Введение к работе
Актуальность темы. В сложных гидрогеологических условиях, каналы осушительно-оросительнои системы выполняют двойную функцию: в весенний период они осуществляют отвод дренажных вод, а в вегетационный период транспортируют воду для целей орошения. Недостаточно полный учет на этапе проектирования физико-механических свойств грунтов русла, турбулентных характеристик течения воды и гидрогеологических условий часто является причиной деформации русел каналов во время эксплуатации. Так, например, процессы деформаций сечений каналов могут проявляться при воздействии фильтрационного давления в периоды подъема уровня грунтовых вод, прохождения паводков, выпадения обильных атмосферных осадков, а также при работе водорегулирующих сооружений и насосных станций.
В последние годы в Российской Федерации из-за ограниченного финансирования проектирование и строительство объектов мелиоративного и водохозяйственного назначения выполняются в недостаточных объемах, однако ведутся ремонтно-восстановительные работы для сохранения работоспособности действующих оросительных систем. Эти обстоятельства вызывают необходимость проведения специальных исследований для разработки научно-обоснованных методов расчета устойчивости каналов осушительно-оросительнои системы в различных грунтовых и гидрогеологических условиях.
Цель и задачи исследований. Основная цель диссертационной работы заключается в исследовании устойчивости русел каналов осушительно-оросительнои системы в Нечерноземной зоне России и разработке инженерных методов их расчета, а также в создании рекомендаций по повышению устойчивости русел путем частичного укрепления откосов с учетом экономии ресурсов.
Для реализации поставленных целей потребовалось решение ряда задач:
сбор, систематизация и анализ данных натурных исследований на каналах Яхромской осушительно-оросительной системы;
выявление факторов, определяющих устойчивость русел каналов в сложных гидравлических и гидрогеологических условиях;
анализ существующих методов расчета статической устойчивости откосов земляных сооружений с позиции механики грунтов;
сбор, систематизация и анализ данных экспериментов по изучению характеристик кинематической структуры потока в укрепленных трапецеидальных каналах с различными значениями углов заложения откосов;
обоснование и выбор формул для расчета значений допускаемой (неразмывающей) скорости в связных и несвязных грунтах в зоне высачивания грунтовых вод;
обоснование и выбор формул для расчета параметров устойчивого сечения русел;
решение математических задач, связанных с быстрым опорожнением канала в неблагоприятных гидравлических и гидрогеологических условиях;
разработка метода гидравлического расчета каналов на основе учета факторов, определяющих устойчивость русел в различных грунтовых, гидравлических и гидрогеологических условиях;
разработка рекомендаций по повышению устойчивости русел каналов.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
на основе анализа данных натурных исследований, выполненных различными организациями в течение ряда лет на каналах Ях-
ромской осушительно-оросительной системы Дмитровского района Московской области, выявлены факторы, определяющие состояние устойчивости искусственных водотоков в сложных гидравлических и гидрогеологических условиях;
для расчета значений угла откоса в зоне высачивания грунтовых вод, на основе использования принципа Кулона, получено новое выражение;
для расчета параметров устойчивого русла, сложенного связными и несвязными грунтами в зоне высачивания грунтовых вод, впервые рассмотрено совместное решение уравнений Кулона и движения воды;
получены теоретические зависимости для расчета расхода фильтрационного потока через откосы и дно канала, а также значения скорости для условий нестационарной геофильтрации;
выведены критериальные уравнения для оценки устойчивости частицы несвязного песчаного грунта на откосе и дне канала для различных гидрогеологических условий;
разработан метод расчета устойчивости каналов, сложенных связными и несвязными грунтами, с учетом гидродинамического давления грунтовых вод на их откосы;
теоретически и экспериментально обосновано применение креплений для повышения устойчивости русел каналов в зависимости от гидравлических и гидрогеологических условий с учетом экономии ресурсов и других экономических критериев.
Вышеперечисленные результаты выносятся соискателем на защиту.
Достоверность результатов исследований подтверждена использованием для вывода расчетных формул физических схем, основанных на реальных экспериментах, проведенных в полевых и лабора-
торных условиях. Данные расчетов, выполненных по методу соискателя, сопоставлены с данными натурных исследований на водотоках с реальными условиями формирования русел потоком в зоне высачивания грунтовых вод идентичными изучаемым физическим процессам. При получении научных результатов были также использованы основные уравнения механики сплошной среды.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Метод расчета устойчивости русел каналов осушительно-оросительной системы и рекомендации по повышению их устойчивости путем частичного закрепления откосов, разработанные в диссертационной работе, а также полученные новые выражения для условий нестационарной геофильтрации, предназначены для применения при проектировании, строительстве и эксплуатации мелиоративных и водохозяйственных объектов. Научные результаты используются в учебном процессе переподготовки и повышения квалификации руководителей и специалистов подотрасли мелиорации и водного хозяйства Агропромышленного комплекса.
Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертации изложены в 1 учебно-методическом пособии, 2 статьях, 2 брошюрах и монографии.
Апробация работы заключается в докладах и обсуждениях на заседаниях научно-технических советов инженерного центра «Союзвод-проект», Депмелиоводхоза Минсельхозпрода России, ГП СНЦ «Госэко-мелиовод», Коломенского ИППК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 122 наименований, в том числе иностранных - 24 наименования. Диссертационная работа изложена на 246 страницах машинописного текста, иллюстрирована 42 рисунками, содержит 38 таблиц.
