The volume presents the papers on reliability and safety of different purpose hydroengineering structures being a part of hydrosystens, TPPs, offshore oil-and-gas development objects etc. in different regions of the country including the regions with complicated natural-climate, engineering-geological and seismic characteristics.

The analy6sis results of riverbed reshaping in the downstream of Kamsk HPP taking into account quarry developments are given.

The results of operation experience and evolution forecasts of the seismometric control system at Bureisk HPP are presented.

Great attention has been paid to the analysis of foundations operation on the base of the investigation results of different structure existence phases, particularly to substantiate the investments for Nizhne-Timptonsk HPP construction and to determine strains of Viluisk HPP 1-2.

Given are the results of engineering-geological investigations and laboratory studies of clay soils to substantiate the possibilities to construct a skyscraper in Saint-Petersburg.

The volume is intended for specialists in the field of construction and operation of hydroengineering structures and their foundations as well as for students, post graduates and teachers.

Академик Борис Евгеньевич Веденеев (К 125-летию со дня рождения) Б. Е. Веденеев - талантливый инженер-строитель, видный ученый, прекрасный воспитатель инженерно-технических кадров, крупный общественный и государственный деятель Б. Е. Веденеев родился 2 января 1885 г. в Тифлисе, в семье инженера путей сообщения. В 1902 г. после окончания 1-й Тифлиской гимназии Б. Е. Веденеев поступил в Петербургский институт путей сообщения В 1909 г. после окончания института Б. Е. Веденеев был направлен на один год для усовершенствования знаний в Германию в Дармштадский политехнический институт, где изучал гидротехническое строительство, в том числе строительство гидроэлектростанций. В 1910 г. Б. Е. Веденеев поступил на работу в Управление Владикавказской железной дороги в Тифлисе на должность инженера Технического отдела, но вскоре переехал в Москву и стал преподавать в техническом училище электротехнику и гидравлику. В 1912 г. он уехал на Дальний Восток на изыскания под строи тельство портов на побережье Японского моря. В 1914 г. Б.Е. Веденеев был назначен старшим производителем работ и заместителем начальника строительства по расширению Владивостокского порта. В январе 1916 г.

был переведен в Мурманск на строительство морского порта, а в начале 1918 г. Б. Е. Веденеев вернулся в Петроград и стал работать в Управлении торговых портов.

Осенью 1918 г. в Москве Б. Е. Веденеев поступил в Управление ир ригационных работ в Туркестане, а затем перешел в Управление водного хозяйства Московско-Нижегородского района на должность помощника начальника работ.

В 1920 г. начинаются работы по осуществлению плана ГОЭЛРО. На чальник и главный инженер Волховстроя Г. О. Графтио пригласил Б. Е. Ве денеева на должность заведующего гидротехническим отделением в Тех ническом отделе строительства и с этого времени он навсегда связал свою жизнь с гидроэнергетикой.

Б. Е.Веденеев активно помогал Г. О. Графтио в работах по проекти рованию основных сооружений гидроузла и составлению проекта строи тельных работ. Так как опыта такого строительства в стране не было, при ходилось преодолевать огромные трудности, практически все проблемы нужно было решать впервые. Прежде всего, пришлось провести геологиче ские и гидрологические изыскания. Был изучен режим фильтрации в осно вании сооружений, выявлен характер залегания и условия трещиноватости известняков в основании плотины и ГЭС, а также в бортах водохранилища.

С учетом изучения зарубежного опыта был разработан метод цементации трещиноватых скальных пород основания. Проведенные работы по цемен тации были первыми, осуществленными в СССР. Б. Е. Веденеев создал практически первые технические условия по цементации скальных основа ний. Организация всех строительных работ, включая бетонные работы, подбор составов бетона также потребовали больших усилий. После окон чания строительства ГЭС качество всех выполненных работ было признано отличным, в чем была огромная заслуга Б. Е. Веденеева.

В 1924 г. Г. О. Графтио назначил Б. Е. Веденеева начальником работ, что явилось признанием его выдающегося таланта инженера и организатора.

В 1926 г. сразу после завершения строительства Волховской ГЭС, Б. Е. Веденеев перешел на работу на Днепрострой на должность главного инженера строительства. Начальником был назначен А. В. Винтер, глав ным инженером проекта - проф. И. Г. Александров. Б. Е. Веденеев сразу же принял самое деятельное участие в создании окончательного проекта Днепровской ГЭС. Его заключение на предварительной стадии экспертизы проекта практически определило общую компоновку сооружения.

На Днепрострое Б. Е. Веденеев вновь проявил себя как выдающийся руководитель сложнейшего по тому времени комплекса работ. На тот мо мент Днепрогэс был самой большой гидроэлектростанцией в Европе.

Мощность ГЭС 560 тыс. кВт, высота и длина бетонной плотины составля ли 62 и 760 м соответственно. Объемы работ: бетон – 1,2 млн. м3;

земляные работы – 3,4 млн. м3;

скальные работы – 1,9 млн. м3;

металло-конструкции – 26,5 тыс. т.

Б. Е. Веденеев внес много технологических новинок, в частности впервые при строительстве плотины был применен метод “гребенки”, ко торый впоследствии стал классикой при строительстве бетонных плотин, когда в процессе возведения через них требовалось пропускать строитель ные расходы. Была разработана технология “лечения” тектонических тре щин в скальном основании плотины путем расчистки трещин на глубину до 11 м с последующей их заделкой бетоном, а также цементацией зоны вокруг трещины. Заслугой Б. Е. Веденеева являлась и организация техно логии укладки бетона и контроля его качества. На Днепрострое в 1930 г.

был поставлен мировой рекорд по укладке бетона – 518 тыс. м3 за сезон при суточной производительности 5270 м3. Впервые было проведено ис следование напряженного состояния бетона в плотине, осуществленное путем закладки в бетон телетензометров акустического типа (конструкции проф. Ю. А. Нилендера, ЦНИИП). Отличная организация строительных работ позволила завершить строительство ГЭС всего за пять лет и даже на четыре месяца раньше намеченного срока. В этом была большая заслуга Б. Е. Веденеева.

Б.Е. Веденеев среди проектировщиков ДнероГЭС (1 ряд, третий справа) В 1932 г. за успехи в строительстве Волховской и Днепровской ГЭС Г. О. Графтио, А. В. Винтер, Б. Е. Веденеев и автор проекта ДнепроГЭС И. Г. Александров были избраны действительными членами Академии на ук СССР.

В 1932 г. было принято решение Совнаркома СССР о строительстве трех крупных ГЭС на Волге и Каме. Для проектирования и строительства этих ГЭС был образован специальный трест «СредВолгострой», главным инженером которого стал Б. Е. Веденеев. Одновременно для проектирова ния схемы использования нижнего течения Волги был создан «НижнеВол гопроект», возглавляемый И. Г. Александровым, и Б. Е. Веденеев активно включился в обоснование проектов строительства ГЭС на Волге.

В 1934 г. «СредВолгострой» был реорганизован в «Главгидроэнерго строй», и Б. Е. Веденеева был назначен заместителем начальника и глав ным инженером. С этого времени начинается активное практическое ос воение гидроресурсов Волги и Камы, а также гидроресурсов в других ре гионах страны. Б. Е. Веденеев ведет титаническую работу, руководя про ектированием и строительством огромного числа объектов. Так, в 1934 г.

началось проектирование Камской ГЭС. В 1935 г. вышло постановление о строительстве Рыбинской и Угличской ГЭС и начались строительные ра боты. В 1936 г. проходила работа по пересмотру концепции Большой Вол ги. Началось строительство канала Москва - Волга и строительство Ивань ковской ГЭС. В этом же году завершилось строительство Нижне-Свирской ГЭС, где была решена уникальная задача строительства ГЭС на глинах. В связи с пуском Нижне-Свирской ГЭС нужно отметить, что еще в 1930 г.

именно Б. Е. Веденеев возглавлял экспертизу, одобрившую этот сложный проект, который затем был так успешно реализован с применением боль шого числа новых интереснейших технических решений.

Кроме ГЭС на Волге и Каме проектировали и строили гидроэлектро станции и в других республиках СССР: в Грузии – ГЭС на р. Риони и Храмская ГЭС-1;

в Армении – Севанская и Канакертская ГЭС. В течение второй пятилетки были введены в строй ГЭС общей мощностью 608 Мвт.

Это – Нивская ГЭС-2, Кадырьинская, Гизельдонская, У льбинская, Корсун ская, Баксанская, Верхнее-Варзобская и Нижнее-Туломская ГЭС.

В 1940 г. Б. Е. Веденеев был назначен Членом Совета по топливу и электрохозяйству СНК СССР, а в начале 1941 г. – Государственным совет ником при СНК СССР.

В июне 1941 г. началась Великая Отечественная Война. Страна всту пила в смертельную схватку с фашизмом. Для Б. Е. Веденеева, как и для всех в стране, это время стало самым трудным в жизни. Нужно было демонтировать агрегаты на ГЭС, которые попадали в зону оккупации (Волховская ГЭС, ДнепроГЭС, Нива-2 и др.). В связи с перебазированием промышленности на Восток нужно было немедленно в невероятно труд ных условиях начать создавать новые мощности. Так на Урале начали строить гидроэлектростанции общей мощностью 113 МВт. Это были Арга зинская, Алапаевская, Белорецкая, Верхотурская и Зюраткульская ГЭС. В Узбекистане – Тавакская ГЭС (2 ее агрегата были пущены уже в 1941 г.). В 1942 г. началось строительство четырех ГЭС на р. Боз-Су и Фархадская ГЭС на р. Сыр-Дарья. В Таджикистане – ГЭС на р. Варзоб. В Киргизии – ГЭС на Большом Чуйском канале. В Казахстане – ГЭС на р. Большая Ал маатинка.

Но, как только Красная Армия освобождала оккупированные терри тории, сразу же начиналось восстановление ГЭС. Волховская ГЭС уже в 1943 г. возобновила свою работу и по подводному кабелю давала электро энергию осажденному Ленинграду. На ГЭС Нива-2 монтаж агрегатов на чали уже в 1942 г., на Нижне-Свирской ГЭС – в 1944 г. В 1943 г. восстано вили Баксанскую и Гизельдонскую ГЭС. В 1945 г. была восстановлена ГЭС Раухиала под Выборгом.

Уже в 1944 г. в стране начинают строительство новых ГЭС: на се верном Кавказе – Майкопская, Орджоникидзиевская, Красноколянская;

в Азербайджане – Мингечаурская ГЭС;

в Армении – Гюмушская ГЭС. Ре шением всех этих проблем Б. Е. Веденеев был занят непрерывно. С 1942 по 1946 гг. он занимал должность заместителя наркома электростанций СССР, а с 1943 по 1945 гг. был заместителем члена Государственного Совета Обороны по ГЭС.

Сразу же после окончания Великой Отечественной Войны Б. Е. Ве денеев активно включился в процесс возведения новых гидроэлектростан ций. Уже в 1945 – 1946 гг. началось строительство Горьковской ГЭС (400 МВт), Нарвской ГЭС (126 МВт), Иркутской ГЭС (650 МВт), Новиси бирской ГЭС (400 МВт), Верхне-Свирской (160 МВт), Камской (504 МВт) и Каховской ГЭС (312 МВт). Уже в 1946 г. были введены в строй: Днеп ровская ГЭС (после восстановления), Храмская ГЭС-1, Фархадская ГЭС, Севанская ГЭС, Нива ГЭС-III, Сухумская ГЭС, Майкопская ГЭС и некото рые другие.

Б. Е. Веденеев всегда уделял большое внимание научной, педагоги ческой и общественной деятельности. После его избрания действительным членом Академии наук СССР при его участии была активизирована науч ная работа Академии в области технических дисциплин, была заложена основа образования отделения технических наук, которое и было фактиче ски организовано в 1934 г.

В энергетическом институте АН СССР под руководством Бориса Ев геньевича были рассмотрены проблемы реконструкции Волги, использова ния р. Иртыш, осуществлено составление водного кадастра СССР и разра ботан целый ряд других весьма актуальных для отечественной энергетики вопросов. По его инициативе при Президиуме Академии наук СССР была организована специальная комиссия по водному хозяйству, которая в 1939 г. была преобразована в секцию водохозяйственных проблем отделе ния технических наук Академии наук СССР.

Б. Е. Веденеев не ограничивался лишь организацией широких науч ных исследований и руководством ими, но и лично принимал в них актив ное участие. При экономическом анализе проектов он применял новый ме тод расчета стоимости гидростроительства с помощью так называемого удельного бетона. Им разработаны новые методы математической стати стики применительно к изучению гидрологических явлений и разработке теории регулирования речного стока и многое другое. Под его руковод ством издан целый ряд научных трудов.

Б. Е. Веденеев вел также большую педагогическую работу. В 1920 – 1922 гг. он преподавал на кафедре электротехники Петроградского инсти тута инженеров путей сообщения, в 1923 г. там же возглавил кафедру гид роэлектрических силовых установок. В том же году ему было присвоено звание профессора Петроградского института инженеров путей сообщения.

Б.Е. Веденеев опубликовал учебник по курсу «Гидросиловые электриче ские установки», который был переиздан в 1926 г.

По окончании строительства ДнепроГЭС Б.Е. Веденеев возобновил профессорскую деятельность в Московском инженерно-строительном ин ституте им. В. В. Куйбышева, где с 1936 г. возглавлял кафедру использова ния водной энергии.

Весьма обширна была и общественная деятельность Б. Е. Веденеева.

С 1931 по 1934 гг. он был избран депутатом Кичкасского райсовета на Днепрострое, с 1934 по 1935 гг. – депутатом Московского городского Со вета. С 1935 по 1937 гг. он был членом ЦИК СССР, а с 1937 г. – депутатом Верховного Совета СССР от Карело-Финской республики. В 1943 г.

Б. Е. Веденеев был назначен членом Чрезвычайной Государственной ко миссии по расследованию злодеяний немецко-фашистских захватчиков и причиненного ими ущерба.

Б. Е. Веденеев был прекрасным примером активного общественного деятеля. Он длительное время возглавлял научно-техническое общество гидравликов и гидротехников (Гидронито), а после его объединения с НТО энергетиков был заместителем, а в годы Великой Отечественной войны – председателем этого общества.

Б. Е. Веденеев обладал исключительными качествами инженера, ру ководителя, человека. Благодаря своей эрудиции и инженерному таланту Борис Евгеньевич всегда быстро ориентировался во всех рассматриваемых вопросах и принимал быстрые и всегда обоснованные решения.

Вручение Б.Е. Веденееву ордена Ленина За выдающиеся заслуги перед советской гидроэнергетикой Б. Е. Ве денеев был награжден тремя орденами Ленина и орденом Отечественной Войны 1-й степени. В 1943 г. ему была присуждена Государственная пре мия 1-й степени.

Умер Б. Е. Веденеев 26 сентября 1946 г.

27 сентября 1946 г. Постановлением Совета Министров СССР его имя было присвоено ведущему научно-исследовательскому институту страны по гидротехнике – ВНИИГ.

Коллектив института справедливо гордится тем, что институт уже года носит имя знаменитого гидроэнергетика.

От редакции ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Академик Борис Евгеньевич Веденеев (К 80-летию со дня рождения) // Гид ротехн. стр-во. 1965. № 4. С. 61-62.

2. Академик Борис Евгеньевич Веденеев (К 100-летию со дня рождения) // Гид ротехн. стр-во. 1985. № 1. С. 40-42.

3. Академик Борис Евгеньевич Веденеев (1885-1946). Перечень трудов и литера туры о жизни и деятельности / ВНИИ гидротехники им. Б.Е.Веденеева. ОПНТИ. НТБ.

Л.,1970. 33с.

4. Академик Б.Е. Веденеев // Известия Академии наук СССР. Отд-ние техн. наук.

– 1946. № 10. С. 1953-1954.

5. Академики – депутаты Верховного Совета СССР. Борис Евгеньевич Веденеев // Вестник Академии наук СССР. 1937. № 12. С. 65-70.

6. Академики А. В. Винтер и Б. Е. Веденеев осматривают первую голову шлюза мая 1933г. // Хроника Днепростроя. 1933. № 33-34. м.21.

7. Александров Б. К. Проектирование гидроэлектростанций. (Схема использования р. Волги). М.-Л.: Госэнергоиздат 1955. 63с. (Очерки по истории энергетической техники.

СССР).

8. Адамович А.Н., Складнев М.Ф. Академик Борис Евгеньевич Веденеев. Жизнь и деятельность. М.: Энергия. 1976. 79с.

9. Альтшуль А. Д. Выдающиеся русские гидротехники (краткие сведения о жизни и деятельности). Борис Евгеньевич Веденеев(1885-1946) // Русские гидротехники: рек. указ.

лит. М.: 1951. С. 106-110.

10.Берсенев Г. А., Громов Ю. П. Огни седого Волхова. Л.: Лениздат, 1967. 190 с.

(О Б.Е. Веденееве см. с. 99).

11.Борис Евгеньевич Веденеев (К 90-летию со дня рождения) // Гидротехн. стр во. 1975. № 8. С. 53-55.

12.Борис Евгеньевич Веденеев. К 80-летию со дня рождения // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1965..77. С. 5-8.

13. Саваренский Ф. П. К 60-летию академика Б.Е.Веденеева // Вестник АН СССР.

1945- № 4. С.85-87.

УДК 626/627.001. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗМЫВАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ПОТОКА НА МОНОЛИТНЫЕ ОБРАЗЦЫ СКАЛЬНЫХ И ПОЛУСКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ Ги. Берто1, А.Б. Векслер2, В.М. Доненберг3, А.В.Лаломов Оценка размываемости консолидированных грунтов является важной практической задачей при проектировании, строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений. Она представляет также существенный ин терес в области седиментологии для реконструкции гидродинамических обстановок палеобассейнов.

Анализ существующих методов оценки начала размыва консолиди рованных грунтов движущимся по его поверхности водным потоком пока зывает, что имеющиеся разработки дают достаточно полное представление об условиях, при которых начинается размыв несвязных (песчаных, гра вийно-галечниковых) и связных (глина, супесь, суглинок) консолидиро ванных грунтов под воздействием потока, скорости которого не превосхо дят 2,5 – 3,5 м/с [1 – 3].

Данные о взаимодействии потока со скальными и полускальными грунтами ограничены теоретическим рассмотрением влияния размеров по родных блоков и системы расположения трещин, рассекающих скальный массив, на значение скорости, при которой начинается размыв русла [4].

Экспериментальное подтверждение полученных результатов представлено отрывочными данными случайных натурных наблюдений, носящих весьма приближенный характер, поскольку неизвестно, при каких именно гидрав лических условиях, то есть при каких скоростях и глубинах потока проис ходил размыв [5-7], а расчетные рекомендации [1] носят условный харак тер и ориентированы на среднестатистический размер породных блоков скальных грунтов. Также нет возможности судить о том, при каких усло виях происходили разрушения скального русла и образование воронки размыва в нижних бьефах водосбросных сооружений высоконапорных плотин, поскольку исследователю известен только конечный результат – очертания и глубина воронки после того, как воздействие потока уже пре кратилось [8,9]. Кроме того, специфические условия размыва русла па Почетный член междунар. ассоц. седиментологов (Guy Berthalt, Honorary member of International Association of Sedimentologysts) Tel.: 33-1-309-98-384, E-mail:berthault.guy@orange.fr 78250, France, 28 Boulevard Thiers, Meulan Ведущий научн. сотр.

Тел.: (812) 535-29-47, E-mail: aveksler@hydro.vniig.ru Старший научн. сотр.

Тел.: (812) 535-88-71, E-mail: donenberg@hydro.vniig.ru ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», 195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская, д. Старший научн. сотр., канд. геол.-мин. наук Тел.: (499) 230-84-27, E-mail: lalomov@mail.ru ИГЕМ Р АН 119017, Москва, Старомонетный пер., дающей струей существенно отличаются от условий размыва грунта вод ной массой, перемещающейся по его поверхности.

Авторами настоящей статьи предпринята попытка эксперименталь ного определения размываемости некоторых видов полускальных и скаль ных пород под воздействием высокоскоростного потока, перемещающего ся по их поверхности.

Исследования выполнялись на замкнутой циркуляционной напорной гидравлической установке, в которой был организован рабочий участок с прямоугольным поперечным сечением 295 см2, в пределах которого могла быть получена средняя скорость течения до 27 м/с.

У становка представляет собой замкнутую гидравлическую систему (рис.1), включающую насосный агрегат 1 мощностью 200 кВт (1Д1250 63б), напорный трубопровод с регулирующей задвижкой 2, снабженной электроприводом, подводящий трубопровод 3, передний переходный уча сток 4 (конфузор), рабочий участок 5, задний переходный участок 6 (диф фузор), отводящий трубопровод 7, трубопровод слива воды из системы 8, подвод воды для заполнения системы 9, датчик измерения и контроля рас хода воды 10.

Рис. 1. Схема установки для исследования интенсивности размыва грунтов Горизонтальные размеры даны в миллиметрах;

вертикальные (отметки) – в метрах Для снятия вакуума на диффузорном переходном участке 6 установ лено компенсационное устройство 11, стояк которого используется также для слива 13 воды, дополнительно закачиваемой в установку насосом 12 с целью охлаждения циркулирующего в ней потока.

Рабочий участок 5 представляет собой трубу прямоугольного сече ния шириной 290 мм и высотой 50 мм в свету. В дне средней части рабоче го участка (рис. 2) сделан симметричный прямоугольный вырез длиной 240 мм и шириной 200 мм, под которым расположена кассета для разме щения контейнера с исследуемым образцом грунта.

Рис. 2. Рабочий участок установки:

1 – камера рабочего участка;

2 - контейнер;

3 – исследуемый образец;

4 – смотровое окно;

5 – подъемная пластина;

6 – центровочные втулки (4 шт.);

7 – прижимные винты (4 шт.);

8 – контргайки (4 шт.). Размеры даны в мм Поверхность исследуемого образца выставлялась заподлицо с дном.

Площадь образца, подвергаемая размывающему воздействию потока, была таким образом, равна площади выреза в дне рабочего участка F = 0,240,2 = 0,048 м2. Для наблюдения за процессом размыва грунта в потолок трубы было вмонтировано смотровое стекло, нижняя поверхность которого расположена заподлицо с потолком трубы рабочего участка.* При проведении опытов расход воды в замкнутой гидравлической системе измерялся портативным ультразвуковым расходомером -счетчиком «ВЗЛЕТ ПР». По известному расходу воды и площади поперечного сече ния рабочего участка определялась средняя скорость потока, воздейст вующего на образец.

Грунты для исследований отбирались на берегах и склонах долины р. Тосна (Ленинградская область). Всего было отобрано 5 отдельностей: отдельности песчаника, 2 отдельности известняка и 1 отдельность доломи та, из которых были изготовлены образцы, соответствующие размерам ка меры рабочего участка установки.

В разработке проекта экспериментальной установки, ее монтаже и наладке актив * ное участие принимал зам. заведующего лабораторией гидравлики ОАО «ВНИИГ им.

Б.Е.Веденеева» канд. техн. наук А.А.Исаев, которому авторы выражают свою глубокую признательность.

Основные физико-механические характеристики грунтов* приведе ны в табл.1. В соответствии с классификацией ГОСТ 25.100-95 [10] все отобранные образцы относятся к скальному типу;

по классификации В.А.Ломтадзе [11], предлагаемой в учебниках для вузов, песчаники (образ цы 1 и 4) являются полускальными грунтами, а известняки (образцы 2, 3) и доломиты (образец 5) должны быть отнесены к скальным породам.

Наибольшей прочностью на сжатие обладает образец № 5 – доломит известковистый, нетрещиноватый (у него также наибольшая минеральная плотность, наименьшая пористость и наибольшая плотность породы).

Наименее прочным является образец № 4 – песчаник глауконитовый, вы ветрелый, коричневый. Образец № 1 – песчаник оболовый, трещиноватый, светло-серый, за исключением трещиноватости, лишь немного отличается по характеристикам пористости от образца № 3 – известняка доломитизи рованного, розовато-серого, с редкими крупными порами, но при этом втрое слабее его по прочности на сжатие. Образец № 2 – известняк доло митизированный, розовато-серый по своим прочностным характеристикам занимает промежуточное положение между образцами № 3 и № 5.

Размываемость образцов под воздействием потока оценивалась визу ально и определялась инструментально весовым способом как разность их масс до и после опыта.

В работе использовались два метода взвешивания:

взвешивание насыщенного водой образца – метод “мокрого” взвеши вания;

взвешивание образца, высушенного до стабилизации его массы либо в условиях воздушно-сухого состояния (при комнатной температуре и влажности), либо в электрическом сушильном шкафу (СЭШ) – метод “су хого” взвешивания.

При использовании метода ”мокрого” взвешивания образец предва рительно замачивался в емкости с водой (если перед опытом он находился в воздушно-сухом состоянии) и помещался в контейнер.

Взвешивание осуществлялось на лабораторных электронных весах “Shinko AJ-12KCE” (Япония) с ценой деления 100 мг.

В опытах 1 – 16 наряду с методом “мокрого” взвешивания использо вался и метод “сухого” взвешивания образцов, доведенных до стабилизи рованного воздушно-сухого состояния: образца 2 – после опыта 2, образца 5 – после опыта 4, образца 3 – после опытов 6, 13, 14, 15, образца 1 – после опыта 8 и образца 4 – после опытов12 и 16.

Начиная с опыта 18, использовался только метод “сухого” взвешива ния с высушиванием образцов в СЭШ. Поначалу предпочтение было отда но методу “мокрого” взвешивания (опыты 1 – 16). При этом предполага лось, что образец, предварительно замоченный в течение 1,5 – 3,0 сут при давлении близком к атмосферному p » pа, полностью насыщается водой и его водонасыщение не изменяется в процессе проведения опыта.

* Авторы выражают свою искреннюю благодарность сотрудникам лаборатории ин женерной геологии и геокриологии ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева»: гл. научному со труднику доктору геол.-минер. наук О.К.Воронкову и ст. научному сотруднику Г.А.Мо, торину за работу по описанию и определению характеристик исследованных грунтов.

Однако уже первые опыты опровергли это предположение: вне зави симости от того, происходил или не происходил размыв, масса образцов после опыта увеличивалась за счет их дополнительного водонасыщения под давлением p, существенно большим атмосферного p а, и составлявшим в камере рабочего участка установки около 3 атм. Это обстоятельство пре допределило необходимость проведения дополнительного исследования, целью которого было определение зависимостей от времени интенсивно сти водонасыщения образцов под давлением и интенсивности их водоот дачи после опыта. Полученные результаты позволили разработать специ альную расчетную схему, позволявшую привести потери массы образцов, полученные методом “мокрого” взвешивания, к потере массы “сухого” об разца. Погрешность определения изменения массы образца методом “мок рого” взвешивания составляла ±5,0 г.

При определении степени размываемости образцов методом “сухо го” взвешивания учитывалась зависимость массы образца от температуры его нагрева в СЭШ. Обычно нагрев образца в СЭШ осуществлялся до 68 – 76°С, изредка до 80 – 90°С. Оставленный в остывшем СЭШ на ночь образец увеличивал свою массу за счет впитывания атмосферной влаги, проникавшей в СЭШ через отверстие для термометра. Разность масс остывшего и нагретого образца составляла, как правило, 1,5 – 2,0 г.

При определении потери массы образца в проведенном опыте учиты вались обе оценки: по нагретому и по остывшему образцу. Погрешность "сухого" взвешивания обусловлена ценой деления используемых весов = 0,1 г.

Сведения об основных характеристиках опытов, условиях их прове дения и полученных результатах представлены в табл. 2. В эту таблицу не внесены данные 2-х опытов: 16-го и 17-го. В первом из них (опыте 16) в процессе прерывания исследования для промежуточных взвешиваний об разца 4 дважды не удавалось установить при запуске установки нужную скорость потока 4,4 м/с, в результате чего из-за превышения в течение 10 – 20 с этой скорости в 2 – 3 раза были получены искаженные результа ты, которые не могли быть использованы в дальнейшем анализе. Опыт 17, проводившийся с образцом 3, носил демонстрационный характер и не со провождался необходимыми измерениями массы образца и скорости потока.

В графе 2 табл. 2, помимо номера образцов буквами А и Б обозначе ны их плоскости, обращенные при проведении опыта кверху и подвергав шиеся воздействию потока. Кроме того, в некоторых опытах с образцом (песчаник) индексом «к» указывается, что они проводились с образцом, склеенным плитонитом, после того, как при извлечении образца для про межуточного взвешивания в процессе опыта 9 он раскололся. Произошед шее при склейке изменение массы образца учитывалось при обработке ре зультатов опытов. Следует отметить, что образец 1 (тоже песчаник) под вергался исследованиям во всех опытах только в склеенном состоянии.

Изменение массы образца 3 (доломитизированный известняк), ни в одном опыте не подвергшегося размыву, в процессе исследований проис ходило трижды:

при извлечении образца из камеры рабочего участка установки после опыта 6 от него откололся осколок массой 17,6 г;

поэтому начальные масса и объем этого образца в опыте 13 соответственно уменьшились по сравне нию с их значениями в опытах 5 и 6;

перед опытом 14 на поверхности Б образца 3 была создана искусст венная шероховатость путем сверления лунок диаметром 8 - 10 мм и глу биной 4 - 6 мм, равномерно распределенных по всей поверхности Б и от стоящих друг от друга на 30 - 40 мм;

при этом начальные масса и объем образца 3 в опытах 14 и 15 уменьшились по сравнению с их значениями в опыте 13;

перед опытами 26 и 27 пришлось осуществить вынужденное измене ние массы и объема образца 3 за счет подрезки его основания со стороны А под углом около 2,5о для подъема под этим углом вдоль потока стороны Б.

Таблица Основные характеристики образцов, условия проведения и результаты опытов Масса Оценка потери образца, массы сухого № образ- Началь- Дли- Интенсив высушен- Ско- образца ца;

по- ная мас- тель- ность ного по- рость № (при t° =18°С) опыта верхность са сухого потока ность размыва сле опыта инстру- I =DG/(T F), (сторона) образца до стаби- V, м/с опыта визу- г/(чм2) G0, г Т, ч менталь лизации альная ная DG, г G, г 4 1 2 3 5 6 7 - 1 25,9 13,2 2;

А 6759,8 нет 2 6760,0 25,9 9,3 0 3 - 25,8 8,2 5;

А 6571,3 нет 4 6570,8 25,6 7,3 0 - 5 26,0 8,0 3;

А 6631,2 нет 6 6631,2 25,9 10,0 0 7 1;

А 6322,9 - 25,8 13,5 есть (1,8) 2, 8 1;

Б - 6318,2 25,8 21,7 нет (2,3) 2, 9 4802,8 22,5 10,5 (108,4) 215, - 10 17,3 15,0 (19,0) 26, 4;

А есть - 11 10,9 16,0 (20,7) 26, 12 4650,0 7,8 17,5 (4,7) 5, 13 3;

Б 6613,6 6613,8 25,7 9,0 нет 0 14 3с;

А 6589,6 6589,5 25,9 5,7 0 нет 15 3с;

Б 6589,6 6589,5 26,0 17,3 0 18 4к;

А 4674,5 4673,0 5,5 18,0 нет 1,5 1, 19 1;

Б 6371,2 6315,1 25,9 18,0 нет 2,1 2, 20 4к;

А 4673,0 4671,5 13,2 18,0 нет 1,5 1, 21 1;

А 6315,1 6313,1 25,9 16,0 нет 2,0 2, 22 4к;

А 4671,5 4669,0 19,6 18,0 есть 2,5 2, 23 1;

А 6313,1 6311,2 23,8 18,0 есть 1,9 2, 24 4к;

А 4669,0 4668,0 8,4 18,0 нет 1,0 1, 25 1;

А 6311,2 6309,9 19,2 18,0 нет 1,3 1, 20,1 26 3с;

Б 5897,8 5891,2 18,0 нет 6,6 7, 25, 20,1 27 3с;

Б 5890,9 5891,2 18,0 нет 0 25, Примечание: В графе 8 в скобках указаны значения DG, полученные косвенным пу тем – пересчетом результатов “мокрого” взвешивания (опыты 9 – 12) и пропорциональным делением (опыты 7, 8).

Создание искусственной шероховатости (лунок) на поверхности Б и подъем низового края этой поверхности (для создания ускорения течения) производились чтобы как-то спровоцировать размыв известняка. Однако ни в том, ни в другом случае образец не размывался. Полученная по ре зультатам “сухого” взвешивания потеря массы DG = 6,6 г в опыте 26 не подтверждалась тщательным осмотром образца, не показавшим никаких признаков размыва. Дополнительный опыт 27, в котором были в точности повторены условия опыта 26, позволил утвердиться в ошибочности инст рументальной оценки результата опыта 26. Возможной причиной этой ошибки предположительно является то, что перед проведением опыта образец не был высушен до стабилизации его массы, и взвешивание пока зало завышенное ее значение. Существенную роль в определении массы “сухого” образца грунта могла играть влажность воздуха в лабораторном помещении, в котором происходили высушивание образца после проведе ния опыта и его остывание после извлечения из СЭШ, когда содержание влаги в “сухом” образце приходило в соответствие с влажностью окру жающей воздушной среды.

Это обстоятельство может оказывать ощутимое влияние на точность определения потери массы “сухого” образца – показателя, приведенного в графе 8 табл. 2. Конкретно это видно на анализе результатов опытов, про веденных с образцами 2 и 3 (доломитизированные известняки) и образцом 5 (известковистый доломит). Во всех проведенных с ними опытах эти грунты, как показал их визуальный осмотр (в том числе, сличение фото снимков), проявили устойчивость к размыву, то есть изменения их массы в процессе опыта не происходило. В то же время по результатам взвешива ний до и после опытов 1, 2, 13 и 27 было зафиксировано приращение их массы (до 0,3 г). Единственной причиной этого являлось увеличение со держания в образцах влаги, поскольку масса грунтовой их составляющей в процессе опыта не могла возрасти ни при каких обстоятельствах.

В опытах 3, 4, 14 и 15 результаты взвешивания до и после опытов показали уменьшение на 0,5 г массы образца известняковых доломитов и на 0,1 г доломитизированных известняков. Однако визуальный осмотр об разцов после опытов дает основание считать, что и в этом случае измене ние массы образцов отражает лишь изменение их влажности. Исходя из этих соображений, в графу 8 табл. 2 для опытов 1 - 4, 13 - 15 и 27 внесено округленное значение DG = 0 г.

Значительно сложнее обстоит дело с интерпретацией результатов взвешивания образцов песчаника 1 и 4, подвергавшихся размыву. Структу ра этого грунта не всегда позволяла на основании визуального осмотра об разца уверенно судить о том, произошел размыв или нет. Еще неопреде леннее становилось влияние влажности на массу “сухого” образца. Поэто му было решено в полученные по результатам взвешивания значения DG не вводить поправок на различные влажности, отдавая себе отчет в том, что при графической обработке данных проведенных опытов этот фактор будет обусловливать усиленный разброс точек и затруднять построение аппроксимирующих их зависимостей. Так в опытах 19 и 21 с высушивани ем образца 1 в СЭШ до и после каждого опыта потери массы с обеих сто рон образца оказались практически одинаковыми: 2,1 г со стороны Б (опыт 19) и 2,0 г со стороны А (опыт 21). При этом по визуальной оценке в обоих опытах размыв не просматривался. Это обстоятельство было учтено при обработке результатов опытов 7 и 8, проводившихся практически при тех же скоростях и с тем же образцом 1. Суммарная потеря массы образца в этих опытах составила 4,7 г. По визуальной оценке она была целиком отнесена на счет размыва стороны А и смыва тонкого ( 0,5 мм) слоя пли тонитовой склейки. При плотности плитонита rпл = 15 г/см3 и площади смытого пятна F 7,5 см3 (по результатам его обмера) масса смытого пли тонита была принята равной DG 0,6 г, а потеря “сухой” массы образца в этих опытах DG 4,1 г. Основываясь на результатах опытов 19 и 21, ис полнители сочли возможным разделить это значение пропорционально времени воздействия потока на обращенную к нему сторону образца и принять: в опыте 7 DG = 1,8 г, в опыте 8 DG = 2,3 г – с небольшим преоб ладанием интенсивности размыва в опыте 7, в котором он был визуально обнаружен. В графе 8 табл. 2 принятые значения DG указаны в скобках.

По результатам измерений потери массы определена интенсивность I=DG/(T F) размыва образца, то есть количество смытого потоком материа ла DG (г) с единицы площади F (м2) его поверхности за единицу времени T (ч). Результаты измерений потери массы во всех опытах, проведенных с образцом 1, нанесены на график I = f(V) (рис. 3), позволивший определить для этого образца значение неразмывающей скорости Vн 11,0 м/с.

I, г/(чм2) 3 5 10 15 20 25 V, м/с Рис. 3. Зависимость интенсивности размыва оболового песчаника (образец 1) от скорости течения воды (Точки с числами – результаты опытов и их номера) Визуальные наблюдения показали, что со стороны А образца 1 раз мыву подвергались небольшие вкрапления светлого песчаника (по-ви димому, менее прочного, чем основная порода). Общая площадь вкрапле ний составляет около 7 - 10% от площади поверхности А. Размыв этих вкраплений становится особенно заметным, когда образовавшееся углуб ление окаймляется почти вертикальными краями.

Заметить изменение рельефа поверхности образцов песчаника за один опыт оказалось возможным только в редких случаях. Как правило, обнаружить размыв удавалось после нескольких опытов с образцом, обра щенным к потоку одной и той же стороной.

Так, при достаточно большой потере массы в серии опытов 9 - 12 с образцом 4 визуальное впечатление размыва поверхности А образца 4 воз никло через 3 часа опыта 9 и, несмотря на то, что еще через 2 часа образец раскололся, уверенно подтвердить это наблюдение фотофиксацией удалось лишь к концу опыта 10, то есть через 25 часов. В этой серии опытов изме рение потери массы “сухим” взвешиванием было произведено только по сле проведения последнего опыта 12. Было установлено, что масса образца в результате уменьшилась на 152,8 г. Для того, чтобы установить какая до ля этого итога относится к каждому из входивших в серию опытов, были использованы результаты “мокрого” взвешивания, производившегося пе ред началом и после окончания опыта. При этом учитывались закономер ности, описывающие изменение во времени водонасыщения “сухого” об разца грунта, помещенного в водную среду, и водоотдачи образца, извле ченного из воды и помещенного в естественную воздушную среду лабора торного помещения. Такие закономерности были установлены, как упоми налось ранее, на основании обработки результатов многократных взвеши ваний образца в процессе подготовки к опытам. В итоге были получены данные, характеризующие потерю массы “сухого” образца DG в каждом из входивших в серию опытов. В табл. 2 они указаны в скобках. Наибольшая потеря массы произошла в опыте 9 при скорости течения 25,8 м/с. В этом же опыте образец раскололся. В последующих опытах, проводившихся с расколотым образцом, скорость постепенно уменьшалась;

уменьшалась и потеря массы образца: в опытах 10 и 11 она уменьшилась примерно в 5 раз, а в опыте 12 – более чем в 20 раз по сравнению с опытом 9.

Такое соотношение интенсивностей потери массы образца 4 в опы тах 9 – 12, помимо уменьшения скорости, может быть объяснено следую щими факторами.

1. Отдельность песчаника, из которой был изготовлен образец 4, в природных условиях была подвержена атмосферному воздействию, кото рое наибольшим образом сказывалось на менее прочных поверхностных слоях этой высокопористой породы, еще больше ослабляя их прочность.

2. Подрезка образца под размеры контейнера и окна в дне установки тоже не могла не ослабить прочность поверхностных слоев образца, но при этом какая-то часть слоев, ослабленных атмосферным воздействием, была срезана.

3. В опыте 9 образец 4 впервые подвергся воздействию потока, при чем сразу же наибольшей скоростью.

4. После того, как в середине опыта 9 образец 4 раскололся, в трещи не раскола образовалось много мелких осколков, зажатых краями трещи ны. Часть осколков была сразу же вынесена потоком, другая часть прова лилась на дно контейнера. По мере вымыва из трещины самых мелких час тиц более свободными становились осколки размером крупнее вымытых, которые тоже постепенно смывались потоком. Срыв осколков мог проис ходить в любом из опытов случайным образом, поскольку при извлечении контейнера из установки для взвешивания образца трещина освобождалась от стеснения, и осколки могли перегруппировываться.

Совокупностью этих факторов объясняются и высокая интенсив ность размыва рыхлого поверхностного слоя образца 4, и ослабление ин тенсивности размыва по мере того, как этот слой смывался, а на его месте оказывался более спрессованный слой породы, и случайный срыв оскол ков, зажатых в трещине, в опыте с меньшей скоростью потока. При этом общая зависимость потери массы образца от скорости потока характеризу ет падение интенсивности размыва с уменьшением скорости течения.

Результаты всех опытов, проведенных с образцами песчаника 4 и 4к, представлены на рис.4. Точки на графике I = f ( V ) разделились на две группы:

точки опытов 9 – 12 и опыта 18, хорошо вписавшегося в эту группу с повышенной интенсивностью размыва и потери массы образца, объяс няющейся совокупностью упомянутых факторов;

точки опытов 20, 22, 24 с интенсивностью размыва во много раз меньшей.

В поле каждой из этих групп точек проведены свои кривые I = f ( V ), верхняя из которых иллюстрирует главным образом размыв менее прочно го поверхностного слоя и вынос осколков, а нижняя – размыв более проч ного монолита образца 4. Значительный разброс точек, по которым прове дена верхняя кривая, является следствием случайного процесса выноса ос колков.

а) I, г/(чм2) 0 Vп 5 10 15 20 V, м/с б) I, г/(чм2) 0 Vп 5 10 15 V, м/с Рис. 4. Зависимость интенсивности размыва глауконитовогопесчаника (образец 4) от скорости течения воды:

а – результаты всех опытов;

б – нижняя часть графика.

(Точки с числами – результаты опытов и их номера) До построения графиков рис.4 опыт 18 (с образцом 4к) был автома тически отнесен ко второй группе опытов, и было сделано предположение, что отклонение результата опыта 18 от точек этой группы опытов отражает различие в пределах стабилизации массы образца при разных режимах его высушивания: до опыта – воздушное высушивание, после опыта – высу шивание в СЭШ. Выполненная проверка этого предположения не подтвер дила его: замоченный после высушивания в СЭШ по окончании опыта образец был высушен на воздухе, и значение его “воздушно-сухой” массы практически повторило массу после высушивания в СЭШ.

После того, как были построены графики рис.4, стало понятно, что в опыте 18 проявился и закончился процесс смыва с поверхности А образца 4 (точнее, уже 4к) менее прочного слоя, и этот опыт должен быть отнесен к 1-ой группе опытов.

Кривые I = f ( V ) обеих групп опытов на рис.4 сходятся к одной точке V 4,5 м/с при DG/(Т F ) = 0. Эта средняя скорость потока является “нераз мывающей” Vн для песчаника образца 4. Она характеризует уравновеши вание силового воздействия потока на прочные слои песчаника силами со противления этих слоев.

Выводы На основании обобщения полученных в опытах результатов установ лено следующее.

1. Известняки (образцы 2 и 3) и доломит (образец 5) не размываются водным потоком, перемещающимся по их поверхности со средней скоро стью, доходящей до 26 м/с;

с учетом того, что колебания расхода воды в процессе опытов достигало ±5% от среднего значения, можно утверждать, что исследованные грунты не подвергаются размыву при скоростях тече ния до 27,5 м/с.

Общая длительность воздействия потока на обращенную к нему по верхность образцов составляла: 22,5 ч – для образца 2 в серии опытов 1-2;

18 ч – для образца 3 в сериях опытов 5–6 и 13–15;

36 ч в серии опытов 26 – 27;

15,5 ч – для образца 5 в серии опытов 3 – 4.

Создание искусственных неровностей в виде лунок на поверхности самого слабого по всем показателям (плотность, пористость, прочность на сжатие, водопоглощение) скального образца 3 и придание ему обратного уклона для ускорения потока не привело к усилению его воздействия на грунт, который и в этих условиях оставался устойчивым к размыву.

2. Песчаники могут подвергаться размыву даже при сравнительно малых значениях скорости воздействующего на них потока. В зависимости от механических показателей породы неразмывающая скорость может ме няться в достаточно широком диапазоне. Исследованные в работе образцы характеризуются неразмывающими скоростями, составляющими для обо лового трещиноватого песчаника около 4,5 м/с, а для выветрелого глауко нитового песчаника – около 11,0 м/с.

Как показали исследования, размыв песчаника существенно зависит от степени их выветрелости: сначала интенсивно размываются ослаблен ные менее прочные участки поверхностных слоев породы;

по мере того, как на поверхности оказываются более прочные слои породы, интенсив ность размыва при той же скорости потока постепенно затухает.

3. Относительно высокая прочность материала скалы в монолите по сравнению со сцеплением между ее отдельностями и прочностью заполни теля трещин является причиной того, что размыв природных скальных массивов, подверженных воздействию высокоскоростным потоком, проис ходит при скоростях, достаточных для нарушения связи между отдельно стями (породными блоками) и существенно меньших, чем скорости, при которых могло бы происходить “размывание” скального монолита [12-14].

Исследования размывающего воздействия высокоскоростного потока на монолитные образцы известняков и доломита, не являющихся особо проч ными скальными породами, явились дополнительным подтверждением блочного механизма размыва скалы.

СПИСОК ЛИТЕР АТУРЫ 1. Рекомендации по прогнозу трансформации русла в нижних бьефа гидроузлов.

СО 34.21.204-2005 / Р АО «ЕЭС России». СПб.: Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева».

2006.

2. Мирцхулава Ц.Е. Основы физики и механика эрозии русел. Л.: Гидрометеоиздат.

1988.

3. Parteniades E. Erosion and deposition of cohesive materials // River Mechanics. v.2.

Edited and published by prof. H.W.Shen. Ch.25, p.91. Fort Collins, CO. USA. 4. Ахмедов Т.Х. Размыв скального русла. Алма-Ата: Изд-во «Наука» КазССР. 1982.

5. Вовкушевский В.И. Причины и формы повреждений сооружений Большого Ка рагандинского водохранилища // Гидротехническое строительство. 1947. №6. С.16-19.

6. Токарев И.И. Опыт строительства плотины на выветренных скальных грунтах // Гидротехническое строительство. 1952. №10. С.18-21.

7. Хапаева А.К. Модельные исследования размывов русла в нижнем бьефе гидроуз ла и сопоставление их с данными натурных наблюдений // Труды ВАСХНИЛ «Работы ниж них бьефов гидротехнических сооружений М.: Колос. 1969. С. 146-154.

».

8. Ribeiro A.A., da Cunha L.V., da Silva D.P., Lemon F.O. Erosion in concrete and rock due to spillway discharges // Ninth International Congress on Large dams. R.19. vol.II. Istan boul. 9. Riquois M., Praff, Savey et d’autres. Problemes poses par l’exploitation et l’entretien des organs d’evacuation des barrages // Neuvieme Congres International des Grands Barrages.

R.28. V ol.II. Istanbul. 10. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. М.: Изд-во стандартов. 1996.

11. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Л.: Недра. 1984.

12. Рубинштейн Г. Л. Лабораторные исследования местного разрушения скалы в нижних бьефах высоких водосливных плотин // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Вып. VII. М.-Л.: Госэнергоиздат 1963. С. 375-394.

.

13. Швайнштейн А.М. Водосбросы зарубежных гидроузлов с высокими бетонными плотинами. Л.: Энергия. 1973.

14.Гуреев А.М. Об инженерно-геологической характеристике скального основания при оценке его устойчивости в отношении размыва высокоскоростным потоком // Труды координационных совещаний по гидротехнике. Вып. 52. Л.: «Энергия». 1969. С. 552-565.

Таблица Физические и физико–механические свойства горных пород (нижний ордовик O1 палеозоя Pz;

отобраны из обнажений на берегу р. Тосна, Ленинградская область) Мине Открытая Скорость Динами раль- Скорость Коэффициент Динамичес Водопог- Коэффициент №№ Плот- Общая (сообщаю- продоль- Прочность ческий ная (ис- продоль- анизотропии кий коэффи лощение размокания об- ность порис- щаяся) ной на сжатие модуль Порода тинная) ной вол- циент Ка = W, доли КР= ( Rcж ) вод раз- породы тость порис- волны по оси Z, упругос плотность ны VP(Z), V Пуассона P ( XY ) VP ( Z ) ца, г/см n, % тость VP(XY), Rсж, МПа ти ЕД(Z),, единицы ( Rcж ) сух породы м/с Д nоткр.


, % м/с МПа, г/см 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Песчаник оболовый, 3130 3310 0,95 трещиноватый, светло- (4810) (3910) (1,23) (13) 2, серый 1 2,65 7,2 4,0 0,15 0,016 0, (2,50) То же, на локальных 4470 5100 0,88 участках без трещин (5030) (4690) (1,07) (39) Известняк доломити 2,63 5260 5070 1,04 2 зированный, розова- 2,75 4,4 4,0 0,24 27700 0,015 0, (2,67) (5020) (4950) (1,01) (45) то-серый Известняк доломити зированный, с редки- 2,49 5380 5170 1,04 3 2,73 8,8 6,0 0,24 27300 0,024 0, ми крупными порами, (2,55) (5450) (4950) (1,10) (39) розовато-серый Песчаник глаукон и 2,23 2920 2650 1,10 4 товый, выветрелый, 2,65 15,9 5,0 0,20 6800 0,023 0, (2,28) (2980) (2800) (1,06) (7) коричневый Доломит известкови- 2,81 6110 4730 1,29 5 2,88 2,5 2,0 0,26 25000 0,007 0, стый, нетрещиноватый (2,83) (6240) (4950) (1,26) (67) Примечания: 1.VP(XY) – скорость продольной волны вдоль длинных граней образца (в горизонтальной плоскости);

VP(Z) – то же вдоль короткойграни (в верти кальной плоскости);

2. Графы 3, 11 заполнены по данным справочников для образцов-аналогов;

графа 10 – по корреляционной связи Rсж = f ( VP), графа 14 – по корреляционной связи KP = f ( n) для пород-аналогов;

остальные графы – данные экспериментов;

3. В графах 4, 7 - 10 численные значения величин, указанные без скобок, характеризуют воздушно-сухое состояние грунтов, значения в скобках – водонасы щенное состояние (в условиях свободного водонасыщения).

УДК 627. ПОНИЖЕНИЕ УРОВНЕЙ ВОДЫ В НИЖНЕМ БЬЕФЕ КАМСКОЙ ГЭС А.Б. Векслер1, Л.Ю. Дрейзина Перекрытие р. Камы при строительстве Камского гидроузла было произведено в середине октября 1953 г. С этого времени транспортируе мые речным потоком наносы стали задерживаться в верхнем бьефе, и в нижний бьеф стал поступать осветленный поток, расходы которого по ме ре заполнения водохранилища и пуска гидроагрегатов ГЭС становились все более зарегулированными. Ввод основных 23-х гидроагрегатов ГЭС был осуществлен в период с сентября 1954 г. по декабрь 1956 г.

Таким образом, нарушение естественного гидрологического режима р. Камы началось с зимы 1953 - 1954 гг., и 1954 г. можно считать годом начала трансформации русла ниже створа гидроузла, обусловленной за держкой в водохранилище твердого стока реки и зарегулированием стока воды. К этому времени в основном завершились переформирования русла, происходившие в период строительства за счет планового сжатия потока при пропуске его через суженное перемычками русло и недостроенное здание ГЭС, а также за счет частичного осаждения в русле песчаного мате риала, поступавшего в него при намыве земляной плотины.

Русло р. Камы сложено малоподвижными песчано-гравийными и гравийно-галечными грунтами, переносимыми рекой в основном в период весенних половодий. Перекаты реки характеризуются относительной ус тойчивостью в плане и незначительным изменением отметок гребней при колебаниях уровней воды в реке [1]. Средняя крупность руслового аллю вия составляет 22 мм. На примыкающем к ГЭС 5-километровом участке реки (так называемом Гайвинском песчано-гравийном месторождении) ал лювиальные отложения имеют мощность от 0,2 до 6,0 м, в среднем около 3,0 м;

содержание в них гравия крупностью 1 - 10 мм в отдельных местах доходит до 75%, в среднем 20 - 40%.

Створ Камского гидроузла расположен на р. Каме ниже места впаде ния в нее р. Чусовой в верхней части почти прямолинейного участка русла, имеющего на ближайших к плотине 7,0 км почти строгое направление с севера на юг. Ниже по течению река постепенно поворачивает вправо и в районе центральной части г. Перми течет в западном направлении до селе нья Нижняя Курья (25 км от ГЭС), далее до пристани У сть-Качка (70 км от ГЭС) река делает две большие петли, сохраняя преобладающее направле ние на запад. С 1962 г. ниже У сть-Качки река находится в постоянном подпоре водохранилища Воткинской ГЭС.

Ведущий научн. сотр.

Тел. служ.: (812) 535-29-47. E-mail: aveksler@hydro.vniig.ru Инженер Тел.: (812) 535-88-71. E-mail: luba@hydro.vniig.ru ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская, 21.

Ко времени пуска первых агрегатов в эксплуатацию в нижнем бьефе ГЭС образовался бар из продуктов местного размыва, произошедшего при пропуске строительных расходов реки сначала через стесненное перемыч ками русло, а затем через недостроенное совмещенное здание ГЭС. След ствием этого явился незначительный (25 - 30 мм) подъем уровней воды Н в створе ГЭС, отмечавшийся в 1954 - 1955 гг. при расходах воды Q менее 2000 м3/с. В последующие 1956 - 1958 гг. происходил размыв бара, и уровни воды пришли в соответствие с проектной кривой связи Q = f ( H), отображавшей взаимное соответствие расходов и уровней воды р.Камы в створе гидроузла до начала его строительства и принятой в качестве одной из основных характеристик этого створа при проектировании гидротехни ческих сооружений Камской ГЭС (рис. 1). Однако, уже начиная с 1959 г., стала проявляться тенденция к понижению уровней нижнего бьефа, обу словленному процессом трансформации русла зарегулированным потоком и, как будет показано, карьерными разработками. Во всем диапазоне рас ходов воды уровни воды были ниже проектных. При расходах менее 2000 м3/с понижение уровней в 1959 - 1961 гг. составляло около 35 см.

При расходах более 2000 м3/с понижение уровней постепенно становилось менее значительным, составив @15 см при расходе 9000 м3/с.

Н, м Q = 88 86 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Q, м3 /с Рис. 1. Кривые связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе Камской ГЭС за 1954 - 1961 гг. (до подпора Воткинским водохранилищем) Построение кривых Q = f ( H), приведенных на рис. 1, было выполне но на основании выборки исходного материала из ежесуточных данных эксплуатации станции, относящегося к периодам установившегося движе ния воды, пропускаемой через водопропускные сооружения гидроузла.

Отбор и обработка исходного материала производилась по методике, опи санной в работе [2] и рекомендованной в [3] для анализа русловых процес сов, происходящих в нижних бьефах. Были использованы данные выбор ки режимов, близких к установившемуся, за первые 8 лет эксплуатации ГЭС до подпора ее нижнего бьефа Воткинским водохранилищем (1954 1961 гг.). Режимами, близкими к установившемуся, считались попуски в нижний бьеф, при которых мощность станции N выдерживалась постоян ной более 10 - 12 ч, а уровни нижнего бьефа оставались постоянными (или менялись не более, чем на 2 - 4 см) в течение последних 6 - 7 ч. При обра ботке материалов расход, пропускаемый через поверхностные водосливы, принимался по кривым их пропускной способности, установленным при обосновании проекта гидроузла. Расход через гидроагрегаты определялся по их расходным характеристикам.

После ввода нижерасположенной ступени Камского каскада - Вот кинского гидроузла - примыкающий к Камской ГЭС 70-километровый участок реки находится в переменном подпоре, достигающем при заполне нии Воткинского водохранилища до отметки НПУ 89,0 м створа Камской ГЭС и отступающем от него на 70 км (до пристани У сть-Качка) при пре дельной предпаводковой сработке Воткинского водохранилища до отметки 85,0 м. Таким образом, русло реки на значительном по протяженности уча стке нижнего бьефа может некоторое время подвергаться переформирова ниям, характерным для нижних бьефов, не находящихся в подпоре.

К сожалению, выбор достаточного количества точек для построения кривых Q = f ( H) после 1962 г. оказался затруднительным. В период меже ни станция практически постоянно работает в остропиковом режиме, и уровни нижнего бьефа не успевают установиться в соответствии с расхо дами до того момента, как происходит новое изменение мощности, выра батываемой ГЭС, а следовательно и изменение расхода, поступающего в нижний бьеф. В период паводка, когда станция большее время работает в базисе графика нагрузки, а водосбросы в течение достаточного для уста новления уровня нижнего бьефа времени сбрасывают расход с постоянным открытием затворов, происходит интенсивное изменение уровня Воткин ского водохранилища. В результате выбор интервалов времени, в течение которых движение воды в нижнем бьефе можно было считать установив шимся, оказался чрезвычайно ограничен. Кроме того, возможности выбор ки были ограничены неполной сохранностью ежесуточных ведомостей в архиве ГЭС.* В условиях подпертого нижнего бьефа малое количество то чек существенно осложняет построение зависимостей Q = f ( H), поскольку они должны представлять семейство кривых, каждая из которых относится к определенному подпорному уровню Воткинского водохранилища.

Для построения кривых связи Q = f ( H) в условиях подпора были вы браны периоды установившегося движения в нижнем бьефе Камской ГЭС за 1991 г., 2002 - 2003 гг. и за 2008 г. При обработке данных учитывалось, что с 1997 г. на ГЭС производилась постепенная замена первоначально ус тановленных турбин ПЛ 510-ВБ-500 на новые ПЛ 20/3253, отличающиеся несколько большей мощностью при тех же расходах и напорах воды. По этому необходимо было учитывать, какое количество работавших в дан ный (выбранный) день гидроагрегатов прошло модернизацию, и опреде лять пропускаемый ими расход по новым расходным характеристикам.

* Данные за 1954 - 1961 гг., использованные для построения кривых Q = f ( H) на рис.1, были получены ранее – в 1971 г.

В результате попытка дать оценку положения уровней в нижнем бьефе Камской ГЭС через 30 лет после создания Воткинского водохрани лища оказалась не вполне удачной. По изложенным выше причинам коли чество отобранных из суточных ведомостей точек оказалось явно недоста точным для построения кривых за 1991 г. Приведенную на рис. 2 систему кривых Q = f ( H) при различных уровнях Воткинского водохранилища сле дует рассматривать как приближенную оценку, которую удалось дать только по аналогии с взаимным расположением кривых, отражающих со временную связь расходов и уровней.


Н, м 86. Q = 88. 91 89. 87 86.41 85. проект 86. 86 1959- 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Q, м3/с Рис. 2. Кривые связи расходов и уровней в нижнем бьефе Камской ГЭС за 1991 г.

Числа при точках – уровни воды (м) в Воткинском водохранилище При анализе взаимного расположения точек, соответствующих рас ходам и уровням воды в нижнем бьефе в 2002, 2003 и 2008 гг., было заме чено, что все они составляют единую систему, разделить которую по годам и понять закономерность их взаимного смещения практически невозмож но. Поэтому было признано целесообразным рассматривать совместно все отобранные точки указанных годов. Кривые, приведенные на рис. 3, дают представление о современном состоянии расходов и уровней воды в ниж нем бьефе Камской ГЭС и при сравнении их с кривыми предыдущих лет позволяют интегрально судить о преобладающем направлении переформи рования русла р. Камы ниже гидроузла.

Другим косвенным показателем хода переформирования русла в процессе эксплуатации гидроузла является изменение объемов дноуглуби тельных землечерпательных работ, производимых организациями речного флота на перекатах нижнего бьефа для обеспечения гарантированных су доходных глубин. Так в 1955 - 1956 гг. на 18-километровом участке нижне го бьефа (КамГЭС – железнодорожный мост) объемы судоходных земле черпаний, составлявшие в бытовых условиях в среднем 15 тыс. м3/год, вы росли до 90 - 105 тыс. м3/год. Такой рост объема работ по поддержанию га рантированных глубин судового хода был вызван не только их увеличением со 160 до 230 см после создания Камского водохранилища, но и повышен ной заносимостью русла продуктами местного размыва при пропуске строи тельных расходов сначала через стесненное перемычками русло, а затем че рез недостроенное совмещенное здание ГЭС. Эти отложения, как уже отме чалось, явились причиной смещения вверх кривых Q = f ( H) в 1955 - 1956 гг.

(см. рис.1). Прохождение в 1957 - 1959 гг. сравнительно высоких паводков с пиковыми расходами 11000 - 8000 м3/с привело к перемещению этих от ложений вниз по течению и к возрастанию объемов путевых дноуглуби тельных работ на перекатах ниже железнодорожного моста. Следствием этого явилось снижение кривых Q = f ( H) в створе ГЭС сначала до проект ного (бытового) положения, а затем и ниже его.

Н, м Q = Уровни Годы 87 Воткинского 2002 2003 водохр., м 88- 87- 86 86- 85- 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Q, м3/с Рис. 3. Кривые связи расходов и уровней в нижнем бьефе Камской ГЭС за 2002, 2003 и 2008 гг.

После создания Воткинского водохранилища гарантированная глу бина в нижнем бьефе Камского гидроузла была постепенно увеличена до 400 см и поддерживалась таковой до 1994 г. за счет транзитных землечер паний. В последующие годы, как отмечалось на конференции Камского бассейнового водного управления в мае 2001 г. в с. У сть-Качке, “вынуж денное прекращение дноуглубления привело к снижению глубин в судо вом ходу на 50 - 60 см”, то есть до 340 - 350 см.

По данным ФГУ «Камводпуть», после 2001 г. путевые транзитные землечерпания возобновились, причем в объемах существенно превосхо дящих объемы первых лет существования Камской ГЭС, но если ранее дноуглубительные работы по поддержанию гарантированных условий су доходства производились с перемещением грунта, извлекаемого из проре зей, в русловые отвалы, то начиная с 2002 г. весь извлеченный грунт уда ляют из русла. Таким образом, судоходныепрорези, которые по своей сути не должны приводить к изменению общей емкости русла, превратились в русловые карьеры, разработка которых способствует снижению уровней воды в реке.

Карьерные разработки, производимые с целью добычи песчано гравийного материала для строительных нужд, существенно влияют на ес тественный ход руслового процесса в нижнем бьефе Камского гидроузла.

К сожалению, установить полную картину изъятия грунта из русла реки не удалось из-за отсутствия единой службы, контролирующей этот процесс.

Организации, осуществляющие использование Воткинского водохранили ща (нижнего бьефа Камской ГЭС) в целях разведки и добычи полезных ископаемых, согласовывают свою деятельность с Камским бассейновым водным управлением (КамБВУ) Федерального агентства водных ресурсов.

Однако это управление располагает только сведениями за несколько по следних лет и заявками на планируемые разработки русловых карьеров в ближайшие годы. Достаточно полное представление о местах и объемах добычи песчано-гравийных материалов, производившейся в русле р. Камы, дают материалы Управления по недропользованию по Пермскому краю («Пермьнедра»), обобщающие данные о разработках, выполнявшихся раз личными организациями за 1960 - 2007 гг. Как следует из этих материалов, за указанные 48 лет из русла Камы на 70-километровом участке от ГЭС до пристани У сть-Качка было извлечено около 90 млн. м3 грунта. Емкость русла реки на этом участке, определенная по Атласу [4], составляла в 1999 г. 360 млн. м3 при уровне воды на отметке НПУ Воткинского водо хранилища 89,0 м и 245 млн.м3 при проектном судоходномуровне (соглас но [4], на 2 м ниже НПУ). К этому времени, судя по данным Управления «Пермьнедра», из русла было извлечено 86,5 млн. м3 песчано-гравийных отложений, что составляет 31,6% от первоначальной (до извлечения грун та) емкости русла при НПУ и 54,5% - при проектном судоходномуровне.

В таблице приведены результаты сопоставления понижения уровня воды в нижнем бьефе Камской ГЭС в 1961, 1991 и в 2002 - 2008 гг. и объ емов извлеченного к этому времени грунта из русла Камы. Понижение уровня оценивалось по кривым Q = f ( H) (см. рис. 1 - 3) при среднемного летнем расходе воды в створе ГЭС, равном 1710 м3/с, и при уровне Вот кинского водохранилища на отметке 85,0 м, соответствующем его макси мальной предпаводковой сработке. Этот уровень наиболее соответствует тому, который мог бы наблюдаться в нижнем бьефе при отсутствии Вот кинского водохранилища. Отметим, что более глубокая сработка (до уров ня УМО 84,0 м) практически никогда не производилась. Не вызывает со мнения, что разработка русловых карьеров оказывает существенное влия ние на процесс понижения уровня воды в нижнем бьефе. Наиболее интен сивно этот процесс происходил до 1991 г., когда извлечение грунта из рус ла происходило в особенно больших объемах.

Отсутствие ощутимого различия в связи расходов и уровней воды в створе ГЭС в период с 2002 по 2008 гг. свидетельствует о том, что рус ловые переформирования на ближайшем к Камскому гидроузлу 30-километровом участке практически прекратились, и произошла стаби лизация русла. Зона активных переформирований сместилась на участки, расположенные ниже по течению реки. Более конкретный вывод о направ ленности русловых переформирований ниже участка стабилизировавшего ся русла мог бы быть сделан на основе анализа изменения кривых связи Q = f ( H) на водпостах «Пермь» (12 км ниже ГЭС), «Нижняя Курья» (24 км ниже ГЭС) и «Краснокамск» (58,85 км ниже ГЭС). Согласно данным, при веденным в статье [5], понижение уровня на этих водпостах за 37 лет (сравнивались уровни 1965 и 2002 гг.) превышает 1,0 м. Эти данные, полу ченные с отступлением от требования выборки для построения связи Q = f ( H) периодов установившегося движения, тем не менее являются свиде тельством того, что переформирования русла охватывают весь участок р. Камы, остающийся без подпора при сработке уровня Воткинского водо хранилища.

Понижение уровня воды в створе «Нижний бьеф КамГЭС» и объемы песчано-гравийной смеси, извлеченной из русла р. Камы на участке КамГЭС – пристань У сть-Качка Годы Характеристика процесса 1961 1991 2002 Понижение уровня воды при Q =1710 м3/с по сравнению с техпроек- 0,35 1,05 1,25 1, том 1947 г., м Объем карьерных разработок за пери @2 80,6 86,9 89, од от пуска ГЭС до указанного года, млн. м Результаты анализа изменения связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе Камской ГЭС и причин, обусловливающих этот процесс, позволяют сделать следующие выводы.

1. Русловые переформирования в нижнем бьефе Камского гидроузла, происходившие в пуско-наладочный период работы ГЭС обусловлены мест ным размывом русла за водобоем, отложением продуктов размыва в виде гряды, подпор от которой в первые годы эксплуатации ГЭС (1954 - 1955 гг.) вызвал временное повышение уровней воды в створе «Нижний бьеф ГЭС»

на 0,25 - 0,30 м.

Размыв аллювиального слоя р. Камы в начальный период эксплуата ции ГЭС при свободном от подпора русле и частичный смыв гряды отло жений привели в 1962 г. к понижению уровней (относительно бытовых) на 0,35 м при среднемноголетнем расходе воды 1710 м3/с.

2. Развитие русловых переформирований на 70-километровом участ ке бьефа (Камская ГЭС – пристань У сть–Качка), остающемся вне зоны подпора в период предпаводковой сработки Воткинского водохранилища, происходило, главным образом, под влиянием карьерных землечерпаний, осуществлявшихся без предварительной оценки степени их воздействия на русловой процесс и уровенный режим реки.

Объем извлеченного грунта из русла р. Камы на этом участке соста вил к концу 2007 г. около 90 млн. м3, что привело к полуторакратному уве личению первоначальной емкости русла.

3. Процессы, происходящие в нижнем бьефе Камской ГЭС, являются примером того, как разработки русловых карьеров влияют на уровенный режим нижних бьефов гидроузлов. Понижение уровней воды в нижнем бьефе при среднемноголетнем расходе 1710 м3/с составило к 2002 г. в сво бодном от подпора русле (при предпаводковой сработке уровня Воткин ского водохранилища) около 1,25 м.

Отсутствие ощутимого понижения уровней в 2002 - 2008 гг. в створе «Нижний бьеф ГЭС» может быть объяснено значительно уменьшившими ся по сравнению с предыдущим периодом (1991 - 2002 гг.) объемами карь ерных разработок руслового аллювия и обусловленной этим практической стабилизацией русловых форм на ближайшем к ГЭС 20- 30-километровом участке нижнего бьефа.

4. Дальнейшее понижение уровней может произойти при возобнов лении интенсивных карьерных разработок на 70-километровом участке нижнего бьефа, а также в случае прохождения через створ Камской ГЭС расходов воды, превосходящих наибольшие расходы, пропускавшиеся за все годы ее эксплуатации, то есть при расходах более 10500 м3/с обеспе ченностью менее 5%.

5. Опыт эксплуатации Камской ГЭС свидетельствует, что подпор со стороны нижележащего водохранилища, хоть и является фактором ослаб ления интенсивности переформирования русла нижнего бьефа по сравне нию с той, которая происходила бы при его отсутствии, не может полно стью исключить проявления характерных особенностей процесса транс формации русла в нижних бьефах гидроузлов.

СПИСОК ЛИТЕР АТУРЫ 1. Волжский и Камский каскады гидроэлектростанций / Под общей редакцией Г.А.Руссо. М.-Л.: Госэнергоиздат 1960.

.

2. Векслер А.Б., Доненберг В.М. Переформирования русла в нижних бьефах круп ных гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат 1983.

.

3. Рекомендации по анализу данных и контролю состояния водосбросных сооруже ний и нижних бьефов гидроузлов: П75-2000/ВНИИГ. СПб. 2000.

4. Атлас единой глубоководнойсистемы Европейской части РФ. Т.9, ч.I. Река Кама.

От поселка Керчевский до города Чайковский / Камское госу дарственное управление вод ных путей и судоходстваМинтранспорта РФ. Пермь. 2000.

5. Брагарь Б.С. Оценка процесса посадки уровня в нижнем бьефе Камского гидро узла // Гидротехническое строительство. 2007. №11. С. 31-35.

УДК 627.831/835: КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА ВАКУУМНОГО ВОДОСЛИВА С НАКЛОННОЙ НИЗОВОЙ ГРАНЬЮ О.А. Петров Анализ пропускной способности вакуумного водослива с наклонной низовой гранью основан на материалах тарировки водосливной плотины гидроузла Янискоски на р. Паз, выполненной в 2009 году. В состав соору жений этого гидроузла входит водосливная плотина, имеющая пролет ши риной 11,5 м, перекрытый плоским затвором, пролет шириной 12,5 м с сек торным затвором, и сливной порог длиной 72,8 м в контрофорсно– гравитационной плотине. Расчетный расход через гидроузел с вероятно стью 0,1% составляет 520 м3/с;

отм. ФПУ = 110,5 м;

отм. НПУ = 110,0 м;

максимальный перепад бьефов – 22 м.

Измерения пропускной способности пролета водосброса с сектор ным затвором (рис.1) выполнялись с помощью гидрометрических верту шек в створе нижнего бьефа, где возможная погрешность определения рас ходов не превышала 5%.

Расходы воды (Qн) были измерены для 3-х положений затвора над порогом водослива с отметкой 105,5 м: 3,04 м;

2,47 м и 1,94 м, при напорах над верхним ребром затвора: 1,06 м;

1,63 м;

2,16 м. В табл. 1 приведены измеренные расходы (Qн), а также расходы, принятые по техпроекту (Qтех) для аналогичных граничных условий и расчетные расходы (Qр) для водо сливов практического профиля с наклонными верховыми и низовыми гранями по ([1], п.4.2). Анализ этих данных показывает, что расчетные расходы и расходы, принятые по техпроекту, достаточно близки, а изме ренные – существенно, более чем на 30%, их превышают.

У величение пропускной способности при частичном открытии секторного затвора может быть обусловлено понижением давления над Таблица Сопоставление измеренных расходов с расчетными и с принятыми на ГЭС Отметка Отметка Напор Н, Q н, м3/с Qр, м3/с Qтех, м3/с верха, % УВБ, м м затвора, м 108,54 1,06 27 25 35 109,6 107,97 1,63 47 49 64 107,44 2,16 74 76 97 Младший научн. сотр.

Тел.: (812) 535-88-91. E-mail: olegp@hydro.vniig.ru ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская, д. Q m= H0 b 2g 112, 110, НПУ= 110, 2, 105,5 104, 93, Рис. 1. Поперечный разрез по оси пролета водосброса с секторным затвором гидроузла Янискоски на р.Паз:

1 – секторный затвор с непроницаемой нижней гранью;

2 – камера затвора;

3 – бык Из табл. 2 видно, что при положениях секторного затвора в пределах отметок 105,10 – 108,54 м коэффициент расхода (m) близок к характерному для вакуумного водослива. При уменьшении уклона низовой грани затвора коэффициент расхода снижается, и при полном открытии принимает зна чение, соответствующее водосливу с широким порогом. Данные табл. дополнены значением коэффициента m, определенного с помощью мате матической модели (расчет выполнялся в программном комплексе Flow-3d v. 9.3.1) для положения затвора, при котором уклон его низовой грани со ставляет 0,13 и напор 3,5м.

Таблица Сопоставление коэффициентов расхода, определенных по данным натурных измерений и по расходам, принятыми в техпроекте Коэффициент расхода Отметка Отметка Напор, Уклон низовой верха по натурным по УВБ, м м грани затвора затвора, м данным техпроекту 108,54 1,06 0,58 0,45 0, 107,97 1,63 0,55 0,41 0, 109,6 107,44 2,16 0,55 0,42 0, 106,10 3,5 0,46 0,41 0, 105,10 4,5 0,40 0,40 0, Зависимость коэффициентов расхода от уклона низовой грани, полу ченных для натурных условий, приведена на рис.2.

0, 0, Коэффициент расхода, m 0, 0, 0, 0, 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0, Уклон низовой грани затвора, i Рис. 2. Зависимость коэффициента расхода водослива от уклона низовой грани по данным натурных измерений Следует отметить, что «Рекомендации по гидравлическому расчету водосливов» [1], содержат материалы по определению пропускной способ ности прямых водосливов в плоских и пространственных условиях;

рас сматриваются вакуумные водосливные стенки с эллиптическими оголов ками и водосливная стенка с профилем Кригера-Офицерова в случае, когда напор на их гребне превышает профилирующий. Данные по пропускной способности стенок практического профиля, за оголовком которых может возникать зона пониженного давления (стенки с треугольным поперечным профилем, с различным уклоном дна за оголовком и др.) в документе [1] отсутствуют. Как показали результаты выполненной тарировки водослива ГЭС Янискоски, использование материалов [1] для этих стенок может при вести к существенному занижению пропускной способности сооружения.

Наиболее близким типом водосливной стенки, к рассмотренному случаю частичного открытия секторного затвора, является случай входного участка лотка, канала или безнапорного туннеля с различным уклоном дна, для которого имеются материалы по пропускной способности в работе [2].

Даже в пределах изменения уклонов дна от 0,005 до 0,025 коэффициент расхода m растет по отношению к коэффициенту расхода для водослива с широким горизонтальным порогом на 9%, что может быть обусловлено понижением давления за входным оголовком. Полученные для условий пролета ГЭС Янискоски данные дополняют материалы [2], расширяя ука занный выше диапазон измерения уклонов дна за оголовком до 0,41. На рис.3 приведены результаты анализа увеличения коэффициента расхода с ростом уклона дна (или низовой грани) по отношению к исходному значе нию для широкого порога (m0 – коэффициент расхода при i = 0). С учетом высоты порога и скругления верхового ребра водосливной стенки для ус ловий Янискоски при полностью открытом пролете по [1] это исходное значение m принято равным 0,36. Полученные результаты могут быть со поставлены с упомянутыми выше материалами [2] и использованы в соста ве следующего издания [1].

1, 1, 1, mi / mo 1, 1, 1, 0 0,01 0,02 0,03 0, Уклон низовой грани, i Рис. 3. Зависимость относительного увеличения коэффициента расхода водосливной стенки от уклона ее низовой грани:

1 – данные Н.П. Розанова [2];

2 – экстраполяция натурных данных;

m0 – коэффициент расхода при і = Приведенный выше материал может оказаться полезным при проек тировании не только водосливных стенок, но и механического оборудова ния водосбросов, т.к. затворы секторного типа достаточно часто применя ются на водосбросных сооружениях [3] (табл.3).

Таблица Примеры применения секторных затворов в мировой практике гидротехнического строительства Перепад Количество Размеры Гидроузел Страна / Река бьефов (Z), м затворов, шт. (b х h), м Россия / Свирь 17,0 3 27 х 6, Верхне Свирский Россия / Свирь 13,6 1 30 х 5, Нижне Свирский Уаррагамба 102,0 1 27,5 х 7, Австралия / Уаррагамба Шаста 165,0 3 33,6 х 8, США / Сакраменто Гранд Кули США / Колумбия 135,0 11 41,2 х 8, Боулдер США / Колорадо 222,0 8 30,5 х 4, (Гувера) Сан-Эстебан Испания / Силь 111,0 1 15 х 7, Чандреха Испания / Навеа 85 2 7,0 х 4, Гамильтон США 1 91 х 8, Выводы 1. Тарировка пролета водослива ГЭС Янискоски с секторным затво ром, позволила выявить резкое увеличение пропускной способности со оружения при частичных открытиях затвора. Коэффициенты расхода соот ветствуют случаю вакуумного водослива, изменяясь в пределах 0,55 0,58, что свидетельствует об образовании зоны пониженного давления на низо вой грани затвора.

2. Полученные результаты дополняют известные [2] данные для слу чая уклона дна безнапорных туннелей, и могут быть использованы в соста ве следующего издания нормативного документа [1] и при проектировании соответствующих стенок, определении пропускной способности при час тичном открытии секторных затворов.

СПИСОК ЛИТЕР АТУРЫ 1. Рекомендации по гидравлическому расчету водосливов. Часть 1. Прямы водосли вы. П 18-74/ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Л. 1974.

2. Розанов Н.П. Гидравлические расчеты водопропускныхтруб. М. 1979.

3. Швайнштейн А.М. Водосбросы зарубежных гидроузлов. Л. 1973.

УДК 626/627.03. ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СЕЙСМОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ НА БУРЕЙСКОЙ ГЭС Храпков А.А.1, Егоров А.Ю.2, Злобин Д.Н.3, Никифоров А.А.4, Скоморовская Е.Я.5, Харитонов М.Е. Необходимость проведения инженерно-сейсмометрических наблю дений на гидроузлах регламентированы Правилами технической эксплуа тации электрических станций и сетей Российской Федерации [1].

На Бурейской ГЭС автоматизированная система сейсмометрического контроля (АССК) функционирует с 2003 г. За время ее работы накоплен большой опыт эксплуатации, некоторые результаты были опубликованы в статьях [2 - 4].



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.