Лёссовые грунты как основания гидротехнических сооружений ирригационных систем. Колманов A.B. 2020

Лёссовые грунты как основания гидротехнических сооружений ирригационных систем
Колманов A.B.
Москва. 2020
324 страницы
ISBN 978-5-6044139-0-6
Лёссовые грунты как основания гидротехнических сооружений ирригационных систем. Колманов A.B. 2020
Содержание: 

Рассмотрены вопросы основных воздействий на лёссовое просадочное основание гидротехнических сооружений ирригационных систем, условия проявления деформаций лёссовых грунтов по влажности и напряжённому состоянию. Даны предложения по учёту этих факторов при выполнении расчётов лёссовых просадочных оснований по второму предельному состоянию (по деформациям). Для стадии предварительной оценки условий строительства ирригационных систем по просадочности приведены графоаналитические расчёты естественных и искусственных оснований сооружений, а также предложения по совершенствованию состава и объёма инженерно-геологических изысканий, позволяющие полнее учесть деформативные свойства лёссовых просадочных грунтов.

Для инженерно-технических специалистов мелиоративного профиля и других специальностей, связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией различного рода сооружений на лёссовых грунтах. Для студентов строительных специальностей: инженерная геология, грунтоведение и механика грунтов.

Рецензенты:

Кизяев Б.М. – академик РАН, доктор техн. наук, профессор (ФГБНУ «ВНИИГиМ» им. А.Н. Костякова);
Абелев М.Ю. – лауреат Государственной премии СССР, заслуженный строитель России, доктор техн. наук, профессор (Институт строительства и ЖКХ ГАСиС НИУ «Высшая школа экономики»).


Введение

Глава 1. Современное состояние сетевого гидротехнического строительства в зоне распространения лёссовых грунтов
1.1. Распространение лёссовых пород в районах ирригационного строительства в РФ и странах СНГ
1.2. Изменение условий существования лёссовых грунтов в процессе строительства и эксплуатации ирригационных систем
1.3. Совершенствование представлений о характере и видах деформаций лёссовых грунтов
1.4. Основные задачи, вытекающие из оценки современного состояния гидротехнического строительства на лёссовых грунтах

Глава 2. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия основных районов проведения исследований, задачи и состав опытных работ
2.1. Научно-исследовательский полигон (плато Кум-сангир, Республика Таджикистан)
2.1.1. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия научно-исследовательского полигона
2.1.2. Задачи и состав полевых и лабораторных исследований
2.2. Опытно-производственный полигон (9-й участок Каракумского канала, Кизыл-Арватский р-н, Республика Туркменистан)
2.2.1. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия опытно-производственного полигона
2.2.2. Задачи и состав полевых исследований

Глава 3. Совершенствование физических представлений о процессе фильтрации и формировании увлажненных зон при замачивании лёссовых грунтов
3.1. Однородные по составу и свойствам массивы лёссовых грунтов Юго-Западного Таджикистана и по трассе Каракумского канала в Республике Туркменистан
3.1.1. Особенности начального периода фильтрации в лёссовых грунтах
3.1.2. Одномерное движение фильтрационного потока в однородных по составу и свойствам массивах лёссовых грунтов
3.1.3. Формирование увлажнённой зоны в условиях двух- и трёхмерного растекания фильтрационного потока
3.1.4. Инженерно-физическая схема увлаженной зоны под источником фильтрационных потерь
3.2. Массивы лёссовых грунтов со сложным литологическим строением
3.2.1. Особенности изменения фильтрационных потерь на выделенных участках и факторы их определяющие
3.2.2. Динамика формирования увлажненных зон и распределения влажности в их пределах
3.3. Особенности формирования увлажненных зон в условиях косогорного рельефа местности

Глава 4. Проявление деформативных свойств лёссовых грунтов под гидротехническими сооружениями ирригационных систем
4.1. Общие закономерности развития просадочных и послепросадочных деформаций по глубине лёссового массива
4.1.1. Начальные условия и характер развития просадочных деформаций по глубине лёссового массива
4.1.2. Схема деформирования массива лёссовой породы при увлажнении в условиях природно-напряжённого состояния
4.2. Влияние размеров и формы источника увлажнения на характер проявления деформаций по глубине и их конечную величину
4.2.1. Особенности уплотнения лёссового массива под периферийными участками крупных водоисточников и развития деформативной зоны
4.2.2. Условия проявления деформаций лёссовых грунтов под ограниченными по размеру котлованами и каналами
4.2.3. Конечные величины деформаций лёссового основания в зависимости от размера и формы замачиваемой площади и режима увлажнения
4.3. Динамика процессов перераспределения влаги и уплотнения лёссового массива в перерывах между периодами эксплуатации ирригационной системы
4.4. Деградация деформативных свойств лёссовых грунтов в условиях, характерных для мелиоративного освоения
4.5. Оценка эффективности подготовки оснований при строительстве ограниченных в плане сооружений ирригационных систем
4.6. Некоторые предложения по совершенствованию опытного и производственного замачивания лёссовых грунтов

Глава 5. Трансформация напряженно-деформированного состояния лёссовых грунтов при строительстве и эксплуатации сооружений ирригационных систем
5.1. Основные расчётные случаи напряжённого-деформированного состояния лёссовых грунтов при просадке от собственного веса
5.2. Изменение природно-напряжённого состояния лёссовых пород естественной влажности при строительстве ирригационных систем
5.3. Трансформация напряжённо-деформированного состояния лёссовых пород в массиве при просадках от собственного веса
5.3.1. Учёт разгружающего эффекта взаимодействия проседающей и неподвижной частей лёссового массива при просадках от собственного веса
5.3.2. Напряжённо-деформированное состояние лёссовых грунтов в массиве в процессе эксплуатации ирригационной системы
5.4. Инженерно-физическое обоснование и расчёт напряженно- деформированного состояния лёссовых грунтов при действии дополнительной нагрузки
5.4.1. Некоторые результаты штамповых испытаний лёссовых просадочных оснований
5.4.2. Расчёт напряжённо-деформированного состояния лёссовых грунтов при действии дополнительной нагрузки с использованием модели несущего столба

Глава 6. Изучение деформативных и прочностных характеристик лёссовых грунтов в лабораторных условиях и совершенствование прогноза деформаций лёссовых оснований для условий мелиоративного освоения
6.1. Краткая историческая справка о развитии представлений просадочности лёссовых грунтов
6.2. Изучение деформативных характеристик лёссовых грунтов в условиях переменной влажности и напряженного состояния и совершенствование прогноза просадки под элементами ирригационной системы
6.3. Результаты длительных компрессионных испытаний и совершенствование прогноза послепросадочных деформаций лёссовых грунтов
6.4. Изучение изменения прочностных характеристик лёссовых грунтов в процессе длительного замачивания

Глава 7. Графоаналитические расчёты лёссовых просадочных оснований
7.1. Инженерно-физические предпосылки графоаналитических расчётов
7.2. Некоторые известные предложения по учету размера и формы водоисточника при определении возможной просадки лёссового основания
7.3. Аналитическое определение основных параметров и вида кривых просадки поверхности лёссового массива
7.4. Номограмма для определения послойной просадки лёссового основания и примеры её использования
7.5. Учёт влияния размера, формы водоисточника и продолжительности фильтрационных потерь на величину послепросадочного уплотнения лёссовой толщи
7.6. Определение возможной просадки комбинированного основания

Глава 8. Совершенствование состава и методики опытного замачивания при проведении инженерно-геологических изысканий и исследований свойств лёссовых пород для целей мелиоративного строительства
8.1. Оптимизация объёма и состава опытных работ в районах нового освоения, при реконструкции ирригационных систем или выводе земель из сельхозоборота
8.2. Совершенствование устройства глубоких наблюдательных скважин при изучении процессов влагопереноса в мощных толщах лёссовых пород
8.3. Совершенствование устройства глубинных марок и реперной сети в условиях изменения высотных отметок орошаемой территории и действия касательных сил трения на защитные обсадные трубы

Заключение
Библиографический список

Введение

Проблема строительства и сельхозосвоения территорий в зоне распространение лёссовых просадочных грунтов со всей остротой возникла в годы первых пятилеток в довоенный период в связи со значительными деформациями построенных зданий и сооружений, трудностями строительства и ввода в эксплуатацию оросительных систем. Известны случаи, когда только прогон воды по построенным каналам занимал долгие годы (из-за прорывов воды, чрезмерных деформаций русл каналов, разрушения сетевых сооружений и т.д.), в течение которых было невозможно подать поливную воду на орошаемые участки. Следует отметить, что эти работы приходилось проводить при полном отсутствии зарубежного опыта, поскольку древние массивы орошения развивались в условиях ограниченного водопотребления (вследствие высокой стоимости поливной воды). По мере роста населения и товарообмена методы старого орошения и борьбы с просадками перестала сочетаться с задачами индустриального сельскохозяйственного развития в предвоенный период.

С началом 50-х годов прошлого столетия в изучении лёссовых грунтов как оснований зданий и сооружений наметились два основных направления. Первое – это промышленно-гражданское строительство. У истоков этого направления стояли ученые: д.т.н. Ю.М. Абелев и его соратники к.т.н. Р.А. Токарь, д.т.н. Б.А. Ржаницын, д.т.н. В.Е. Соколович, а в дальнейшем его ученики и последователи: д.т.н. В.И. Крутов, д.т.н. В.Г. Галицкий, д.т.н. Е.А. Сорочан и др. В условиях высокой стоимости зданий и сооружений, уровне капитальности и жёстких требований к предельно-допустимым осадкам и кренам этих сооружений основной задачей исследований этого направления стало полное устранение просадочных свойств лёссовых пород сначала в ограниченной по глубине зоне действия дополнительных нагрузок, а затем и по всей глубине просадочной толщи.

Другое направление выделилось в связи с интенсивным ирригационным освоением территорий, сложенных лёссовыми просадочными грунтами, высокой стоимостью освоенного гектара за счёт значительного объёма ремонтно-восстановительных работ в процессе эксплуатации оросительных систем. Достаточно отметить, что стоимость освоенного «просадочного» гектара почти вдвое превышает аналогичный показатель на непросадочных территориях. Родоначальником второго направления по праву является д.т.н., профессор A.Л. Рубинштейн. В опубликованной в 1951 г. статье впервые процесс деформирования лёссов рассматривается как стадийный, включающий в себя осадку, просадку и послепросадочное уплотнение. В дальнейшем под его руководством изучалось проявление этих видов уплотнения в полевых и лабораторных условиях.

Значительную роль в формировании второго направления сыграли также исследования д.т.н. A.A. Кириллова, д.т.н. H.H. Фролова, к.т.н. Е.Н. Сквалецкого, д.т.н. A.A. Мустафаева и др. Поскольку в ирригационном освоении фильтрационные потери являются во многом неизбежным фактором, основное внимание уделялось изучению режима влажности пород зоны аэрации под различного рода источниками фильтрационных потерь под каналами и котлованами различных геометрических размеров и форм. Не случайно поэтому первое предложение по учёту влажности грунтов при определении просадки принадлежит одному из учеников A.Л. Рубинштейна — д.г.-м.н. Л.Г. Балаеву, в дальнейшем академику Академии сельскохозяйственных наук СССР.

В изучении лёссовых пород как оснований сооружений значительную роль сыграли работы д.г.-м.н. Н.Я. Денисова, д.г.-м.н. Н.И. Кригера, д.т.н. И.М. Литвинова, д.т.н. М.Н. Гольдштейна, д.г.-м.н. A.A. Мусаэляна, к.т.н. Я.Д. Гильмана и многих других.

С начала 60-х годов в течение двух десятилетий под руководством д.т.н. A.A. Кириллова проводились исследования по вопросам ирригационного строительства на лёссовых просадочных грунтах Юго-Западного Таджикистана. В результате этих исследований был разработан первый нормативный документ по проектированию оросительных систем на просадочных грунтах (ВСН4-66), а затем и его последующие редакции (ВСН-ІІ-23-75, РСН-0.2-87).

По результатам выполненных исследований опубликовано в общей сложности более ста пятидесяти научных статей, защищено две докторские диссертации и более десятка кандидатских. Однако достаточно полного обобщения результатов исследований по вопросам увлажнения лёссовых грунтов и сопровождающих это увлажнение деформаций не проводилось. Настоящее издание является попыткой восполнить этот пробел, что особенно актуально сегодня, когда наметился поворот государства в сторону орошаемого земледелия вообще и на территориях распространения лёссовых просадочных грунтов в частности. Об этом свидетельствуют материалы Всероссийской (г. Новочеркасск, 2014) и Международной (г. Волгоград, 2015) научно-практических конференций, на которых подчеркивается, что оросительные системы, построенные в основном в 60-80-х годах прошлого столетия устарели морально и физически.

Подъём орошаемого земледелия, обеспечивающий не только продовольственную безопасность страны, но и превращение продуктов орошаемого земледелия в важную экспортную составляющую, невозможен без коренной реконструкции оросительных систем с возможностью мониторинга за мелиоративным состоянием орошаемых земель, всеобъемлющей автоматизации водораспределения на базе цифровых технологий и при нарастающем дефиците водных ресурсов и рациональном их использовании.

В этих условиях строительству и эксплуатации гидротехнических сооружений нового поколения должно способствовать знание основных составляющих увлажнения лёссовых просадочных оснований и закономерностей развития совместных деформаций оснований и возведённых сооружений. В частности, например, основной причиной потери сооружением своих эксплуатационных качеств являются неравномерные деформации лёссовых грунтов в основании сооружения.

Эти деформации определяются тремя основными причинами: пространственной изменчивостью просадочных свойств лёссовых пород в результате особенностей их генезиса; неоднородными напряжениями под подошвой сооружения в результате эксцентриситета передаваемой нагрузки и, главное, неравномерностью увлажнения лёссовых пород под сооружением с образованием клина сухого грунта в центральной части сооружения в направлении вдоль потока. Последний – наиболее значимый фактор может быть устранён специальной (дренирующей подготовкой под подошвой сооружения с устройством вертикальных противофильтрационных экранов, перерезающих фильтрационный поток вдоль сооружения. Учитывая, что просадки хотя и велики по величине, но необратимы и при интенсивном замачивании быстротечны и развиваются не более двух лет сооружения в течение остального нормативного срока эксплуатации (30...50 лет) эксплуатируются как на обычном непросадочном основании. В этих условиях разработка специальных противопросадочных конструкций не очевидна.

В предлагаемом читателю издании последовательно рассмотрены вопросы воздействия на окружающую среду строительства и эксплуатации ирригационных систем, развития деформационных процессов в зависимости от величины и характера этого воздействия, предложения по учету изменения режима влажности и проявленных деформаций с разной степенью приближения, вопросы совершенствования методов полевых и лабораторных исследований лёссовых грунтов в целях уточнения расчетов оснований, сложенных этими грунтов по деформациям.

Автор выражает благодарность рецензентам книги: академику РАН, д.т.н. Б.М. Кизяеву и заслуженному строителю России, д.т.н. М.Ю. Абелеву за просмотр рукописи и ценные замечания по тексту, а также инженерам Н.С. Игнатовой, С.Е. Мамаеву, Е.И. Бровко за помощь в подготовке рукописи к печати.

поддержать Totalarch

Комментарии

Аватар пользователя totalarch

Электронная версия книги предоставлена для открытого доступа автором, Колмановым Александром Витальевичем

Добавить комментарий

CAPTCHA
Подтвердите, что вы не спамер (Комментарий появится на сайте после проверки модератором)