автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Эффективность противофильтрационных и укрепительных мероприятий в основаниях гидротехнических сооружений

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАЛЫШЕВ ЛЕОНИД ИВАНОВИЧ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ И УКРЕПИТЕЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В ОСНОВАНИЯХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.23.07-Гидротехническое и мелиоративное

строительство

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада

МОСКВА, 1994

Работа выполнена в проектно - изыскательском и экспериментально -конструкторском институте "Гидроспецпроект"

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Л.Н.Рассказов Доктор технических наук, профессор И.С.Румянцев Доктор технических наук, профессор В.Н.Жиленков

Велушая организация - НИИ водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВОДГЕО)

Зашита диссертации состоится " ^ " О/7^ 1994 г. в /5"час.

в аудитории 201 на заседании специализированного Совета Д. 120.16.01 при Московском гидромелиоративном институте по адресу: 127550, Москва, И-550,ул. Прянишникова, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на в двух экземплярах, заверенные печатью

предприятия, просим направлять в адрес специализированного Совета МГМИ.

Доклад разоолан

Ученый секретарь специализированного Совета, канд. техн. наук, профессор

Л.В.Яковлева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Противофильтрационные и укрепительные мероприятия являются составной частью подземного контура большинства гидротехнических сооружений. Состав их в сооружениях, возводимых на скальных и полускальных основаниях, включает цементацию трещиноватых и трещиновато-пористых грунтов с целью создания глубоких противофильтрационных завес; укрепительную и уплотнительную цементацию крупных трещин, тектонических нарушений, пустот карстующихся пород, контактных зон оснований с бетонными сооружениями; дренажи различных конструкций и назначений.

В нескальных грунтах противофильтрационные мероприятия в основаниях сооружений чаще всего включают устройство противофильтрационных завес методами инъекции в поры несвязных грунтов проникающих растворов на основе высококачественных глин, силиката натрия и других химических композиций, "стена в грунте" из твердеющего и нетвердеющего материала-заполнителя, струйной технологии цементации, дренажей.

Эффективность и роль противофильтрационных мероприятий (завес и дренажей) в различных природных условиях оснований и конструкций подземного контура гидротехнических сооружений может быть весьма различной.

Обоснование их параметров, конструктивных и технологических решений, материалов противофильтрационных и укрепительных мероприятий производится расчетами и исследованиями фильтрации, фильтрационной прочности и напряженно-деформированного состояния основания, реологических и деформационно-прочностных свойств применяемых растворов и материалов. Корректировка принятых в проекте решений, контроль состояния и фактическая эффективность противофильтрационных мероприятий осуществляется По данным натурных наблюдений за фильтрацией с учетом этапности строительства сооружений и наполнения водохранилища.

Мировой опыт строительства крупных гидроузлов, аварии на гидроузлах Вайонт (Италия), Мальпассе (Франция), Титон (США) показывают, что роль противофильтрационных и укрепительных мероприятий в основаниях гидротехнических сооружений существенна, надежность сооружений во многом определяется эффективностью и надежностью подземного контура. Большая ответственность крупных гидротехнических сооружений предопределяет необходимость детальной оценки инженерно-геологических условий площадки строительства, определения реальных значений гидрогеологических параметров ö пределах всйй активной области фильтрации, достоверного прогноза параметров и характера фильтрационного потока, эффективности противофильтрационных мероприятий, что может служить решением важнейших проблем прикладной reo- и гидромеханики в строительстве.

В настоящем докладе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований гидрогеологических параметров и построения модели водопроницаемости оснований, фильтрации в неоднородных, неоднородно-атмзотропных и трещиноватых основаниях при наличии противофильтрационных мероприятий и завес, гидравлики, реологических и противофильтрационных свойств инъекционных растворов и материалов, эффективности подземного контура, противофильтрационных и укрепительных мероприятий реальных объектов. Исследования выполнены как с целью научного обоснования проектных решений противофильтрационных мероприятий и завес по конкретным объектам строительства, так и разработки и развития общих задач геомеханики оснований сооружений.

Исследования выполнялись в период с 1965 по 1993 г.г. в институте "Гидроспец-проект" и на строительных площадках ряда объектов по планам ПИР института, которые определялись плановыми заданиями Минэнерго СССР (Минтопэнерго РФ) и координационными планами важнейших государственных научно-технических программ ГКНТ при Совете Министров СССР.

Актуальность темы. Несмотря на успешное строительство и эксплуатацию целого ряда крупных гидроузлов в нашей стране и за рубежом, известные достижения в части научного обоснования проектных решений подземных контуров гидротехнических сооружений и укрепления их оснований (ВНИИГ, Гидропроект и его отделения, Гидррспецпроект, МГСУ, МГМИ, ВОДГЕО, МГУ, ЛГУ, НИИОСП, и др.), вопросы построения и обоснования фильтрационных моделей, расчета процесса формирования и прогнозирования эффективности противофильтрационных и укрепительных мероприятий, фильтрации в неоднородных основаниях требуют дальнейшего развития. Разработка этих задач предусматривалась государственными программами по решению важнейших научно-технических проблем в области гидротехнического строительства: "Усовершенствовать методы исследований и расчетов фильтрации, суффозии и фильтрационной прочности оснований гидросооружений и разработать эффективные решения, обеспечивающие надежность и экономичность высоконапорных гидросооружений в сложных природных условиях" (тема 0.01.280Г); "Усовершенствовать методы фильтрационных расчетов оснований гидросооруж< .шй и разработать способы оценки водопроницаемости скальных пород с учетом их напряженного состояния" (тема 0.01.05.09.Н9а); "Исследование напряженно-деформированного состояния противофильтрационных стенок" (тема 0.01.05.09.Н96).

Целью работы является разработка методов исследований и расчета, рекомендаций, направленных на повышение уровня и эффективности научного обоснования изысканий, проектирования и выполнения противофильтрационных и укрепительных мероприятий в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях оснований, обеспечивающих надежность гидротехнических сооружений, снижение стоимости и сроков их строительства.

Для реализации поставленной цели решались задачи:

- построения фильтрационных моделей скального основания на основе данных инженерно-геологических изысканий, режимных наблюдений и обратных задач фильтрации;

- оценки влияния крупных трещин и зон тектонических нарушений, неоднородности и анизотропии пород, противофильтрационных завес и дренажей на характер фильтрации в различный период строительства и наполнения водохранилища;

-разработки методов расчета и моделирования плоской и пространственной фильтрации с учетом реальных гидрогеологических условий, наличия подземных выработок и сооружений, противофильтрационных завес и дренажей;

- разработки методики исследований реодинамики инъекционных растворов и определения их реологических параметров по данным опытных прокачек по трубам и щелям;

- гидравлики дисперсных вязко-пластичных тиксотропных жидкостей в трубах и щелях;

- напряженно-деформированного состояния и фильтрационной прочности противофильтрационных завес, выполняемых методом "стена в грунте";

- эффективности противофильтрационных завес и дренажей на конкретных объектах по данным натурных наблюдений за фильтрацией;

- разработки рекомендаций и требований, направленных на повышение уровня изысканий, проектирования и сооружения противофильтрационных и укрепительных

мероприятий в скальных и нескальных основаниях гидротехнических сооружений для включения в нормативно-методические документы.

Состав и методы исслелований.Выполненный комплекс работ включает: исследования фильтрационных свойств, водопроницаемости и фильтрационной прочности естественных я заинъектированных грунтов, противофильтрационных завес, характера фильтрации в элементах подземного контура сооружений, физико-механических и реологических свойств инъекционных растворов и материалов, применяемых для протн-вофйльтрационных завес, разработку приборов и установок, методов исследований, расчета и контроля фильтрации и эффективности противофильтрационных завес, а также требований и рекомендаций по обеспечению надежности противофильтраиион-ных мероприятий и завес. Для решения поставленных в работе задач использовались теоретические иэкспериментальные методы. При выводе теоретических зависимостей использовались представления и методы гидромеханики и гидравлики жидкости, рео^ логии вязко-пластичных тиксотропных жидкостей, теории упругости и пластичности, механики скальных пород и сплошной среды, положения инженерной геологии и гидрогеологии. Экспериментальные исследования проводились на физических и аналоговых моделях, специально сконструированных установках с автоматизированной регистрацией исследуемых параметров, в массивах грунтов гидрогеологическими и геофизическими методами в скважинах. Научное обоснование экспериментальных данных производилось статистическим и корреляционным анализом.

Научная новизна работы определяется следующими результатами:

1. Разработаны способы определения водопроницаемости и построения фильтрационной модели скальных оснований гидротехнических сооружений;

2. Разработаны методы моделирования и расчета фильтрации в основаниях плотин с учетом их неоднородности, анизотропии, наличия противофильтрационных и укрепительных мероприятий, Лодземных сооружений, горных выработок и дренажей различных конструкций;

. 3. Решена задача плоской фильтрации в основании плотины при наличии трещин (нарушений) в противофильтрационной "стене в грунте";

4. Разработана методика определения реологических параметров инъекционных растворов по результатам их опытных прокачек по трубам и щелям, получены качественно новые данные по реологии бентонитовых и цементных растворов, в том числе с пластифицирующими и морозостойкими добавками;

5. Решены уравнения движения в щелях (трещинах) и трубах вязкопластичных тиксотропных жидкостей, получены формулы для расхода, числа Рейнольдса,коэффициента гидравлического сопротивления, соотношений гидравлических параметров при движении этих жидкостей в трубах и щелях;

6. Исследовано напряженно-деформированное состояние и фильтрационная прочность противофильтрационных "стен в грунте", определены условия и возможное» трещинообразования, механизм размыва трещин, критические Градиенты напора и скорости фильтрации;

7. Разработан алгоритм подбора материала-заполнителя противофильтрационных "стен в грунте", свойства которого по фильтрационной прочности удовлетворяют' конкретным условиям проектируемого сооружения;

8. Выполнены натурные исследования фильтрации, анализ эффективности противофильтрационных и укрепительных мероприятий на конкретных объектах в процессе строительства, наполнения водохранилищ и эксплуатации сооружений.

Научное значение работы определяется разработкой основ построения фильтрационной модели, расчета и моделирования фильтрации в скальных основаниях гидротехнических сооружений с учетом природных условий и конструкции подземного

контура, расчета противофильтрационных завес, в том числе противофильтрационных "стен в грунте" в нескальных основаниях, гидравлики и определения реологических параметров инъекционных растворов, оценки эффективности противофильтрационных и укрепительных мероприятий. ,

Практический выход работы заключается в следующем:

- разработан на уровне изобретений ряд новых и усовершенствованы некоторые известные методы определения фильтрационных, гидравлических и реологических параметров грунтов, инъекционных растворов и противофильтрационных материалов;

- разработан ряд новых решений и методов расчета и моделирования фильтрации и эффективности противофильтрационных завес в основаниях гидротехнических сооружений;

-получены фактические данные о деформационных, прочностных, фильтрационных и реологических характеристиках противофильтрационных материалов и инъекционных растворов, позволившие выполнить их обобщение и составить рекомендации по значениям характеристик для проектирования противофильтрационных и укрепительных мероприятий;

-разработаны требования к материалам, противофильтрационным и укрепительным мероприятиям, которые использованы при составлении ряда общесоюзных и ведомственных нормативно-методических документов (СНиП, ВСН, РД), касающихся исследовании, проектирования, производства противофильтрационных и укрепительных мероприятий в основаниях гидротехнических сооружений.

Внедрение результатов исследований. Разработанные способы расчета и исследований, критерии и методы оценки эффективности противофильтрационных мероприятий и завес нашли применение:

- при обосновании проектных решений подземного контура и уплотнения грунтов в основаниях сооружений Нурекской, Токтогульской , Чиркейской, Ингурской, Сая-но-Шушенской, Миатлинской, Худонской, Усть-Илимской, Курпсайской, Богучан-ской, Рогунской, Колымской, Ирганайской ГЭС, Ахангаранской, Андижанской, Кировской, Туполангской, Азатской, Арпа-Чайской плотин, Асуанской плотины в АРЕ, Табка ГЭС и гидроузла Тишрин в САР, гидроузлов Аль-Кадиссия в Республике Ирак и Хоабинь в СРВ, Чернобыльской и Ровенской АЭС, АЭС Хурагуа на Кубе и других объектах;

- при проведении натурных наблюдений, анализе фильтрации и эффективности противофильтрационных завес на многочисленных энергетических, мелиоративных и ирригационных объектах, обобщении результатов исследований и включения требований и норм во Всесоюзные, ведомственные и другие нормативно-методические документы, в частности, в СНиП 2.02.02-85, в пособие П13-83 к главе СНиП Н-16-76, СН-477-75, ВСН 34-83 (Минэнерго СССР), ВСН 34 23.056-90 (Минэнерго СССР), П.21-82 (ВНИИГ), П-865-88 (Гидропроект), РСН 316-88 (Госстрой УССР), по которым автор был одним из исполнителей и руководителей разделов противофильтрационных мероприятий и завес;

- при разработке на уровне изобретений различных установок, методов исследований, конструкций сооружений и приборов, инъекционных материалов, их.изготовлении и использовании при проведении исследований и обосновании проектных решений.

От внедрения результатов исследований, по которым автор был руководителем и ответственным исполнителем, получен существенный экономическйй эффект. За разработку технических решений по уплотнению закарстованных мелов в основаниях сооружений Ровенской АЭС и требований к завесам, выполняемым методом "стена в грунте", автор награжден медалями ВДНХ.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на 27 Всесоюзных совещаниях, а также на 6 Международных конгрессах, конференциях и симпозиумах. В частности, они апробировались:

в СССР: по методам исследований, расчета и моделирования фильтрации (Ленинград, Киев - 1965,1967,1969,1971,1973), по методам натурных исследований и оценки состояний гидротехнических сооружений (Ленинград, Москва, Махачкала, Зугдиди -1973,1975, 1977, 1979, 1981, 1989, 1991), по закреплению грунтов и усилению оснований сооружений (Ленинград, Волгодонск, Уфа - 1971, 1986, 1990), по проектированию и исследованиям противофильтрационных завес и "стены в грунте'1 (Баку, Киев, Москва, Нарва - 1972, 1975, 1977, 1981, 1982, 1990, 1991), по проблемам экологии (Москва - 1990 ), по уплотнению закарстованных грунтов в основаниях сооружений (Уфа, Москва, Самара- 1984,1986, 1990), по реологии" бетонных смесей (Рига - 1986);

на международных симпозиумах, конференциях, конгрессах: по фильтрации воды в пористых средах (Киев - 1976 ), Европейской конференции по механике грунтов и фундаментостроению (Вена, Флоренция -1976, 1991 ); Международном конгрессе по механике грунтов и фундаментостроению (Стокгольм - 1981 ), Конгрессе международной комиссии по большим плотинам (Вена - 1991 ), Международной конференции по проблемам свайного фундирования (Минск - 1992 ).

Результаты исследований рассматривались на научно-техническом совете Минэнерго СССР, Ученых советах и секциях НИИОСП, ВНИИГ, МГМИ, Технических сонетах Гидропроекта и его отделений, Гидроспецпроекта.

Публикация. Представленные к защите результаты опубликованы персонально и в соавторстве в 107 печатных работах в отечественных и зарубежных изданиях, в том числе: в I книге, в 8 докладах в трудах Международных конгрессов, конференций и симпозиумов, а также включеры в 8 Всесоюзных и ведомственных нормативно-технических документов. Автором лично и в соавторстве разработано 22 изобретения. В прилагаемом к докладу сЬиске опубликованных работ приведены только основные публикации и внедренные изобретения, а также нормативно-технические документы, в которых использованы результаты исследований автора.

Личный вклад автора в разработку основ обоснования, расчета и оценки эффективности противофильтрационных мероприятий и завес в основаниях гидротехнических сооружений определяется тем, что им одним из первых в нашей стране проведены оригинальные натурные, модельные и теоретические исследования по указанным вопросам, результаты которых обобщены и внедрены при научном обосновании проектных решений подземного контура ряда гидроузлов.

В опубликованных в соавторстве работах автору принадлежат основные идеи методологии модельных и натурных исследований, разработки конструкций и устройств, научное руководство и непосредственное участие в экспериментальных, расчетных и теоретических исследованиях, обобщение научных результатов, формулирование выводов и разработка рекомендаций. Исследования, расчеты, разработки установок и приборов, а также некоторые теоретические и расчетные разработки совместно с автором выполняли сотрудники Гидроспецпроекта.

Основные положения и выводы по докладу получены лично автором и при его непосредственном участии. .

В проведении модельных и натурных исследований, расчетов, во внедрении их результатов участвовали Ю.М.Агапкин, В.А.Ашихмен, И.Г.Гальперин, Н.В.Герстле, А.Д.Гусаров, Л.Г.Гусева, Г.Ф.Дагаев, А.Г.Кабанов, В.М.Королев, К.А.Логинов, Т.П.ГТа-халюк П.У.Пониматкин, В.Г.Скоков, Г.Г.Тужихин, М.Ф.Хасин, Н.Н.Шевченко, Г.С.Эткин и ряд других сотрудников, которым автор выражает свою причнагельпость за их помощь в работе.

На защиту выносятся:

1. Фильтрационная и математическая модели скальных оснований, методы их построения и реализации, решения и моделирования задач фильтрации при обосновании противофильтрационных и укрепительных мероприятий.

2. Реологические свойства, реодинамика и гидравлика инъекционных растворов, применяемых для противофильтрационных и укрепительных мероприятий, способы определения реологических и гидравлических параметров.

3. Напряженно-деформированное состояние и фильтрационная прочность противофильтрационных завес, выполняемых методом "стена в грунте".

4. Эффективность противофильтрационных завес в основаниях гидротехнических сооружений по данным натурных наблюдений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Эффективность противофильтрационных и укрепительных мероприятий определяется мерой повышения фильтрационной прочности и деформационно-прочностных свойств грунтов, снижения их водопроницаемости и параметров фильтрационного потока в основаниях сооружений (расхода, скорости, напора, градиента), способностью обеспечивать их стабильность в период длительной эксплуатации сооружений.

Состав, конструктивные решения и параметры противофильтрационных и укрепительных мероприятий в основаниях гидротехнических сооружений определяются на основе анализа данных инженерно - геологических изысканий и построения фильтрационных моделей оснований, расчета и исследований фильтрации, фильтрационной прочности грунтов и напряженно-деформированного состояния (НДС) оснований, исследований реологических и противофильтрационных свойств применяемых материалов, проведения опытных работ и натурных исследований эффективности применяемых решений.

' Скальные основания плотин, особенно высоконапорных, - неоднородные водоносные системы [1 ...10], наиболее достоверно фильтрационная модель их может быт!» построена на основе совместного анализа данных о трещиноватости пород, гидроопробования скважин, режимных наблюдений и исследований фильтрации. При этом многообразие геологических ситуаций, фильтрационных моделей оснований и расчетных схем требует индивидуального подхода к решению задач фильтрации при обосновании противофильтрационных мероприятий по конкретным объектам [11...22].

Реологические свойства инъекционных растворов, применяемых для создания противофильтрационных завес, определяют конструктивные решения, технологию и качество работ. Выполненные автором совместно с В.М.Королевым исследования свидетельствуют о том, что реологические параметры вязко-пластичных тиксотропных растворов (бентонитовых, цементных,бентонито-цементных и др.) изменяются во времени, зависят от длительности действия и скорости приложения нагрузок, кривая связи расхода и давления является неравновесной [23...28].

Напряженно-деформированное состояние оснований существенно влияет на НДС. противофильтрационных и укрепительных мероприятий и их эффективность. Влияние НДС на эффективность противофильтрационных и укрепительных мероприятий учитывается при их обосновании конструктивными решениями, месторасположением завес и дренажей, применением материалов с соответствующими деформационно-прочностными и фильтрационными свойствами. Эти положения особенно важны для противофильтрационных завес, выполняемых методом "стена в грунте" в нескальных основаниях плотин [29...37, 45...47,54].

Эффективность противофильтрационных и укрепительных мероприятий, обоснованность принятых и реализованных решений объективно устанавливаются натурными исследованиями фильтрации, являющимися составной частью проекта. По результатам их в процессе наполнения водохранилища корректируются проектные решения и окончательно отрабатываются критерии их эффективности [6...10, 35, 40, 45...50].

. 1.Фильтрационные модели оснований сооружений и методы их . остроения

Методы определения гидрогеологических параметров в нескальных (пористых) грунтах разработаны достаточно полно и они позволяют с высокой точностью строи гь фильтрационные модели и учитывать в фильтрационных расчетах и исследованиях особенности конкретных оснований: слоистость, неоднородность,анизотропию, наличие слабо проницаемых и водоупорных прослоев и пр.

В скальных и полускальных основаниях гидротехнических сооружений для определения водопроницаемости пород в основном применяются методы позонного гидроопробования скважин, дополняемые иногда кустовыми откачками воды из скпажин. Эти применяемые методы не всегда дают полное представление о водопроницаемости и неоднородности массива пород в пределах всей активной области фильтрации, особенно в основаниях высоко- и сверхвысоконапорных плотин. В таких основаниях область фильтрации имеет большие размеры, доступность для бурения изыскательских скважин на высоких отметках склона и в глубине скального массива ограничена, к тому же гидроопробование пород выше уровня грунтовых вол дает лишь приблизительную оценку.

Построения фильтрационной модели скального основания наиболее достоверно производятся на основе совместного анализа данных о трещиноватости, удельных водопоглощений скважин, режимных исследований фильтрации в период разработки подземных выработок и откачки воды из котлована.

'Для структурно-однородных зон скального массива форма гистограмм для раскрытий трещим и удельных водопоглощений примерно одинаковая, а процент удельных водопоглощений н главных классах почти всегда больше процента зафиксированных трещин соответствующего раскрытия, что обусловленно наличием "узлов" и "каналов", образованных пересечением двух трещин. Количество каналов (узлов) и расстояние между ними оцениваются по величине суммарного процента больших удельных водопоглощений.

Шаг каналов (узлов) и их водопроводимость позволяют оценить водопроницаемость фрагментов, в том числе сопоставлением гистограмм удельных водопоглощений и трещин различных систем выявить главные водопроводящие системы трещин и количественно оценить анизотропию [4,5].

Такой подход к анализу водопроницаемости скального основания позволяет использовать обширный материал по трешиноватости, полученный по подземным выработкам горизонтов и составить обобщенную модель водопроницаемости скального основания на всю высоту плотины, включая скальный массив выше уровня грунтовых вод и на участках, которые были недоступны в период изысканий.

Переход от удельных водопоглощений и раскрытий трещин к коэффициенту фильтрации кусочно-однородных фрагментов осуществляется решением обратных задач при сопоставлении данных модели с данными режимных наблюдений в период откачки воды из котлована. В этом случае коэффициент фильтрации фрагмента скального массива по данным плановой модели определяется по формуле

7

л

к-—,_й______________(1)

н

_т_

гиб

, М- Го 1п 1,5 —

и-$— +- -

1р1 Ъхг0

где А"£-и ^ - коэффициент фильтрации ¡-го фрагмента и электрическое сопротивление квадрата электропроводной бумаги модели его; <2 - приток в котлован; Н - максимальный действующий напор; ииД - максимальное напряжение и суммарный ток в модели; т - мощность водоносного слоя ниже расчетной отметки котлована; г0- расчетный (приведенный) радиус котлована.

Анализ водопроницаемости пород скального массива может осуществляться также по данным колебания грунтовых вод [2,4,10], вызываемых атмосферными осадками. Уравнение связи коэффициента уровнепроводности (а), водопроводимости (кт) и коэффициента активной трещинойатости (/<) с характеристиками поля рассеяния колебательных процессов в двух наблюдательных точках имеет вид

_ кт _ (ох2 '' 2(/яс>«а)2 '

где со - частота синусоидальных колебаний; х - расстояние между расчетными сечениями 1 и 2; а - угол наклона большой оси эллипса амплитуд колебания уровней в наблюдательных точках; т - глубина (мощность) фильтрации.-

В результат детального анализа водопроницаемости, например, на Ингурской ГЭС активная область пространственной фильтрации в основании плотины разбита на 20 кусочно-однородных фрагментов.Коэффициент фильтрации фрагментов колеблется в пределах от 0,1 до 1,5 м/сут на левом берегу и от 0,1 до 3,0 м/сут на правом. По данным колебательных процессов уровня грунтовых вод на левом берегу средний коэффициент фильтрации получен равным: при осреднении в пределах 20 м от русла - 0,73 м/сут, при осреднении в пределах 90 м от русла - 0,163 м/сут,

Вопросам оценки и построения модели водопроницаемости скальных массивов пород по параметрам треншн посвящены работы Г.МЛомизе, В.Н.Жиленкова, Е.С. Рома, М.В.Раца, С.Н.Чсршлшжа, Л.В.Количко, Н.Б.Ивановой, В.Витке, К.Луи, Л.Мюллера и других. В этих работах скальный массив рассматривается в виде непроницаемых блоков, разделенных между собой водогтроводящими системами трещин, реже с хаотичным их распределением. Разработанные методы расчета и моделирования [56] позволяют с высокой точностью производить расчет коэффициента фильтрации при различных схемах трешиноваюсти, включая анизотропные и трещиновато-пористые среды. Но точность определения коэффициента фильтрации по параметрам_ трещин полностью зависит от достоверности исходных данных о трещиноватости и расчетной модели водопроницаемости.

Фильтрационные модели оснований составляются под решение конкретных задач, компановку сооружении и конструкцию подземного контура. В одних случаях возможно осреднение водопроницаемости в плановых и пространственных задачах, в других, напротив, требуется легальный учет фильтрационной неоднородности и анизотропии основании. Например, на Чиркейской, Ингурской и Токтзгульской ГЭС явно выраженный пространственный характер фильтрации потребовал детального анализа водопроницаемости и построения пространственных неоднородных фильтрационных и аналоговых моделей [7...12|. На Рубцовском водохранилище основание сложено

сильно водопроницаемыми известняками с прослоями мергелей и глин, имеет существенную в разрезе неоднородность и анизотропию. Здесь плановые и профильные неоднородные модели воспроизводят реальную картину фильтрации. Слабопроницаемые прослои (разделительные горизонты) и покровные отложения (в том числе в русле рек) залегают в основаниях сооружений Тюя-Муюнского и Могилевского гидроузлов, не учитывать которые в пространственных и плановых моделях недопустимо. При анализе фильтрации в основаниях земляных плотин, возводимых на скальных трещиноватых основаниях, возникают задачи формирования потока и скоростей фильтрации в крупных трещинах, ориентированных в направлениях движения фильтрационного потока под ядром плотины при наличии цементационных завес (Нурекская ГЭС, гидроузел Аль-Кадиссия в Ираке и др.). В таких случаях скальный массив может рассматриваться как среда с однородной проницаемостью, рассеченная системой крупных трещин с соответствующими параметрами.

Фильтрационная анизотропия характерна для скальных, лессовидных грунтов, неоднородных аллювиальных отложений, торфяных залежей, намывных площадок и плотин. Как показывают исследования [19], влияние анизотропии грунтов на их фильтрационную способность может быть существенным и неучет ее в расчетах может приводить к неправильной оценке эффективности противофильтрационных завес и дренажей, определений поверхности депрессии, высоты и мест высачивания фильтрационного потока.

В скальных трещиноватых основаниях сооружений процесс насыщения и осушения скального массива при колебаниях (повышениях и сработках) водохранилища протекает быстро, практически синхронно с изменениями граничных условий (уровней воды в водохранилище). Этому способствуют крупные водопроводящие трещины. При решении в таких средах задач неустановившейся фильтрации модель ее должна учитывать трещинную природу водопроницаемости, подобную модели Баренблата-Жел-това. Однако для решения задач неустановившейся фильтрации при сработке водохранилища применить ее оказалось практически невозможным. Фильтрационная модель, разработанная и реализованная автором применительно к неустановившейся фильтрации в крутом правобережном склоне водохранилища Ингурской ГЭС [10], строится в виде развертки по линии (ленте) тока и представляет магистральную трещину с неравномерным раскрытием по длине и высоте с системой оперяющих (подпитывающих) трещин. Раскрытие магистральной трещины по участкам (зонам) определяется пересчетом коэффициента "фильтрации при известной блочности пород.

2. Модельные исследования и расчеты фильтрации при оценке эффективности противофильтрационных устройств

Модельными исследованиями и расчетами фильтрации определяются месторасположение, глубина, протяженность и эффективность противофильтрационных завес и дренажных сооружений, параметры фильтрационного потока (напоров, расходов, скоростей фильтрации, отметок и мест высачивания) и распределения их по сечениям основания.

Критерием эффективности противофильтрационных устройств является доля снижения параметров фильтрационного потока при их наличии в сравнении с вариантом, когда противофильтрационных устройств не предусматривается. Конечной целью исследований и расчетов является выбор месторасположения противофильтрационных устройств и их параметров, при которых достигается наибольшая эффективность в снижении параметров фильтрационного потока до расчетных (допустимых) величин.

Аналитические методы расчета при наличии противофильтрационных устройств (завес и дренажей) разработаны преимущественно для плоских профильных и плановых задач фильтрации в однородных по водопроницаемости основаниях (Н.Н.Павловский, С.Н.Нумеров, П.Ф.Фильчаков, В.П.Недрига, Р.Р.Романов, Э.А.Демьянова, Л.Н.Павловская, М.Ф.Хасин и др.), охватывают далеко не все расчетные схемы, встречающиеся в практике гидротехнического строительства^ При наличии сложных границ питания и подземного контура, неоднородных грунтов основания прогноз фильтрации и оценка эффективности противофильтрационных мероприятий производится на математических моделях [8, 11,12,22].

Плосковертикальные (профильные) и планово-плоские (плановые) задачи решаются как на сплошных (бумажных) и сеточных аналоговых моделях, так и на ЭВМ методом конечных элементов (разностей). Из профильных, часто встречающихся задач, можно отметить задачи стационарной (квазистационарной) фильтрации в русловых сечениях подземного контура плотин, к системам несовершенных горных выработок, дренажа, котлованам с учетом неоднородной водопроницаемости и различных схем питания. Сюда же можно отнести моделирование плоскорадиальных задач фильтрации в береговых примыканиях плотин, к совершенным и несовершенным котлованам и системам выработок. Плановые модели используются как для чисто плановых задач, так и для построения плановых линий тока для последующего построения по ним профильных моделей. При решении плановых задач фильтрации с несовершенными завесами, границами питания и стока, а также при наличии водообмена между пластами расчет производится.по' методу фильтрационных сопротивлений.

Пространственные (трехмерные) задачи могут решаться на аналоговых моделях из твердых, желеобразных и жидких электропроводных материалов и комбинациях их с сеточными моделями, а также на ЭВМ методом конечных элементов. Моделирование на пространственных моделях целесообразно лишь в том случае, когда расчетные схемы не приводятся к плановым и профильным и они осложнены неоднородным строением области фильтрации, неравномерной гипсометрией пластов, наличием в пластах пород горных выработок, дренажей, завес, тектонических нарушений и пр.

Широкое применение для решения задач и прогноза фильтрации в основаниях гидротехнических сооружений получил метод электрогидродинамических аналогий (ЭГДА), который остается актуальным и в настоящее время. Исследования и разработки автора развивают этот метод моделирования и расчета фильтрации в неоднородных основаниях сооружений.

Расчет, проектирование и построение профильных бумажных моделей при решении плоских задач фильтрации обстоятельно описаны Н.И.Дружининым, И.Е.Жерно-вым, В.М.Шестаковым, Л.Н.Павловской и др. Однако при составлении профильных моделей по линиям тока должны учитываться одновременно особенности плановой и профильной фильтрации, поскольку линии тока в плане могут быть не параллельны между собой и в этом случае величина погонного расхода вдоль линии тока я.вляется величиной переменной. Эта особенность плановой фильтрации может учитываться путем приведения расчетных схем к вертикальным профильным. Приведение .состоит в замене ленты тока переменной ширины bi лентой тока с постоянной шириной, например, bi [22]. Замена производится поперечной либо продольной трансформацией расчетной схемы, в основу которой положен метод эквивалентности фильтрационных сопротивлений.

При поперечной трансформации лента тоже разбивается по длине на п участков, каждый из которых заменяется эквивалентным участком с постоянной шириной bi . •Расчет производится по формулам:

bn (3)

h . bn 8 b\ i-1 ' b\ • аь + l

»n-l lg°b сад 2 of

где од - коэффициент расширения (сужения) потока; А< - ширина ленты тока в i - м сечении; i>i, i-1 - приведенная ширина участка между сечениями i и i-1; од - коэффициент приведения для i-ro участка.

Физическое подобие между моделью и приведенной расчетной схемой обеспечивается соотношением

«44 , , (4>

aik = -г- kjpj = const,

O-ib

где aik - масштаб проницаемости i-ro участка, kj и р/ - коэффициент фильтрации j-слоя действительной расчетной схемы и соответствующее ему удельное сопротивление слоя модели.

При продольной трансформации рассматривается фильтрация по радиальной схеме и производится эквивалентная его замена линейным потоком при ширине bi и длине L :

¿1 Ьг (5)

L =-г-j— ln-j— ,

С' 2Z

где L - длина ленты тока ^ежду сечениями с шириной b\ v.bi .

Моделирование задач фильтрации с учетом анизотропии грунтов сводится к моделированию их в приведенных изотропных. Моделирование противофильтрацион-ных завес на профильных бумажных моделях производится также электропроводной бумагой [22]. При этом фильтрационное сопротивление завесы Ф0 определяется последовательным моделированием фрагмента с завесой и без завесы по формуле

л, _ Rcm f__jPcm___fcm \

° М100"*» 100 -р J '

где Rcm - электрическое сопротивление стандарта; <рСщ и <рСт -потенциал напряжения (в "/„) в цепи модели за стандартом при наличии и отсутствии завесы; at - масштаб проницаемости.

Суммарная эквивалентная длина фильтрационного сопротивления завесы определяется по формулам

. , ¿1 ¿2 . \ , LlL\<pi <7)

А-£ = . » (<ргр -VI) -12= L\--1-—г- ,

L\ iffl L2 {<ргр - <pi)

где L\ и Li - длины фрагментов моделей до и за завесой;/л и 1л - расстояния от внешних границ фрагментов модели до линий измерения потенциалов-соответственно Ф1 и <pi; <ргр - потенциал модели на границе питания.

Моделирование бетонных обделок и местного (шпурового) дренажа подземных выработок, зоны цементации производится путем замены реальной конструкции сооружений эквивалентной По притоку подземной выработкой круглого сечения без обделки и шпурового дренажа. Формулы для расчета эквивалентного радиуса следующие: для выработки с бетонной обделкой и цементацией -

Shi ч

Ru К

для выработки с бетонной обделкой и шпуровым дренажом ■

Л1

R =-

nl

(8)

(9)

для выработки с бетонной обделкой, цементацией и шпуровым дренажом -

Яц_~ (10)

R =-

Л1/2п1

Ли

Яо+а ia

для выработки с бетонной обделкой цементацией и продольным трубчатым дрена-

R =-

(И)

К?

R\2/„ Лц —

В приведенных формулах: R - эквивалентный радиус; R4- радиус зоны цементации с коэффициентом фильтрации кц; Лц и кц- радиус и коэффициент фильтрации сопрягающей цементации; R0 - радиус бетонной обделки по ее внешней стороне; ко -коэффициент фильтрации обделки; R - радиус выработки; L - расстояние между шпурами в поперечном сечении; п - число шпуров (дрен) в поперечнике; I - длина шпура; m - число поперечников со шпурами; Ri = Ro + а;

" ■= ^Ъ2 + 12: Ь = Rosing; А = arsh (0,2Sj) +arsh(l,15^j -2arsh{^ .

Моделирование безнапорной фильтрации с учетом инфильтрации [13] состоит в определении кривой депрессии при заданной величине интенсивности инфильтрации £. Моделирование инфильтрации производится с помощью линейной (функциональной) шины и сводится к подаче в отдельные точки электрических потенциалов такой величины, при которой обеспечивается поступление в модель с каждой единицы горизонтальной проекции электрического тока, соответствующего по условиям подобия интенсивности инфильтрации и одновременно - соответствие положения шины электрическим потенциалам в ее точках.

Интенсивность инфильтрации определяется зависимостью

2акЮ (12)

£ л: [ +Л<)]'

где 11 - максимальное напряжение в модели; 1 - суммарный электрический ток, поступающий в модель с функциональной шины, равный сумме отдельных токов У,; Яш и- электрическое и контактное сопротивления шины ,х- длина пути инфильтрации.

При атмосферном и внешнем боковом питании положения кривой депрессии и ее водораздела определяются последовательной регулировкой подаваемого напряжения в точках и высотной корректировкой шины.

При атмосферном и напорном питании решение сводится к определению положения кривой депрессии и притока воды в дренаж (котлован) в условиях взаимодействующих горизонтов. В этом случае расход определяется по формуле

q=aк а„

2Ьи . , -1 (13)

211 -.11 (Иш + йк)

где/1 - ток, моделирующий инфильтрацию; 1г- ток, моделирующий расход напорного подпитывания.

Методика моделирования инфильтрации в безнапорных потоках в сочетании с данными натурных наблюдений за уровнями воды в наблюдательных скважинах применима также для определения водоотдачи (недостатка насыщения) грунтов и инфильтрации атмосферных осадков.

На плановых моделях подземные выработки с бетонной обделкой, зоной цементации и дренажом (подходные выработки, цементационные и дренажные штольни и пр.), выполняющие роль местного дренажа, моделируются аналогично несовершенных горизонтальных дрен и вертикальных скважин после замены их по приведенным формулам эквивалентными радиусами. ПротивЬфильтрационные завесы, слабопроницаемые зоны тектонических нарушений моделлруются так же, как и на профильных моделях.

Крупные трещины и зоны тектонических нарушений скальных пород при нелинейном законе (турбулентном) фильтрации моделируются аналогами фильтрационного сопротивления (АФС) либо методом итераций с помощью функциональной шины [14, 17, 22] .-Настройка блока АФС производится при известных значениях фильтрационного сопротивления Ф, показателе степени нелинейности п ( 1 < п < 2), масштабе сопротивления Ьф и состоит в построении вольтамперной характеристики по зависи-1

, аф £/,• п

мости /,■ = —ф— , где - напряжение, Ц- ток.

При моделировании трещины функциональной шиной потенциалы в точках подаются через калиброванные сопротивления и величины их подбираются последовательными приближениями из условия соответствия подаваемым потенциалам в точках на модели напорам, полученным расчетом фильтрации ц трещине по расходам, поступившим из модели.

При наличии двух водоносных горизонтов, разделенных третьим слабопроницаемым (Могилев-Подольская ГЭС), моделирование производится с учетом перетока на комбинированной модели [11]. Расчет трехслойной комбинированной модели производится из условия

А т; коРото а™ =—3—=—<5Б—

где ат - масштаб проводимости, ки т; - коэффициенты фильтрации и расчетные мощности верхнего и нижнего слоев, /ч /<5 - сопротивление квадрата электропроводной бумаги этих слоев модели,к0 ,т0 - коэффициент фильтрации и мощность раздельного слоя, р0 ,д0 - удельное сопротивление и толщина слоя модели.

Методика и техника моделирования задач пространственной фильтрации в однородных основаниях хорошо разработаны и широко известны. При моделировании в неоднородных основаниях встречаются трудности с подбором электропроводных материалов. Для этих целей обычно применяют гелеобразные массы, дисперсные смеси, вальцмассу, электропроводные резины и пластмассы.

Для моделирования пространственной фильтрации в существенно неоднородном основании арочной плотины Ингурск'ой ГЭС автором совместно с Ю.М.Агапкиным была применена электропроводная смесь из ацетиленовой сажи (5-30 %), коллоидного графита (2-10%) с добавкой инертного наполнителя (пылевидного кварца) в количестве 10-150 вес. % по отношению к массе остальных компонентов [8, 15, 16, 65]. Требуемая электропроводность материала достигается соотношением введенных токо-проводящих компонентов сажи и графита, связующих и инертных. При изменении весового состава компонентов может быть получена смесь.с удельным электрическим сопротивлением от 20 до 10 Ом см и более (рис. 1).

Пространственная модель фильтрации в основании сверхвысокой арочной плотины Чиркейской ГЭС выполнялась из электропроводной смеси на основе вальцмассы.

Противофильтрационные завесы в моделях моделируются теми же компонентами

смесей с требуемой для завесы проводимостью, либо электропроводной смесью на основе полихлорвинила.

Подземные горизонтальные или вертикальные выработки с обделкой (или без нее), зоной цементации, шпуровым дренажом заменяются по формулам (8)...(11) эквивалентным радиусом, а затем моделируются участками круглым электродом.

Когда область фильтрации имеет.значительные размеры со сложными границами и гипсометрией неоднородных слоев, моделирование фильтрации осуществляется на комбинированных моделях, составленных из фрагментов плановой и пространствен-

0 0,5 (0 ом-см

Рис. 1 Зависимость удельных сопротивлений смеси от составляющих ее компонентов.

ной фильтрации. Связь между электрическими удельными сопротивлениями планового и пространственного фрагментов выражается зависимостями: при постоянной проводимости планового фрагмента -

а/с = к р1 = Од/ед,; (15)

при однородном безнапорном потоке на горизонтальном водоупоре планового фрагмента -

ак = У.\ р\ =к! раь/да:на1; при горизонтально-слоистом безнапорном потоке планового фрагмента -

<*к = А' =рафИ У6ан с&, < 17>

гдер; и Да - удельное сопротивление I - го слоя модели пространственного фрагмента и его коэффициент фильтрации, аф - масштаб сопротивлений.

Моделирование неустановившейся фильтрации в трещиноватом скальном массиве, например, при определении гидродинамических сил на крутых склонах водохранилища при быстрой его сработке, целесообразно производить на неоднородной по раскрытию (проницаемости) щелевой модели, построенной по линии тока. Соответствие натуры и модели обеспечивается из тождественности уравнений и граничных условий соотношением масштабных коэффициентов а\ = ара^/щ , где Яу=аг -масштаб скорости и проницаемости, ац - масштаб активной трещиноватости;а< -масштаб времени. В качестве рабочей жидкости может применяться глицерин, например, с коэффициентом кинематической вязкости V = 5 см /с. Инфильтрация на модели задается с учетом максимальной величины атмосферных осадков в расчетный период и бокового притока по оперяющим трещинам, скорость сработки водохранилища -расчетную и максимальную. Для условий Ингурской ГЭС поверхность депрессии фильтрационного потока в сторону водохранилища соответствует практически установившемуся режиму, высачивания и гидродинамических сил на отметке уреза воды в водохранилище не проявляется, устройства специального разгрузочного дренажа не требуется.

Поверочный расчет гидрогеологических схем в неоднородных и неоднородно-анизотропных средах в ряде случаев осуществляется аналитически с помощью функции Гиринского. Расчет сводится к определению отметок поверхности депрессии в контрольных сечениях профильных схем, составленных по направлениям линий тока грунтового (фильтрационного) потока [11, 18, 20].

Функция Гиринского в контрольном сечении х для слоистых неоднородно-анизотропных оснований с горизонтальной анизотропией имеет вид

фЛ = ф, _(ф1 _Ф2)£, (18)

где Ф* ,Ф1 ,Ф2 - функция Гиринского в сечениях х, 1 и 2 вида

Ф=УоГ*1 ш\ + шг + ...+ тп , Щ = к х/ку( - коэффициент анизотропии ¡-го слоя; кХ1 и кух - коэффициент фильтрации в направлении главных осей анизотропии; Ц - расчаный коэффициент фильтрации но слоя, принимаемый при а = 0,025...50 как к{ = ку I; 2/ - ордината, равная расстоянию от середины ¡-го слоя мощностью т до кривой депрессии.

Для слоистого неоднородно-изотропного основания (ст= 1) функция Гиринского принимает обычный вид В общем виде переменный по глубине г коэффициент фильтрации к2 в неоднородных средах может быть выражен многочленом типа

2 п

кг = а0 + а1 г + а2 2 +... +ап 2 . Функция Гиринского в этом случае принимает вид

Л2 г а| Л о2 Л2 2 дл Л" п <19>

[й° ~3 6 („+1)(п+ а)].

а в случае плоского притока воды в дренаж или котлован при неустановившейся фильтрации -

(20)

где Фо и Ф | - выражения функции Гиринского при замене /г соответственно на напоры в граничных сечениях Н0 и Л0 .

Высота высачивания на откосах склона (котлована) определяется зависимостью

[21]

Ив = ^ п - т + расход q - по формуле д=кН

Н

2Ь-п2Н2/2Ь /- +0,44т

'21)

(22)

где Н - действующий напор, Ь - длина пути фильтрации, т - мощность напорного фрагмента, п - заложение откоса, Н\ - максимальная глубина потока. Формулы (21) и (22) пригодны и для радиального потока после приведения (замены) их плоским.

3. Реодинамика инъекционных растворов, способы определения реологических

параметров

Реодинамика охватывает круг задач гидравлики и свойств растворов при неустановившемся их движении в канале различных форм и размеров. Исследования реоди-намики особенно важны для инъекционных растворов, применение которых связано с неравномерным и неустановившимся режимом подачи к месту работ и инъекции.

Неустановившийся режим движения растворов вызывается самим процессом инъекции при переменных параметрах (давлении, расходе, продолжительности), частыми остановками, изменением консистенции инъектируемых растворов и режима инъекции. При переменных режимах движения реологические характеристики растворов находятся в постоянной динамике и являются зависимыми от времени действия и скорости приложения нагрузок, а кривая связи расходов и давления (кривая течения) становится неравновесной (непостоянной).

При исследованиях реологических свойств и определении реологических характеристик обычно применяются различные типы вискозиметров (ротационные, капи-лярные, реотест и др.), вследствие чего численные значения параметров для одних и тех же растворов получают различными.

В отличие от известных автором совместно с В.М.Королевым исследования реологических свойств и гидравлики цементных и бентонитовых растворов выполнялись на автоматизированных стендах-вискозиметрах с непрерывной регистрацией гидравлических параметров, воспроизводящих реальные условия по форме и размерам сечения потока, времени действия и скорости приложения нагрузок, режиму и характеру движения потока [23...28,70,72,75,77].

> Опыты по прокачке растворов через трубы и щели производились последовательно, начиная с предельно густых консистенций, которые путем разбавления доводили до предельно жидких. Для каждых консистенций раствора и диаметра труб (раскрытия щели ) записывались 7-10 графиков кривых течения. Запись кривых производилась при двух режимах работы насоса: при наращивании числа оборотов от нулевого расхода к максимальному и обратно - от максимального до нулй.

При движении цементных и бентонитовых растворов в трубах и щелях наблюдается два явно выраженных режима движения - структурный и турбулентный - и наличие статического напряжения сдвига. Форма графиков для цементного раствора в зоне структурного режима существенно отличается от формы графиков для бентонитового раствора.

Кривые течения для цементного раствора в пределах зон каждого режима достаточно точно аппроксимируются прямой линией, и они практически стабильны при изменении режима прокачки. Некоторые различия, обусловленные наличием тиксот-ропии растворов, наблюдаются в начале кривой: для нисходящей форма кривой более плавная, а статическое напряжение сдвига меньше, чем у восходящей. Переход от структурного режима к. турбулентному обычно ярко выражен.

Характерным для кривых течения бентонитовых растворов (рис.2) является наличие в начале восходящей крирой повышенного перепада давления, которое в момент подвижки и после разрушения структурных связей на контакте с трубой, обусловленных тиксотропными свойствами раствора, резко снижается. Как правило, восходящая кривая в 'зоне структурного режима имеет два прямолинейных участка с примерно одинаковым наклоном, переход от одного участка к другому происходит скачком с увеличением расхода без повышения перепада давления. Первый участок восходящей кривой соответствует движению раствора с упрочненной структурой, приобретенной в момент покоя жидкости, второй соответствует движению раствора с частично разрушенной структурой в результате перемешивания раствора, что присуще тиксотропным жидкостям. Нисходящая кривая, как правило, параллельна второму участку восходящей кривой и имеет приблизительно равные с ним параметры. В зоне первого участка нисходящая кривая существенно смещена к оси расходов, оставаясь одновременно практически параллельной восходящей кривой на этом отрезке.

Таблица 1

Вид раствора Плотность, г/смэ Диаметр трубы, см Предельное напряжение сдвига, Па Структурная ВЯЗКОСТЬ Т| , мПа с

^оп 1 Тол 1 Тор

Цементный 1,61 1,09 _ 18,5 18,5 17,0

Цементный 1,50 1,09 - 6,9 6,9 14,0

Цементный 1,29 1,09 - 1,9 1,9 6,4

Бентонитовый 1,16 • 2,02 63,0 35,1 18,6 34,0

Бентонитовый 1,12 2,02 36,0 13,0 1,1 23,0

Бентонитовый 1,09 2,02 21,5 8,2 1,4 9,0

АР V

8 Л

в

\ <ч

г- Масштаб ДР 0 ¿¡03 МПа ...... |

о 372 т т М! 8, см у с

Рис 2. График Зависимости потерь напора от расхода для бентонитового раствора плотностью 1,16 г/см3 при диаметре трубы 20,2 .

Для описания кривых движения бентонитовых растворов и гидравлических расчетов требуется знать закон изменения структурной вязкости г] й предельного напряжения сдвига г как функции времени и состояния растворов: в момент покоя -т0п , в момент подвижки - год , в момент разрушения структурных связей - гор • Результаты обработки [24.. .26] некоторых кривых течения приведены в таблице 1.

Движение тиксотропных жидкостей наиболее полно описывается общим законом трения Максвелла, которой представляется в виде

¿ч -1 (23)

т = 1ф1 + гон е т

где т - касательное напряжение, хон - предельное начальное напряжение сдвига; 1 -время дефомации, Т = г/ /Е - период релаксации, Е - модуль упругости, ц - коэффициент структурной вязкости; е - основание натурального логарифма; ограничение:

го,, е Т > т0р.

Решив уравнение (23), получены (впервые) следующие формулы: - для расхода в щелях и трубах <2щ и Qm —

_ Рд'г. З-'Я.^З-' Л/».3-!. <24>

Ял«4 г, 4 '/> А-' М (25)

- для коэффициента гидравлического сопротивления X и обобщенного числа Рейнольдса Ие* -

1 1 / Л <\ <26>

щ ~ V '77'

где Ке = - параметр Рейнольдса, - паранетр Сен - Симона - Ильюши-

на, =

Лсоэ (б0°+ |агс ом ''5)

= 2

|</*-1'5| 5 1,* = 4

? :

5епI —

Ъе т -2

1 7 12 ——

При -^>0,1 Т (асимптота)

(27)

12 4 +$еп е Г 12

4 Ие" ' 25етг ке*

1

где

л

2Б еп

1?е

' _

£

Зрч'ет

„ 2

где Иет = Ие

йе" 6 ке*

65ел 1

_Е>_'

Трч(1 ,1 бру ет

(28)

(29)

64 6 +8епе Г 64

Численные значения периода релаксации определяются расчетом по зависимости (23), касательные напряжения г, и г2- опытными прокачками раствора по трубам (щелям) при продолжительности нагружения 11 и <2 .

При Т = °° формулы(24)... (29) преобразуются в формулы для движения структурированных вязко-пластичных жидкостей, не обладающих тиксотропными свойствами.

Для оценки гидравлических сопротивлений движения структурированных тик-сотропных жидкостей в начальной момент и при малых скоростях движения потока в расчетах необходимо использовать значения Гон , определяемые по восходящим кривым течения

Для определения гидравлических сопротивлений при длительном движении потока с большими скоростями и при определении критической величины обобщенного параметра Рейнольдса 1?е* в расчетах принимается тор, определяемое пи нисходящим кривым течения, структурная вязкость у определяется также по нисходящим кривым.

Для определения статического напряжения сдвига и структурной вязкости по опытным прокачкам раствора составлены номограммы и расчетные зависимости расходных, реологических и гидравлических характеристик для трубы, щели и комбинации труба-щель

Формулы пересчета кривых течения по характеристикам потока в трубчатом и щелевом каналах имеют вид [251

ДРщ и АРщ - перепады давления соответственно в щели и трубе; Qu( и Qm - раехид жидкости в щели и трубе; R - радиус трубы; b и д - ширина и раскрытие щели Сопоставления кривых течения в трубах и щелях, полученных измерениями характеристик потока и пересчетом по формулам (30), приведены на рис. 3. •

Исследования цементных паст с В/Ц=0,32...0,4 и пластифицирующими добавками (ССБ, М-1 и др.) [27] показали, что введение добавок в количестве 0,3...0,7% от веса цемента увеличивает подвижность в' 1,5...2 раза, замедляет загустевание паст до 30 минут, при перекачке по трубам пасты сохраняют подвижность в течение до 2-х часов, подвижность меняется в основном за счет изменения предельного напряжения сдвига при практически стабильной величине структурной вязкости, с увеличением температуры воды затворения подвижность паст и пластифицирующий эффект добавок уменьшается, прочность цементного камня не снижается.

При введении комплексных противоморозных добавок эффект получен следующий: Введение хлористого натрия увеличивает подвижность цементных паст и снижает интенсивность их загустевания, введение хлористого кальция резко снижает.подвиж-ность паст и увеличивает интенсивность загустевания, повышение температуры снижает подвижность и живучесть паст, содержащих комплексную добавку, например, 0,5% ССБ, 4% NaCl и 1 % СаС12 , при большем содержании СаС1г паста полностью теряет подвижность.

С погрешностью не более 1,7% гидравлические потери (Р) при движении цементных паст в трубах при структурном режиме могут определяться по формуле

ДР =5,33 +го) , где lud- длина и диаметр растворопровода, V - средняя

АРщ*=(Я/2д)(1щ /1т) йРт\ Qiy = (8/3) ß{bd г/лК 3) Qm ,

(30)

где ß

- 1 -(1/4)а, а = т0/х ,

Г",

6

ч

г

ю' £ 6

к

г

ю'

г V б иог 2 к в 8 а1 г г, с-'

Рис. 3. Зависимость касательных напряжений от скорости сдвига для цементного раствора, приведенных пересчетом характеристик потока в трубе к потоку в ще-ли;В/Ц - водоцементное отношение.

скорость движения пасты. При переходном и турбулентном режимах движения пасты в трубах диаметром 40... 100 мм Л =0,017...0,022. Обобщенный параметр Рейнольдса определяется по тем же вышеприведенным формулам.

Критическое значение обобщенного параметра Рейнольдса, соответствующее переходной зоне от структурного режима течения к турбулентному, при движении цементных растворов в трубах находится в пределах 1780...2800 и в щелях от 300 до 600.

4. Напряженно-деформированное состояние и фильтрационная прочность противофильтрационных "стен в грунте"

Противофильтрационные "стены в грунте" обычно имеют малую толщину и низкую водопроницаемость, работают совместно с сооружениями и вмещающими грунтами оснований и вместе с ними подвергаются изменениям напряженно-деформированного состояния (НДС) в период строительства и эксплуатации сооружений. С одной стороны, на НДС "стен в грунте" влияет НДС сооружений и оснований, с другой - "стена в грунте" сама влияет на НДС сооружений и оснований, поскольку она создает сосредоточенное гашение напора фильтрационного потока и имеет отличающиеся от вмещающих грунтов деформационные характеристики. Поэтому для "стен в грунте" в конкретных грунтовых условиях требуется подбирать такой материал (заполнитель),

Н/м*

«Яг ------

в/ц*о 5 II •

&1ц*0,8 \ 4

\ с

>- <1 л ■к

ЯШ ** * <й и

о Щель 8= Змм * •» 6= 4мм д ч & - 0.5мм 0 Труба ф фМмм X >» Ф(9,75мм |

который обладал бы высокими прот>гвофильтрационными качествами и был бы способен адаптироваться в условиях изменяющегося НДС без разрушения. Такими свойствами в большей, мере, чем другие, обладают материалы, которые содержат в своем составе глину, например, цементно-глинистый раствор (глинобетон), пластичный бетон, комовая глина и др. Однако свойств.! их зависят от состава, количества и свойств отдельных компонентов материала-заполнителя, применяемых для сооружения "стены в грунте".

Выполненные автором исследования по "стене в грунте" включали изучение деформационно-прочностных 1( противофильтрационных свойств цементно-глинисто-го материала различного состава, решения задач НДС для различных схем расположения "стены в грунте", формирования скоростей фильтрации при наличии трещин в "стене в грунте" [29...34, 52,53, 57...62, 76].

Исследованиями цементно-глинистого камня установлено, что модули деформации более чем на порядок увеличиваются в условиях трехосного сжатия в сравнении в данными при одноосном сжатии; коэффициент Пуассона в условиях трехосного сжатия уменьшается приблизительно в 1,5 раза в сравнении с одноосным (0,4-0,5); деформация цементно-глинистого камня на основе глин монтмориллонитового типа (Саригюх-ский бентонит) существенно больше деформаций камня на основе глин каол ино-гидрослюдистого типа (Горбский бентонит); ползучесть образцов в условиях одноосного сжатия нелинейно возрастаете увеличением нагрузок, модуль деформации с учетом ползучести уменьшается примерно в 10 раз при одноосном сжатии и в 2,8 раза при трехосном сжатии.

Исследования и расчеты напряженно-деформированного состояния выполнялись для "стен в грунте" в основании ядра плотины (гидроузлы Арпа-Чай, Азат и др.) и в схеме, когда противофильтрацион'ная диафрагма прорезает одновременно тело плотины и основание (дамба Киевской ГАЭС). Расчеты производились на основе деформационной теории по программе НИИЭС и энергетической модели по программе МГСУ. Деформационные характеристики "стены в грунте" принимались соответствующими глинистым материалам, цементно-глинистым различного состава и бетону, вмещаю-, щих грунтов основания и плотины - действующим напряжениям. Исследования показали, что деформационно-прочностные свойства материала "стены в грунте" существенно влияют на ее напряженно-деформированное состояние, ее статистическую устойчивость и надежность. Зоны с концентрацией напряжений и наибольшей возможностью трещинообразования располагаются в верхней и нижней частях "стены в грунте" - зонах ее сопряжения с ядром плотины и водоупором. Подбором материала с соответствующими деформационными свойствами вполне реально в конкретных условиях обеспечивать устойчивость и надежность "стены в грунте". По условиям напряженно-деформированного состояния для противофильтрационных "стен в грунте" наилучшим являются материалы с модулем деформации (0,3...2,0) 103 МПа (глиноце-мснтный, пластичный бетон). Такой материал обладает габкостыо, прочностью на сжатие до 1,0...2,0 МПа, повышенным сцеплением и хорошей адаптируемостью к НДС.

Фильтрационная прочность противофильтрационных "стен в грунте" - это спо-. собность заполнителя сопротивляться разрушающему воздействию фильтрационного потока. Оттого, насколько велика эта способность, зависит надежность "стен в грунте", возможность их применения в конкретных условиях.

При обосновании надежности "стен в грунте" по фильтрационной прочности приходится учитывать технологию сооружения, фильтрационные свойства и статическую работу "стен в грунте" и вмещающих грунтов.

Технология сооружения "стены"в грунте" включает проходку траншеи под глинистым раствором, который глинизирует с обеих сторон ее вмещающий грунт на

глубину, например, до 100 см при коэффициенте фильтрации грунтов 100...200 м/сут, образует на стенках траншеи глинистые корки. Коэффициент фильтрации тела стенки, заглинизированных зон и глинистой корки соизмерим, а фильтрационная прочность "стен в грунте" определяется устойчивостью глинистого раствора в заглинизированной зоне и способностью сопротивляться контактному выпору в поры вмещающего грунта глинистой корки и тела стенки.

Противофильтрацибнные "стены в грунте" в условиях неравномерных деформаций могут подвергаться трещинообразованию. Однако размыв (эрозия) поверхности трещин и увеличение раскрытия их может наблюдаться лишь при наличии в трещинах размывающих скоростей потока, величина которых зависит от расчетных схем фильтрации и водопроницаемости вмещающих грунтов.

Устойчивость раствора в заглинизированной зоне определяется свойствами, которые приобрел раствор после остановки в порах грунта. Например, свбйства бентонитового раствора в зоне глинизации в момент заполнения пор отличаются от исходных незначительно, но в процессе водоотделения плотность его повышается на 10-20%, структура глинистого материала принимает агрегатное состояние. Для местных глин процесс превращения раствора в агрегатное состояние завершается практически в момент остановки раствора.

Раствор в заглинизированной зоне после его остановки изменяет свои свойства также вследствие проявления тиксотропии. Статическое напряжение сдвига бентонитовых растворов в опытах увеличивалрсь за счет тиксотропии в 3-6 раз и более.

Устойчивость раствора (глинистого материала) в заглинизированной зоне после его остановки нарушается лишьпри'действии фильтрационных сил, способных преодолеть сопротивление удерживающих сил. В том случае, когда раствор, например, бентонитовый, сохранил свою структуру, устойчивость его в порах грунта обеспечивается за счет статического напряжения сдвига в состоянии покоя т0п [25]. В этом случае предельное состояние, при котором начинается движение (выдавливание из пор) раствора, характеризуется критическим градиентом напора , определяемым по форму. 4тпп £ Топ £ . г, лам /с = —-,— и /ц = 6,10 —рг- , где ао - среднии диаметр пор вмещающего грунта, О уао У и

- размер частиц в случае о'днофракционного грунта, £ - коэффициент извилистости, равный 1,3... 1,45.

Устойчивость раствора в заглинизированной зоне обусловливается не только его структурной прочностью, но и тем, что раствор вследствие водоотделения переходит в агрегатное состояние. Глинистые агрегаты в порах грунта удерживаются в этом случае за'счет сил сцепления, а транспортирующими являются гидродинамические силы [29]. Средний диаме.тр глинистых агрегатов в порах грунта приблизительно оценивается по VI — У 1

—— 2 , где у1 и у2 - плотность раствора в траншее и

формуле (I = (/0

соответственно агрегатов в порах грунта.

Экспериментальные исследования оценки глубины проникновения бентонитового раствора в поры вмещающего грунта и' оценки критических градиентов напора раскольматации подтвердили правомерность теоретических предпосылок и показали, что заглинизированнные зоны могут самостоятельно выдерживать значительные градиенты напора, то есть при наличии трещин в материале "стена в грунте" они мо^ут выполнять противофильтрационные функции. Влияние заглинизированной зоны допускается не учитывать, если градиенты напора в них превышают критические или скорость фильтрации воды в их зоне выше размывающей скорости, которую в первом приближении можно принять равной 0,5 см/с.

Исследования на контактный выпор противофильтрационного заполнителя "стен в грунте" из комовой глины, структурированной в бентонитовом растворе, и глиноце-ментного камня производили в приборах типа стабилометров, позволявших производить испытания материатов на выпор как в калиброванные отверстия различного диаметра, так и в поры реального грунта с коэффициентом фильтрации 100...200 м/сут. Исследованиями структурированной комовой глины и бентонитовой корки устанавливается связь между разрушающим (критическим) градиентом напора, сцеплением (растяжением) на разрыв Ср и расчетным диаметром пор. Для этих материалов сцепление на разрыв Ср , в том числе и сцепление, определенное методом шариковой пенетрации Сш, зависит от состояния грунта. Чем выше плотность и ниже влажность-глинистого материала, тем выше сцепление на разрыв и тем выше разрушающий градиент напора. Один и тот же глинистый материал в зависимости от влажности может иметь различные значения разрушающего градиента напора, в связи с чем допустимый (расчетный) градиент напора должен обосновываться в каждом случае с учетом конкретных условий. Образцы из комовой глины и бентонитовой корки реальных объектов имели разрушающий градиент напора в пределах 160...200 и коэффициент фильтрации в пределах 10~4 ... 10~6 м/сут.

Для цементно-бентонитовых образцов в диапазоне Ср до 40 КПа наблюдаются эмпирические зависимости: Ср = 0,0023 Ис1, и Ср = 0,1 Сш а диаграмма связи нагрузки-деформации образцов во времени свидетельствует о том, что цементно-бен-тонитовый материал с пределом прочности на сжатие 0,1 ...0,2 МПа является вязко-пластичным.

Разрушающий градиент напора на контактный выпор цементно-бентонитового материала увеличивается приблизительно пропорционально пределу прочности материала на сжатие. Зависимость между разрушающим градиентом напора, пределом прочности на сжатие и диаметром калиброванного отверстия имеет вид: .1р = 1,2 Ис:<1 . При выпоре в поры реального фунта цементно-бентонитового камня е пределом прочности на сжатие 1,0...2,0 МПа разрушающий градиент напора превышает 900.

Для обеспечения фильтрационной прочности расчетный (допустимый) градиент напора в "стене в грунте" принимаема меньше средней величины разрушающего градиента введением коэффициента надежности к , величину которого рекомендуется принимать в пределах 3...5, максимальную для сооружений первого класса, минимальную - четвертого класса.

Сопротивляемость заполнителя "стены в грунте" контактному размыву по трещинам исследовалась на установке, позволявшей испытывать на размыв по трещинам при различных гидростатических давлениях как глинистые материалы, предварительно уплотненные по компрессионной схеме, так и глиноцементный камень различной прочности.

Испытаниями на контактный размыв по трещинам водонасыщенных суглинистых и глинистых материалов установили, что размывающие скорости существенно зависят от свойств и физико-механических характеристик материалов, интегрально проявляющихся в величине сцепления. В некоторой степени средние размывающие скорости зависят также от раскрытия трещин (щелей), но это касается в большей мере образцов с пониженным сцеплением.

Испытаниями на размыв цементно-бентонитовых образцов получили эмпирическую зависимость размывающей скорости от предела прочности материала на сжатие: V = 7,2 Ъ0'894 . При достижении и поддержании в опытах размывающих скоростей размыв поверхности идет непрерывно интенсивностью 0,5...1,0 мм в сутки при крупности выносимых агрегатов 0,01 ...0,05 мм.

Размывающая скорость Ур характеризует сопротивляемость материала контактному размыву по трещинам в предельном состоянии.-Для обеспечения устойчивости стенок трещин при длительной эксплуатации действительные скорости сравниваются с допустимыми, величина которых определяется понижением размывающих скоростей на коэффициент надежности. На основе обобщения результатов исследований значения допустимых скоростей потока в трещинах для заполнителя "стен в грунте" рекомендуется принимать следующими (табл. 2):

Таблица 2

Вид заполнителя Допустимая схорость потока Vi, см/с

Глинистый При шар 5,0 лковой пе 10,0 нетрации 15,0 Сш , КПа 20,0

10 15 20 30

Цементно - бентонитовый При проч 0,5 ности на 1,0 сжатие, N 1,5 Ша 2,0

60 150 190 210

Размыв стенок трещин возможен лишь в том случае, когда действительные скорости потока в трещине превышают допустимые. Величина действительных скоростей зависит от схемы области фильтрации, ее геометрических параметров, водопроницаемости вмещающих грунтов и "стены в-грунте". Характерными для "стен в грунте" с трещинами являются две схемы: фильтрация при горизонтальной трещине (трещиноватой зоне) в "стене в грунте", выполняющей роль завесы в основании ядра (диафрагмы) плотины (рис. 4) а фильтрация при вертикальной трещине, например, зазоре между секциями.

Фильтрационный расчет сводится к определению расхода и скорости потока в трещине (в местном дефекте), перепада напора в сечениях "стены в грунте" вблизи трещины, градиентов напора в окрестности трещин и гидродинамических характеристик потока в области фильтрации.

Для напорного фрагмента, вмещающего "стену в грунте" с горизонтальной трещиной (дефектом), задача фильтрации решена методом конформного отображения [29]. Расчетные формулы для напоров получены следующими:

в точках у подошвы ядра и водоупора с верховой стороны завесы -

, д_( 1 . , 2 ± (а + b) . £ А 01)

п

где 2 Ф( - сумма фильтрационных сопротивлений фрагментов, расположенных с ■i—I

низовой стороны от фрагмента с расчетной точкой; b = sin— ,а = sin:

; т - мощность напорного фрагмента; I - расстояние от оси (сер.едины) фрагмента до трещины; <5 - раскрытие трещины;

в точках с низовой стороны завесы -

. я{ 1 . ,2 ±(д + ь) Ü А (32)

где 2 Ф включает также сопротивление фрагмента с расчетной точкой; ¡=1

с верховой и низовой стороны "стены в грунте" у трещин (дефектов) -

Л/=1 2 Ф*. 1=1

где X Ф> > - сумма фильтрационных сопротивлений фрагментов, расположенных /=1

ниже расчетного сечения (в первом случае включается также фильтрационное сопротивление трещин).

В случае вертикальных трещин напор в точках верховой и низовой граней определяется по формуле

(34)

Градиент напора в грунте непосредственно у трещин и в окрестности ее на расстоянии у определяется по формуле

' клу

1+И ¡4

(35)

Рис. 4. Расчетная схема фильтрации при. горизонтальной трещине в стене в грунте.

Результаты проведенных исследований используются при обосновании свойств противофильтрационного заполнителя, конструктивных решений и надежности про-

равнение результатов фильтрационной устойчивости "стен" с данными расчетов по фильтрации и напряженно деформированного состояния "стен", корректировка рассматриваемых свойств заполнителя

Схема движения информации при подборе свойств заполнителя протовофильтрационной "стены в грунте"

тивофильтрационных "стен в грунте" по схеме движения информации, приведенной в таблице 3.

5. Эффективность противофильтрационных'и укрепительных мероприятий по данным натурных наблюдений

Натурные и модельные исследования фильтрации, эффективности противофиль-трационных мероприятий выполнены автором на ряде объектов (табл. 4), целевые и наиболее полные на Чиркейской, Токтогульской, Ингурской, Саяно-ШушёнскойГЭС. Результаты их показывают, что эффективность цементационных завес зависит от многих факторов [6—9, 35...50,66...75].

Геологическое строение и трещиноватость пород определяют водопроницаемость, фильтрационную неоднородность и анизотропию скального массива, закономерность фильтрации в пространстве. Активная область и отдельные зоны фильтрации в основании сооружений часто соизмеримы с элементами неоднородности скального массива и размерами элементов подземного контура сооружений: глубиной врезки плотины, сопрягающей и укрепительной цементации, эффективной толщиной цементационной завесы. И каждый из элементов неоднородности и подземного контура сооружений может быть существенным на пути фильтрации.

Например, на Ингурской ГЭС крупные трещины и зоны повышенной трещино-ватости создают ориентированную фильтрацию, а при отсутствии цементной завесы -сосредоточенную. Эти трещины существенно влияют на окружающий скальный массив: повышают водопроницаемость, подпитывают и дренируют. Перекрытие водопро-водящих трещин и зон цементацией дает существенный эффект в снижении расходов фильтрации и в гашении напора на цементной завесе [6,10.46,54]. Эффект Цементации в зонах крупных трещин повышается также за счет большой дальности распространения в них раствора (40...60 м и более) и снижения за счет этого водопроницаемости скального массива на значительной длине пути фильтрации.

Сопрягающая и укрепительная цементация создают "порог"'и тем самым вызывают на входном участке вертикальною фильтрацию в направлении, имеющем повышенные фильтрационные сопротивления за счет цементации приблизительно горизонтальных трещин, например, на Красноярской, Ингурской, Токтогульской ГЭС, или донных отложений наносов на Нурекской ГЭС. На входном участке русловых сечений плотин, в зоне сопрягающей и укрепительной цементации гасится до 30- 60% действующего напора.

, Эффективная толщина цементационной завесы устанавливается анализом характера распределения и гашения напора по пути фильтрации. Гашение напора в теле цементной завесы неравномерное, обусловлено неоднородной трещиноватостьюи цемен-тируемостью пород, не имеет логического анализа по сечениям завесы. В целом водопроницаемость цементационной завесы к периферии повышается, ее граница устанавливается с помощью пьезометров, установленных на различном расстоянии от оси [1,3,67,74].

На береговых участках безнапорная фильтрация через цементационную завесу имеет явно выраженное горизонтальное направление, слабую гидравлическую связь с нижележащими горизонтами и выраженную высоту высачивания. В зоне между цементационной завесой и фронтальным дренажом (Чиркейская, Ингурская ГЭС) фильтрационный поток имеет две области [7, 46,47}: ниже кривой депрессии - гидравлически связанную, выше - струйного течения. На Чиркейской ГЭС фильтрационный поток в зонах цементационной завесы и дренажа разделен на два практически независимых потока глинистыми субгоризонтальными прослоями.

Эффективность проти^офильтрационных завес в основаниях плотин

Остаточный напор, %

Гидроэлектро- Геологическая Дейс- Расход в Положение Объем Противо- m Коэффи Эффек- >х Паление

станция порода твую- дренаже расчетного инъек- ф ильтра- 1 циент тивная о напора на Градиент

(плотина) щий Л/сек сечения ции, т.м. ционная фильтра i у протмюфн

напор, завеса о 5 цкн, толщина g я льтрационн напора

м £Г м/сут завесы, м и я oR заяесе, *

Известняки, Пробка и берего- Несовер-

Чиркейская ДОЛОМИТЫ вое примыкание 200 шенная 2 0,01 Более 20 50-95 10-30 10-70 3,0-9,3

Берег 2 0,91 До 20 60-90 30-50 15-40 1,0-7,0 '

Пробка и берего-

Ингурская То же 245 1750 вое примыкание . 490 Тоже 2 0,02 15-17 и более 60-70 30-40 40-60 8-18

Берег То же г 0,02 Более 15 33-80 20г40 20-60 3,5-15

Русло и берего-

Токто тульская Известняки 200 280 вое примыкание 100 То же 2 0,03 10-15 и более 30-70 10-15 10-55 12-15

Берег То же 2 0,01 10-15 40-75 20-40 10-15 2-6

Сино-Шу- Секции N 18, 25, Менее

шенская Сланцы 230 300 33, 39, 45 195 То же 2 0,02 10-15 60-95 5-10 40-30 8-18

Зубцовский Доломиты, мергели Совер- 0,03-

гидроузел и известняки 25 270 Русло 60 шенная 3 0,05 10 н более 50-70 20-30 до 45 0,6-1,2

Берег То же 3 0,05 10 и более 80 45-60 18-33 0,5-1,0

Несовер- 0,005-

Красноярская Граниты 92 7-10 Секция N 32 140 шенная 2 0,015 10-15 и более 82,5 10 72,5 4,5-6,0' '

0,005-

Секция N 48 То же 2 0,015 10-15 и более 70,0 25 45,0 2,4-4,0

Менее

Братская Песчаники, трапы 106 10-40 Секция N 32 44 То же 1 0,02 8-12 44 13,5 30,5 2,6

Секция N 56 То же' 2 Менее 0 02 10-15 и более 64 1.S 62,5 4,4

Устъ- Песчаники, Совер- o;oi и

Идимская алевролиты и трапы шенная менее Около 10 60-S0

89 4,3 Русло 96 2 4-12 56-68 5,0-6,0

Несовер- Около

Чарвакская Известняки 157 - Секция N 8 83 шенная 2 0,03 Около 10 62 8,2 53,8 8,3

Около

Секция N 17 То же 2 0,03 Окаю 10 62 45,5 20,0 3,7

Песчаники, Менее

Нурексюя алевролиты 270 до 10 Русло 182 То же 2 0,02 До 10 20-30 0-10 10-20 2,0-5,0

Совер- 0,1 - 0,5

Асуанская аллювий 72 - Русло 187 шенная 15 40-20- 98-99 1-1,5 95-97 1,7-3,3

Азатская аллювий 75 - Русло 3,5 • То же 1 0,001 0,8 90-95 5-10 80-90 100-120

* - стена в грунте, тыс. м2

Считается, что цементации подвергаются только трещины, имеющие раскрытие более 0,10 мм, трещины с раскрытием менее 0,05...0,10 мм обычными цементными растворами не цементируются. В то же время наличие таких трещин в скальном массиве, в том числе и в цементационной завесе', может создавать водопроницаемость, характеризуемую коэффициентом фильтрации 0,05 м/сут и более. На ряде объектов (Чиркейская, Саянская ГЭС и др.) при низкой средней исходной водопроницаемости скальных пород удельные водопоглощения в завесе после цементации составляют 0,01 л/ (мин м 2) и менее. Высокий эффект цементации здесь связан с цементацией отдельных трещин, имевших раскрытие до цементации более 0,1 мм, после чего скальный массив существенно снизил водопроницаемость.

При необходимости плотность цементации может быть повышена применением специальной технологии и материалов, например, высокодисперсных цементов (с удельной поверхностью до 9 тыс. см /г), цементно-бентонитовых растворов, силикат гелей, синтетических смол [36, 37,41...45, 71]. Однако применение соответствующих материалов и растворов в каждом конкретном слуиае обосновывается возможностью их применения по реологическим свойствам, сопротивляемостью фильтрационному потоку (рис. 5), долговечностью, технико-экономической целесообразностью. Например,

^р'Шг/см] !'/• ЧаНО,

но

Время, сутки

I <2-

т

50

25

а зо ю 50 со п

Расход у, л/мим • /О'1

Рис. 5. Результаты исследований свойств бентонито-силикатных гелей: а - пластической прочности во времени; б - фильтрационной устойчивости (сплошные линии при ступенчатом повышении напора, точки - при снижающемся вовзвратном напоре или повторном испытании).

примененные для доводочной инъекции на гидроузле Аль-Кадиссйя (Ирак) по инициативе автора бентонитно-силикатные и цементно-бентонитовые растворы подверглись предварительно всесторонним исследованиям [41, 42] и международной экспертизе, прежде чем были регламентированы к применению. Комбинированная технология инъекции пород в зоне соленого пласта на Рогунской ГЭС, включающая цементацию пород в скважинах 1-й и 2-й очереди цементно-бентонитовыми растворами, а в скважинах 3-й очереди бентонитовыми и бентонито-силикатными растворами позволяет уверенно достигать плотность цементации, характеризуемую удельным водопоглоще-нием не более 0,01 л/мин м ). На Саино-Шушенской ГЭС на участке плотины левого берега дополнительная инъекция силикагслями позволила снизить водопроницаемость пород, которая до инъекции характеризовалась удельным водопоглощением порядка 0,01 л/мин м2). В основаниях сооружений Ровенской АЭС выполнены тампонажные работы в меловых отложениях, технология и эффективность которых обоснованы с позиции реологических свойств примененных цементно-бентонитовых растворов, фильтрационной устойчивости инъекционных материалов и основания [38, 39,55] .

Согласно СНиП И-54-77 требуемая плотность цементации по удельному водо-поглощению связывалась с высотой плотин, а не с цементируемостью пород. Так при высоте плотин более 100 м согласно СНиП удельное водопоглощение в цементационной завесе после цементации пород не должно было превышать 0,01 л/ (мин м 2), что не всегда достижимо. Например, на Чарвакской ГЭС фактическая водопроницаемость завес характеризуется удельными водопоглощениями 0,0138...0,0312 л/(мин.м2 ), на Чиркейской 13С - 0,0047...0,0072 л/(мин м2), на Ингурской ГЭС до 20% контрольных скважин имеют водопоглощение в пределах 0,02...0,05 л/ (мин м 2 ), при высоте плотины до 60 м СНиП П-54-77 допускал принимать плотность цементации по удельному водопоглощению до 0,05 л/ (мин м2),не связывая его с геологическими условиями, цементируемостью и фильтрационной прочностью породы. При таком подходе к назначению критериев оценки качества цементации пород в зависимости от высоты сооружений не обеспечивается равноценная надежность плотин различной высоты. Правильнее плотность цементации назначать в зависимости от геологических условий, действующего градиента напора, в цементационной завесе [61] и фильтрационной прочности пород основания.

Удельное водопоглощение и коэффициент фильтрации в цементационной завесе существенно различные по фрагментам завесы. Наиболее достоверно они определяются статистической обработкой результатов по очередям цементации и контроля при логарифмически-нормальном законе распределения. Расчетные величины удельного водопоглощения (коэффициента фильтрации) по фрагментам завесы определяются вычислением доверительной оценки математического ожидания (при ограничении сверху) с вероятностью, например, 0,95 (0,90) [41,44].

Под воздействием изменяющихся нагрузок от веса плотин при их строительстве, наполнения водохранилища и Колебания его уровня напряженно-деформированное состояние оснований в процессе-

строительства и эксплуатации высоконапорных плотин постоянно изменяется. Но интерес представляет не только сам факт изменения НДС, но и зависимость от НДС деформационных характеристик массива пород, характеристик фильтрационного потока, эффективности подземного контура и противофильтрационных устройств.. Фильтрационные характеристики наиболее чувствительны к изменениям НДС и служ!т "индикатором" состояния основания и подземного контура плотины.

Влияние НДС на изменения физико-механических характеристик массива пород, фильтрации в основании плотин наиболее характерно прослеживается на Саяно-Шу-шенской и Ингурской ГЭС. На Саяно-Шушенской ГЭС [45] в период наполнения

водохранилища до отметок 480...510м и действующих напорах 160-190 м в основании плотины проявлялись в основном сжимающие напряжения, колебания уровня водохранилища не вызывали существенных изменений характеристик основания и фильтрации. Плотность цементационной завесы, характеризуемая коэффициентом фильтрации 0,006-0,010 м/сут, в этот период сохранялась стабильной по фронту и глубине завесы, практически весь напор гасился на участке плотины от верховой грани до дренажа.На этапе наполнения водохранилища выше отм. 510 м и колебаниях его в пределах отметок 510...540 м (НПУ) характерными стали проявления растягивающих напряжений под верховой гранью, разуплотнения пород в основании первого столба плотины и других местах поперечного сечения на всю глубину исследований (до 45 м). Харак-тернйе области расположены в контактной зоне глубиной 3-7 м внутри и у нижней границы укрепительной цементации, в направлениях крупных трещин и тектонических нарушений. Наибольшее разуплотнение отмечается под верховой грднью, по мере роста напора глубина его увеличивается. Увеличение коэффициента фильтрации в разной мере (в 2-5 раз и более) фиксируется измерениями по глубине до 80...100 м, в контактной зоне основания под первыми и вторыми столбами плотины коэффициент фильтрации зацементированных пород с 0,01 м/сут возрос до 0,10...0,30 м/сут и более. Особенно сильно зона разуплотнения проявляется на участке сопрягающей цементации, при высоких УВБ пересекает цементационную завесу и местами линию дренажа. Средний коэффициент фильтрации завесы при УВБ 534-540 м находится в пределах 0,024...0,41 м/сут, ниже укрепительной цементации - 0,013...0,015 м/сут. При понижении уровня водохранилища водопроницаемость пород и расход фильтрации снижаются практически до исходных величин.

Реальное разуплотнение в контактной зоне представляется в виде раскрытия существующих уплотненных цементацией трещин, образования новых трещин в скальном массиве, раскрытия контактного шва бетон-скала. При этом эпюры фильтрационного давления на подошву плотины во всех сечениях остаются ниже, чем по СНиП, градиенты напора в завесе в пределах 10... 15 в верхней части и 6-8 в нижней, гашение напора на цементационной завесе в пределах 30..35%.

Характер фильтрации в основании и береговых примыканиях арочной плотины Ингурской ГЭС пространственный и более сложный [6,10,46], чем на Саяно-Шущен-ской ГЭС. Картина фильтрации в процессе наполнения водохранилища осложнялась по мере роста напора и расширения области фильтрации. Расход фильтрации в дренажах и подземных выработках при НПУ составляет 1,8 м 3/с, высачивается практически по всем подземным горизонтам при слабой гидравлической связи между собой, что является особенностью для трещиноватых скальных оснований. В береговых примыканиях плотины фильтрационный расход повышен за счет обходной фильтрации и фильтрации под завесу. Несмотря на существенные водопроявления и расходы, в данных инженерно-геологических условиях фильтрационная обстановка закономерна и стабильна. Некоторым изменениям подвергалось распределение напора в пробковой части основания плотины, где до 1986 г. остаточный напор с низовой стороны завесы не превышал 10% от действующего при отм. УВБ до 460 м (действующий напор 170 м). Увеличение напоров в контактной зоне основания с бетоном и у низовой грани цементационной завесы на уровне нижней границы укрепительной цементации зафиксировано в 1985 г. при отметке водохранилища 480...490 м. При понижении уровня водохранилища напоры за завесой восстановились в пределах начальных величин (до 10%), т.е. характер гашения напоров в основании находился в условиях упругих деформаций. После глубокой срабо^ки водохранилища в 1986 г. и последующего повышения в 1986-1991 г.г. до отм. 490...510 м напоры у низовой грани цементационной завесы возросли и при сработках водохранилища до отм. 410...420 м удерживаются

с 1986 г. на уровне до 30...37% и возрастают до 40% и более при высоких отметках. Создается впечатление "сдвига" эффективной части цементационной.завесы в сторону нижнего бьефа, то есть фильтрационное сопротивление входного фрагмента понизилось за счет разуплотнений пород под Верхней гранью. Напору в зоне дренажа минимальные - на уровне 1... 1,5%, остаются стабильными и практически не зависят от отметок УВБ (рис. 6). На других участках характер гашения напора в основании плотины при колебаниях водохранилища почти не меняется, цементационная завеса сохраняет свою эффективность и стабильность при градиентах напора 8.-17 в русловой части и 10...18 на береговых участках нижнего горизонта. На верхних горизонтах и концевых участках градиент напора в завесе закономерно снижается.

Эффективность дренажа и отдельных дренажных скважин детально изучалась на Чиркейской, Ингурской и другой ГЭС путем постепенного бурения и включения в работу дренажных скважин, сближения их шага от 12... 16 до 3...5 м, отключения отдельных скважин и целых групп, измерения напоров в промежутке между скважинами, расходометрии и термометрии скважин.- Исследования показали, что дренаж (дренажные штольни и скважины) в скальных основаниях работает по притоку чрезвычайно неравномерно - приток приурочен к отдельным трещинам и водопроводящим зонам. Эффективность дренажа в снижении напоров преимущественно зависит от трещиноватости (блочное™) и от водопроницаемости скальных пород. При коэффициенте фильтрации пород более 0,05...0,10 м/сут дренирование скального массива трудностей не вызывает, и оно может быть осуществлено одним рядом скважин при шаге 5-10 м, расположенных на расстоянии 20...40 м от оси цементационной завесы. Дренаж, расположенный вблизи цементационной завесы, неэффективен и может рассматриваться лишь в качестве вспомогательного. При меньшей водопроницаемости пород для дренирования скального массива требуется применять пространственную схему дренажа: линейного ряда скважин (одного или нескольких) в сочетании с веерным дренажом. Особенно большие трудности с дренированием скального массива встречаются в этом случае при коэффициенте фильтрации менее 0,005 м/сут и наличии горизонтальных водоупорных прослоев, например, левый берег плотины Чиркейской ГЭС.

На ряде гидроузлов дренаж подсекает крупные трещины и зоны тектонических нарушений, имеет высокие расходы и напоры при слабом заполнителе трещин (дренажные штольни правого берега арочной плотины Ингурской ГЭС), приток в дренажные штольни приурочен к трещинам и при отсутствии бетонной обделки, заполнительной и укрепительной цементации не перехватывается дренажными скважинами. Долговечность такого дренажа может оказаться недостаточной даже при наличии в штольне набрызг-бетона"или торкрета. ,

На Красноярской, Чиркейской, Токтогульской ГЭС дренаж выполнен двухрядным. Наблюдения за работой таких дренажей показывают, что при их удовлетвори, тельном состоянии снижение напоров обеспечивается одной линией, вторая линия дренажа является резервной и обеспечивает дренирование потока лишь со стороны нижнего бьефа.

При совместной работе эффективность гашения напоров цементационной завесой и дренажом может быть существенно различной в зависимости от водопроницаемости пород скального основания. При коэффициенте фильтрации пород более 0,3...0^5 м/сут напор эффективно гасится цементационной завесой, дренаж в этом случае выполняет контрольную роль; при коэффициенте фильтрации пород в пределах 0,1...0,3 м/сут эффективность цементационной завесы и дренажа равноценны; при коэффициенте фильтрации пород менее 0,1-0,05 м/сут цементационная завеса мало-

эффективна, понижение напоров в подземном контуре обеспечивается в основном дренажом.

На рис. 7 приведены типовые схемы подземного контура высоконапорных плотин. Анализ результатов натурных наблюдений за пьезометрическими напорами в основаниях плотин Чиркейской, Токтогульской, Ингурской, Саяно-Шушенской, Курпсай-ской и других ГЭС [10, 35,40,45...47, 49] свидетельствует о том, что в русловых сечениях плотин характер фильтрации близок к плоскому, распределение напоров зависит от эффективности противофильтрационных устройств и отметок дренирования (излива воды из дренажа), эпюры фильтрационного давления существенно меньше нормативных по СНиП 2.02.02-85.

Рис. 7. Схемы подземного контура бетонных плотин (а и б) и эпюры пьезометрических напоров (в) по обобщенным натурным данным (1) и СНиП (2), 1-ось цементационной завесы, И - ось первого ряда дренажных скважин, Ш - ось второго ряда дренажных скважин, IV - зона укрепительной цементации; + - отметка разгрузки дренажа

На основе анализа пьезометрических напоров в основаниях действующих плотин считаем возможным рекомендовать (с запасом) для расчета устойчивости плотин на скальных основаниях обобщенную эпюру фильтрационных напоров (рис. 7-), распределение которых принимается по линейному закону: полный напор на границе с верховой-гранью, 10% от действующего напора на линии первого ряда дренажа, ноль на границе с низовой гранью плотины.

Характер фильтрации и закономерность распределения напоров в скальных основаниях сооружений, определяемых натурными наблюдениями, являются наиболее достоверными. Результаты их должны учитываться в расчетах и исследованиях НДС.

В нескальнЫх основаниях плотин расчет и прогноз фильтрации, его параметров и эффективности противофильтрационных мероприятий особых трудностей не вызывает. При наибольших напорах в настоящее время эксплуатируется Асуанская инъекционная завеса в Египте [40, 50] и "стена в грунте" в основании плотины гидроузла Азат. Асуанская инъекционная завеса стабильно работает 25 лет, гасит свыше 95% действующего на плотину напора при его градиенте 1,7...3,0. Градиент напора на Азатской "стене в грунте", выполненной из глино-цементного материала, превышает 100, эффективно работает свыше 20 лет.

Допустимые критические градиенты для инъекционных завес в пределах 4...7,5, для "стены в грунте" из глино-цементного заполнителя 125, из пластичного бетона 150,

из комовой глины 40 [59...61]. Для противофильтрационных завес в нескальных грунтах, выполняемых методом струйной технологии, допустимые перепады напора определяются конструкцией завес, и они в основном рекомендуются для низконапорных сооружений [31...33, 53].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Б диссертационной работе представлены обобщенные результаты теоретических, экспериментальных и натурных исследований, выполненных автором по вопросам построения фильтрационных моделей,' моделирования и расчета фильтрации, реологических свойств и фильтрационной прочности материалов, эффективности противофильтрационных завес и дренажа, позволяющие решать проблему обеспечения йадежности и экономичности сооружения противофильтрационных устройств, имеющую важное народно-хозяйственное значение.

Основные научные, практические результаты и выводы, полученные в работе, следующие:

1. Разработан способ определения водопроницаемости пород и построения фильтрационных моделей скальных оснований гидротехнических сооружений на основе совместного анализа удельных водопоглощений, трещиноватости пород и режимных наблюдений за фильтрацией. Установлено, что скальным основаниям в наибольшей мере соответствует кусочно-однородная пространственная модель водопроницаемости, включающая ряд структурно-однородных областей (фрагментов), отличающихся по водопроницаемости, рассеченных системами крупных водопроводящих трещин (зон) и водоупорных слоев.

2. Разработаны методы моделирования пространственной фильтрации в неоднородных основаниях при наличии противофильтрационных устройств и подземных сооружений на электрических моделях, позволяющих воспроизводить особенности оснований и фильтрации, включая нелинейный закон движения потока й зонах крупных трещин, моделирования прямых и обратных профильных задач фильтрации с учетом инфильтрации, моделирования фильтрации на комбинированных планово-пространственных моделях.

3. Решена задача расчета горизонтального дренажа при установившейся и неустановившейся фильтрации в неоднородно-анизотропных грунтах, для решения контрольных гидрогеологических задач разработан метод с применением функции Гиринского.

4. Решена задача плоской фильтрации в фрагменте основания плотины, включающем противофильтрационную "стену в грунте" с трещинами, формирования скоростей потока и градиентов напора в зонах трещин, напоров в сечениях основания.

5. Установлено, что при коэффициенте фильтрации трещиноватых скальных пород выше 0,1 м/сут и колебаниях уровня водохранилищ со скоростью до 3-5 м/сут поверхность депрессии фильтрационного потока в пределах активной области фильтрации, в том числе на участках крутых склонов берегов водохранилища; практически соответствует ее положению при установившейся фильтрации.

6. Решены уравнения движения в трубах и щелях (трещинах) вязко-пластичных тиксотропных жидкостей, получены формулы для расхода, коэффициента гидравлического сопротивления, числа Рейнольдса и соотношений гидравлических параметров при движении жидкостей в трубах и щелях.

7. Разработана методика определения реологических параметров вязко-пластичных тиксотропных жидкостей по результатам прокачек по трубам и щелям, для ускорения расчета составлены номограммы, получены качественно новые результаты по реологии бентонитовых и цементных растворов, в том числе с пластифицирующими и

морозостойкими добавками. Установлено, что касательное напряжение сдвига для тиксотропных жидкостей существенно зависит от состояния, времени и скорости на-гружения, величина его для бентонитового раствора может отличаться в 3-5 раз и более.

8. Исследованы напряженно-деформированное состояние, деформационно-прочностные свойства и фильтрационная прочность противофильтрационных "стен в грунте", установлены условия и возможности трещинообразования, механизм размыва трещин, критические градиенты напора и скорости фильтрации для различного материала-заполнителя стен.

9. Разработан алгоритм подбора материала-заполнителя противофильтрационных "стен в грунте", свойства которого по деформационно-прочностным характеристикам и фильтрационной прочности удовлетворяют конкретным условиям проектируемого сооружения.

10. Выполнены натурные наблюдения и анализ эффективности противофильтрационных мероприятий на конкретных объектах. Установлено, что эффективная толщина цементационных завес составляет в среднем 10... 12 м при максимальной в условиях крупной трещиноватости пород до 20 м и более, градиенты напора в цементационных завесах действующих сооружений имеют уровень не выше 10...15, эффективность цементационных завес в зависимости от проницаемости пород различна, различна и роль, которая отводится в конкретных условиях цементационной завесе и дренажу.

И. При коэффициенте фильтрации пород в естественном состоянии более 0,3...0,5 м/сут напор эффективно гасится цементационной злвссой, дренаж в этом случае выполняет контрольную роль; при коэффициенте фильтрации пород в пределах 0,1...0,3 м/сут эффективность цементационной завесы и дренажа равноценны; при коэффициенте фильтрации пород менее 0,10...0,05 м/сут цементационная завеса малоэффективна, понижение напоров обеспечивается дренажом. При благоприятных геологических условиях в этом последнем случае может рассматриваться вопрос о нецелесообразности сооружения цементационной завесы.

12. Установлено, что водопроницаемость и эффективность цементационных завес и сопрягающей цементации в скальных основаниях высоко- и сверхвысоконапорных плотин подвержены изменениям и зависят от положения уровня и режима наполнения (сработки) водохранилища: Снижаются при повышении УВБ и повышаются при его снижении. Наиболее сильным изменениям подвержена контактная зона основания глубиной до 7... 10 м с верховой стороны плотины в пределах 1/3 ее ширины.

13. Эффективность дренажа зависит от трещиноватости и водопроницаемости пород скального массива, в которых размещаются дренажные скважины. При коэффициенте фильтрации пород более 0,05...0,10 м/сут дренирование скального массива обеспечивается при шаге дренажных скважин 5-10 м. При коэффициенте фильтрации пород менее 0,005 м/сут возникают трудности при дренировании скального массива, Дренаж в этом случае целесообразно выполнять пространственным. Диаметр дренажных скважин 70... 100 мм для трещиноватых скальных'пород вполне достаточен.

14. Эпюры противодавления в основаниях многих действующих сооружений ниже расчетных и нормативных. При благоприятных гидрогеологических условиях понижение напора в скальных основаниях сооружений трудностей не представляет и может обеспечиваться до значений, значительно меньших нормативных по СНиП 2.02.02-85.

Для расчета устойчивости плотин на скальных основаниях при наличии цементационной завесы и дренажа рекомендуется обобщенная эпюра фильтрационных напоров, в которой распределение напоров принимается по линейному закону: полный напор на границе с верховой гранью, 10% от действующего напора на линии дренажа, ноль на границе с низовой гранью плотины.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации

1. Основные задачи и состав натурных исследований по фильтрации в скальных основаниях гидротехнических сооружений. //Труды координационных совещаний по гидротехнике, выпуск 49. - Л., 1969. - С.149-154.

2. Оценка фильтрационных параметров скальных пород на основе анализа колебаний грунтовых вод. // Инженерные изыскания в строительстве, серия И. Реферативный сборник, выпуск5 (33). - Москва, 1974. - С. 52-56 (соавтор Н.И.Шевченко).

3. К вопросу натурных наблюдений за фильтрацией в скальных основаниях высоконапорных бетонных плотин. // Труды Гидропроекта. 1974, выпуск 43. - С. 99-104 (соавтор К.И.Максимов).

4. Результаты натурных исследований фильтрации в основании арочной плотины Ингури ГЭС в период откачки воды из котлована. // Труды Гидропроекта. 1976, выпуск 49. - С. 3-16 (соавторы В.В.Котульский, Н.И.Шевченко).

5. Фильтрационная модель скальных оснований высоконапорных плотин. // Доклады Ш Международного симпозиума "Фильтрация вод в пористых средах", часть 3.-Киев, 1978.-С. 41-49.

6. Натурные исследования фильтрации в основании плотины Ингурской ГЭС в период строительства. // Гидротехническое строительство. - 1979, N 12. - С. 10-15 (соавторы К.И.Максимов, П.С.Соколовский).

7. Результаты натурных наблюдений за фильтрацией в основании арочной плотины Чиркейской ГЭС в период наполнения водохранилища. // Труды Гидропроекта. 1977, выпуск 58. - С. 10-25 (соавторы К.И.Максимов, В.Г.Скоков).

8. Результаты модельных и натурных исследований фильтрации в основании арочной плотины'Ингури ГЭС. // Труды Гидропроекта. 1982, выпуск 75. - С. 49-60 (соавтор А.Г.Кабанов).

9. Результаты натурных наблюдений за фильтрацией в основании беконной плотины Токтогульской ГЭС в период наполнения водохранилища. // Труды Гидропроекта. 1982, N 79. - С. 53-62 (соавторы К.И.Максимов, П.С.Соколовский).

10. Характер фильтрации в основании и береговых примыканиях арочной плотины Ингурской ГЭС. // Труды Гидропроекта. 1992, выпуск 155. - С. 27-47.

11. Методы расчета и моделирования задач фильтрации при оценке эффективности работы противофильтрационных завес. // Сб. Проектирование и создание проти-вофильтрационных устройств в основаниях высоких плотин. - Москва, 1972. - С. 9-17.

12. Моделирование пространственной фильтрации в основаниях и береговых примыканиях высоконапорных плотин при оценке эффективности работы противофильтрационных устройств. // Труды координационных совещаний по гидротехнике, выпуск 93.-Л., 1974.-С. 17-21.

13. Динамика грунтовых вод при осушении верховых болот. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к'анд.техн.наук. - Москва, 1967. - С. 19.

.14. Расчет дренирующей способности тектонических трещин в скальных основаниях гидротехнических сооружений на моделях ЭГДА. //В кн.: Материалы 3-го семинара по применению геофиз. и матем. методов при гидрогеол. и инж.-геол. иссле-.дов. - МГУ, 1970. - С. 86-93.

15. Электропроводный материал для моделирования пространственной фильтрации методом ЭГДА. // Гидротехника и мелиорация. - 1972, N 4. - С. - 34 (соавтор Ю.М.Агапкин).

16. Состав и свойства электропроводных материалов для моделирования пространственной фильтрации методом ЭГДА. // Труды Гидропроекта. 1974, выпуск 43 - С. 139-148.

• 17. Моделирование фильтрации при нелинейном законе движения. // Гидротехническое строительство. - 1979, N 2. С. - 35-38.

18.0 расчете горизонтального дренажа в неоднородном грунте при неустановившейся фильтрации. II Труды координационных совещаний по гидротехнике , выпуск 25.-Л., 1966.-С. 69-75."

19. Влияние анизотропии на фильтрационную способность сред. // Труды координационных совещаний по гидротехнике, выпуск 35. - Л., 1968. - С. 417-425.

20. Расчет горизонтального дренажа в неоднородных грунтах с учетом их анизотропии. // Труды Сев. НИИГиМ, выпуск 26. - М., 1969. - С. 58-66.

21. Расчет притока в несовершенные котлованы в однородных пластах.// Труды Гидропроекта, 1974, выпуск 43. - С. 124-132 (соавтор М.Ф.Хасин).

22. Осушение выработок в неоднородных водоносных системах. - М., Недра, 1977.

- С. 207 (соавторы В.Д.Бабушкин, А.Д. Бунтман, М.Ф.Хасин).

23. Исследования реодинамики цементных и бентонитовых растворов при авто-, матизированной регистрации гидравлических параметров потока. // Труды Гидропроекта, 1977, выпуск 58. - С. 26-35 (соавторы В.М.Королев, А.Д.Гусаров, А.А.Лазарев).

24. Определение реологических характеристик инъекционных растворов по данным экспериментальных прокачек. // Труды Гидропроекта. 1979, сб. Прогрессивные решения в проектировании и в производстве специальных гидротехнических работ. -С. 58-69 (соавтор В.М.Королев).

25. К гидравлике инъекционных растворов. // Гидротехническое строительство.

- 1979, N 4. - С. 16-19 (соавторы А.Д.Гусаров, Г.Ф.Дагаев, Л.Г.Пази, В.М.Королев, А.Д.Лазарев).

26. Определение гидравлических параметров инъекционных растворов при движении их в трубах и щелях. II Труды Гидропроекта. 1982, выпуск 75. - С. 126-141 (соавтор В.М.Королев).

27. Свойства цементных паст с пластифицирующими и противоморозными добавками, их гидравлика и насосно-трубопроводный транспорт. // Труды Гидропроекта. 1988, выпуск 133. - С. 122-134 (соавтор В.М.Королев).

28. Исследование реодинамики структурированных тиксотропных жидкостей. // Тезисы докладов У симпозиума "Реология бетонных смесей и ее технологические задачи". - Рига, 1986. - С. 155-156 (соавтор В.М.Королев).

29. Фильтрационная прочность противофильтрационных стенок. // Труды Гидропроекта. 1979, сб. Прогрессивные решения в проектировании и в производстве специальных гидротехнических работ. - С. 3-27.

30. Лабораторные, исследования структурообразования и фильтрационных свойств тела прртивофильтрационной стенки из комовой глины. // Труды Гидропроекта. 1976, выпуск 49. - С. 17-34 (соавторы М.Ф.Хасин, К.А.Логинов).

31. Струйная технология сооружения противофильтрационных завес. // Гидротехническое строительство. - 1980, N 3. - С. 5-9 (соавторы Н.В.Дмитриев, А.В.Попов, М.Ф.Хасин).

32.0 способе сооружения противофильтрационных завес с образованием прорези водовоздушной струей. // Труды Гидропроекта. - 1979, сб. Прогрессивные решения в проектировании и производстве специальных работ. - С. 27-36 (соавторы М.Ф.Хасин, И.И.Бройд).

33. Оптимизация параметров струйной технологии сооружений противофильтрационных завес. // Труды Гидропроекта. - 1974, выпуск N 94. - С. 101-116'(соавторы М.Ф.Хасин, И.И.Бройд, В.Н.Корольков, Ю.В.Александровский).

34. Устройство противофильтрационной "стены в грунте" при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. // Гидротехническое строительство. - 1991, N 2. - С. 21-24 (соавторы Н.В.Дмитриев, Б.М.Зархин, К.А.Логинов, Н.Г.Селиванов).

35. Эффективность цементационных завес и дренажей в скальных основаниях гидротехнических сооружений. // Труды Гидропроекта. 1984, выпуск 94. - С. 84-101.

36. Специальные работы в энергетическом строительстве. // Гидротехническое строительство. - 1991, N 12. - С. 12-16.

37. Методы сооружения и эффективность противофильтрационных завес. // Сб. трудов Всесоюзного совещания по экологии. - М., 1991. - С. 9.

38. Усиление оснований сооружений Ровенской АЭС цементацией закарстован-ных мелов. // Энергетическое строительство. - 1990, N 2. - С. 10-14.

39. Закрепление закарстованных грунтов в основании сооружений. // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1986, N 2. - С. 5-7 (соавтор М.Н.Ибрагимов).

40. Эффективность противофильтрационных завес на некоторых зарубежных гидроузлах. // Труды Гидропроекта. 1984, выпуск-104. - С. 66-78 (соавтооры А.В.Попов, И.С.Ронжин, В.А.Карклиньш).

41. Цементационные работы в основании плотины гидроузла Хадита на р. Евфрат в Республике Ирак. // Гидротехническое строительство. - 1983, N 10. - ;С. 41-47 (соавтор Н.В.Дмитриев).

42. Технология и результаты цементации в основании плотины гидроузла Хадита в Республике Ирак. // Труды Гидропроекта. 1984, выпуск 104. - С. 20-34 (соавторы

H.В.Дмитриев, К.А.Логинов).

43. Особенности производства и организации работ в основании плотины гидроузла Хадита (Ирак). // Гидротехническое строительство. - 1987. N 9. - С. 53-56 (соавторы Н.В.Дмитриев, В.А.Ашихмен, Д.А.Калинкевич).

■ 44. Цементационные работы при устройстве противофильтрационных бортовых завес гидроузла Аль-Кадиссия (Ирак). // Гидротехническое строительство. - 1989, N

I. - С. 45-50 (соавторы В.А.Ашихмен, Г.В.Бучацкий,Н.В.Дмитриев).

45. Конструкция и противофильтрационная эффективность подземного контура плотины Саяно-Шушенской ГЭС. // Гидротехническое строительство. - 1992, N 1. -С. 17-24 (соавтор В.Г.Скоков).

46. Фильтрация и противофильтрационные мероприятия в основании арочной плотины Ингурской ГЭС. // Гидротехническое строительство. - 1993, N 2.С. 9-17 (соавтор Г.Г.Тужихин).

47. Противофильтрационные мероприятия и фильтрация в основании плотины Токтогульской ГЭС. // Гидротехническое строительство. - 1993, N 5. - С. 18-23 (соавтор А.Г.Кабанов).

48. Противофильтрационные мероприятия в сооружениях гидроузла Хоа-Бинь в СРВ. //Труды Гидропроекта. - 1992, выпуск N 155. - С. 48-67 (соавторы И.Г.Гальперин, Н.В.Дмитриев, А.Б.Васильев).

■ 49. Геодинамические влияния на статическую работу и безопасность плотин.// Гидротехническое строительство. - 1993, N 7. - С. 10-17 (соавторы А.Н.Марчук, А.И.Савич, В.Н.Дурчева, Д.Б.Радкевич).

50. Русловая инъекционная завеса в основании высотной Асуанской плотины. // Материалы Всесоюзного совещания по закреплению и уплотнению грунтов. -Л., 1971.. - С. 155-167 (соавторы О.П.Жебенев, А.В.Попов,В.В.Котульский).

- 51. Toropov L.N., Dmitriev N.V., Malyshev L,I. Raising Dam's operation reliability of "shirokovskaja" hidro-power installation. Seventeenth congress on large dams, v V. p.308-310, 1991, Vienne

52. Loginov K.A., Malychev L.I., Khasin M.F., Kheifits V.S. Investigation of the glau gut-off Wall. Proc. Vl.Europ.Conf.on Soil Mech.and Fourtd. Eng.1/2-11 p. 173-178, 1976, Wien.

53. Broid 1.1., Khasin M.F., Malychev L.I.,et al. Jet grout method and out-off Walles Stability.Prog.X Intern.conf..on soil Mech. and Found. Eng. 3/5.p.397-399, 1981, Stockholm.

54. Dmitriev N.V., Malyshev L.I. Toropov L.N., Antifiltration and consolidation meassures in the base of Ingurskaya hydro-electric dam. Seventeenth congress on large dams, v V. p.496-500, 1991, Vienne.

55. Dmitriev N.V., Zhivodirov V.N., Selivanov N.G., Malyshev L.I., Grachiov IU.A. Unusually difficult cases of Soil Stabilization. Proc. of the ten. Europ.conf. on Soil Mech. and Found. Eng.P.893-896, 1991. Florence.

56. Руководство по расчету коэффициента фильтрации трещиноватых скальных массивов по параметрам трещин. // М., Стройиздат. - 1979. - С. 60 (соавторы М.В.Рац, • Н.Б.Иванова).

57. П.21-85. Рекомендации по расчету противофильтрационных завес и фильтрационной прочности оснований грунтовых плотин. // ВНИИГ, 1985. - С. 57 (соавторы Г.Х.Праведный, П.У.Пониматкин).

58. П-865-88. Рекомендации по проектированию и расчету подземного контура бетонных плотин на скальных и нескальных основаниях. //Гидропроект, 1988. - С. 108 (соавторы И.С.Ронжин, В.П.Недрига, М.Ф.Хасин и др.).

59. РСН 316-88. Технология и механизация строительства противофильтрационных завес и монолитных несущих стен способом "стена в грунте". //Госстрой УССР, 1989. - С. 48 (соавторы В.И.Снисаренко, А.М.Чернухин, М.И.Смородинов, В.М.Шей-нблюм и др.)

60. Руководство по проектированию стен сооружений и противофильтрационных завес, устраиваемых способом "стена в грунте". //М., Стройиздат, 1977. - С. 128 (редакторы А.А.Арсеньев, А.С.Снарс'кий, Б.С.Федоров и др.).

61. СНиП 2.02,02. 85. Основания гидротехнических сооружений //М., ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - С. 14-15, 22-24 (соавтор).

62. Пособие к СНиП П-16-76. Проектирование оснований гидротехнических сооружений: П13-83/ВНИИГ. -Л., 1984. - Разд. YIII (соавтор).

63. ВСН 34-83. Цементация скальных оснований гидротехнических сооружений (соавторы П.У.Пониматкин, В.Ф.Демин, Л.Ф.Фурсов и др.). / / Минэнерго-СССР, М., 1984.-С. 55.

64. ВСН 34-23.056-90. Проектирование цементации в гидротехнических туннелях (соавторы П.У.Пониматкин, Л.Ф.Фурсов и др.). // Минэнерго СССР, М., 1991. -С. 40.

65. A.C. 275051 СССР. МКИ В01 1/00. Состав электропроводного материала для математического моделирования задач в неоднородных средах (соавтор Ю.М.Агап-кин). // Открытия. Изобретения. - 1970. - N 22.

66. A.C. 510562 СССР. МКИ Е02ВЗ/16; Е02Д31/00. Способ понижения уровня подземных вод (соавторы М.Ф.Хасин, Г.А.Разумов). // Открытия. Изобретения. -1976.-N 14.

67. A.C. 604906 СССР. МКИ Е02Д 19/10. Иглофильтр. // Открытия, Изобретения. - 1978.-N 16.

68. A.C. 850817 СССР. МКИ Е02Д27/48; Е02Д27/08. Способ усиления фундаментов сооружений (соавторы М.Ф.Хасин, И.И.Бройд, В.Б.Хейфец). // Открытия. Изобретения. - 1981. N 28.

69. A.C. 908992 СССР. МКИ Е02В1/00; Е02В7/00. Способ дренирования основания напорных гидротехнических сооружений (соавторы В.М.Королев, К.И.Макси мов). // Открытия. Изобретения. - 1982. - N 8.

70. A.C. 939630 СССР. МКИ Е02В 3/16. Способ заполнения полостей при возведении гидротехнических сооружений (соавторы В.М.Королев, К.И.Максимов). // Открытия. Изобретения. - 1982. - N 24.

71. A.C. 1023070 СССР. МКИ Е21В 33/138. Тампонажный раствор (соавторь Г.С.Эткин, Л.К.Смайльс и др.). // Открытия. Изобретения. - 1983. - N 22.

д72. A.C. 1052288 СССР. МКИ В 08В 9/04. Устройство для очистки внутренней поверхности трубы в потоке моющего агента (соавтор В.М.Королев). // Открытия Изобретения. - 1983. - N 41.

73. A.C. 1052610 СССР. МКИ Е02В1/02; Е02В1/00. Установка для исследования напряженно-деформированного состояния гидротехнических сооружений, например, плотины (соавторы В.И.Гнутов, В.М.Королев, К.И.Максимов). // Открытия. Изобретения. - 1983.-N 41.

74. A.C. 1054488 СССР. МКИ Е02 В 3/16. Устройство для наблюдения за фильтрационным потоком (соавторы В.М.Королев, К.И.Максимов). // Открытия. Изобретения. - 1983.-N42.

75. A.C. 1335622 СССР. МКИ Е02В 3/16. Способ тампонажа пород, преимущественно сильнопроницаемых (соавторы В.М.Королев, Г.С.Эткин и др.). // Открытия. Изобретения. - 1987. - N 33. ^

76. A.C. 1507902 СССР. МКИ Е02ВЗ/16, 7/06. Способ возведения асфальтового противофильтрационного элемента напорного гидротехнического сооружения (соавторы Г.А.Игольников, Ю.Б.Митбрейт и др.). // Открытия. Изобретения. - 1989. - N 34.

77. A.C. 1583522 СССР. МКИ Е02В9/06. Напорный водовод (соавторы В.М.Королев, В.А.Ашихмен, М.А.Ковыршин). // Открытия. Изобретения. - 1990. N 29.