Влияние фильтрации на устойчивость грунтовой плотины к прорыву

Свирепов Степан Сергеевич
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Разрушение грунтовых плотин под действием фильтрации относится к опасным гидрологическим явлениям. В работе рассмотрен процесс прорыва в результате образования фильтрационного канала. Разработан алгоритм расчёта, написана компьютерная программа в среде MatLab R2020b. Предложенная методика верифицирована на основе физического моделирования и расчёта реальных прорывов крупных дамб.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………. 3
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР……………………………………………………………………….. 6
ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГРУНТОВОЙ
ПЛОТИНЫ. ………………………………………………………………………………………….. 17
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА РАСЧЁТА РАСШИРЕНИЯ КАНАЛА В ТЕЛЕ
ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ ……………………………………………………………………… 21
2.1 Расчёт расхода воды в канале ………………………………………………………… 21
2.2 Расчёт скорости эрозии …………………………………………………………………. 23
2.3 Расчёт расширения канала и изменения уровня воды ………………………. 25
2.4 Численные эксперименты ……………………………………………………………… 26
ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ПЛОТИНЫ
…………………………………………………………………………………………………………….. 29
3.1. Определение гранулометрического состава грунта ………………………… 29
3.2. Эксперимент №1………………………………………………………………………….. 31
3.2.1 Модельный расчёт ………………………………………………………………….. 33
3.3. Эксперимент №2………………………………………………………………………….. 35
3.3.1 Модельный расчёт ………………………………………………………………….. 37
ГЛАВА 4. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
МОДЕЛИРОВАНИЯ ……………………………………………………………………………… 41
4.1. Плотина Тетон …………………………………………………………………………….. 41
4.2. Плотина Апишапа ……………………………………………………………………….. 45
4.3. Плотина в районе г. Франкфурт-на-Майне …………………………………….. 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………….. 52
БЛАГОДАРНОСТИ ………………………………………………………………………………. 54
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………. 55
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРОГРАММА РАСЧЁТА РАСШИРЕНИЯ КАНАЛА С
ОБРУШЕНИЕМ СВОДА ……………………………………………………………………….. 60
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРОГРАММА РАСЧЁТА РАСШИРЕНИЯ КАНАЛА БЕЗ
ОБРУШЕНИЯ СВОДА ………………………………………………………………………….. 62

Разрушения грунтовых плотин, в результате которых происходит
прорывной паводок, относятся к опасным гидрологическим явлениям. Эти
процессы влекут за собой катастрофические последствия: материальный
ущерб и человеческие жертвы.

По данным Association of State Dam Safety Officials (Кентукки, США)
(damsafety.org) более 20% грунтовых плотин в США разрушились в результате
развития внутренней эрозии с образованием фильтрационных каналов-
трубопроводов. По большей части разрушения связаны с нарушениями
технологий строительства плотин, использованием грунтов, подверженных
суффозии. Реже прорыв искусственных плотин происходит в результате
действия природных явлений: землетрясений, сильных ливней.

Разрушение грунтовых плотин под действием фильтрации относится к
опасным гидрологическим явлениям. В результате этих процессов образуются
прорывные паводки, ведущие за собой катастрофические последствия: гибель
людей, ущерб инфраструктуре. Актуальность выполненного исследования
обуславливается необходимостью описания этого процесса, выявления
факторов формирования, расчёта гидрографа и времени образования канала
для дальнейшей разработки мероприятий по защите территорий от
наводнений.
В процессе выполнения работы были решены следующие задачи:
1. выполнен анализ более 50 литературных источников, определена
степень разработанности вопроса.
2. Описан процесс разрушения плотины в результате суффозии и
образования канала.
3. Разработана математическая модель расширения канала в теле
грунтовой плотины.
4. Выполнено физическое моделирования разрушения грунтовой
плотины.
5. Выполнен расчёт реальных прорывов плотин по разработанной
методике.
Анализ литературных источников показал, что на данный момент хорошо
разработаны общие фильтрационные расчёты, оценка устойчивости откоса,
оценка суффозионности грунта. Вопросы разрушения плотин в результате
образования канала изучены недостаточно.
В результате усиленной фильтрации воды возникают механизмы
внутренней эрозии. Такие процессы довольно сложно измерить
инструментально, а экспертные оценки часто бывают неточными, поэтому
необходимо применять методы математического моделирования.
Модель расширения канала основана на уравнении эрозии. Наиболее
важными исходными данными являются: удельный вес грунта, напор воды,
кривая зависимости уровня от объёма. Наличие этих характеристик позволяют
наиболее точно рассчитать время расширения канала и расход воды в канале.
Проведённые эксперименты по физическому моделированию
подтвердили концепцию разрушения в результате расширения канала.
Смоделированы 2 сценария: с обрушением верхнего свода и с истечением
воды через канал. Для 1 эксперимента погрешность по времени составила
3.9%, погрешность при расчёте расхода воды в канале – 13%. Для 2-го
эксперимента сходимость расходов воды по критерию Нэша-Сатклиффа
составила 0.67, что является показателем хорошего результата. Погрешность
при расчёте диаметра канала равна 15%.
После проведения расчётов для плотин Тетон, Апишапа, Франкфурт,
сделан вывод об удовлетворительной сходимости результатов с реальными
значениями. Высокую погрешность (33%) при расчёте времени разрушения
дамбы Тетон можно объяснить отсутствием точных данных о начале процесса
расширения канала. Расхождение максимальных расходов в 33% (по
сравнению с моделированием, описанным ранее в статях (Chen et al, 2019; Xu
et al, 2004) может заключаться в различных методиках расчёта, следовательно,
такой результат нельзя оценивать, как неудовлетворительный. Аналогичное
объяснение подходит и для погрешности в 49% при расчёте времени
разрушения плотины Апишапа.
В целом, разработанный алгоритм расчёта можно использовать на
стадии проектирования плотины, для оценки её возможного разрушения. В
дальнейшем планируется применить описанную методику для оценки
прорыва естественных моренных и оползневых дамб, так как такие процессы
крайне малоизучены. Также, необходимо добавить блок с расчётом
расширения канала под дамбой.
БЛАГОДАРНОСТИ
Автор выражает благодарность своему научному руководителю
Пряхиной Г.В. за доброжелательное отношение и ценные замечания, которые
позволили улучшить качество работы.

Автор благодарит Распутину В.А., Акилова Е.В., Пряхина С.И.,
Попова С.В., Боронину А.С., Кашкевич М.П., Кузнецову М.Р. за помощь в
проведении физического моделирования.

1. Бакланова, Д. В. Факторы, влияющие на возникновение аварийных
ситуаций на крупных каналах [Электронный ресурс] / Д. В. Бакланова
// Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации:
электрон, периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем
мелиорации. – Электрон, журн. – Новочеркасск: Рос-НИИПМ, 2011. –
№ 3(03). – 9 с. –
2. Бакиев М.Р. Анализ проблем надежной и безопасной эксплуатации
грунтовых плотин водохранилищных гидроузлов// Irrigatsiya va
melioratsiya, Ташкент, 2018
3. Гельфер А. А Причины и формы разрушения гидротехнических
сооружений, Ленинград, 1936

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Расчет паводков на реках средней полосы России
    📅 2020год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет