автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Фильтрационные расчеты дренажей с учетом изменения напряженного состояния грунтов под влиянием осушения

Р г в од

д. ГОССТРОЙ РОССИИ

¡^г» >334 -

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ (ВНИИ ВОДГЕО)

На правах рукописи

УДК 626.862.4

ОЛЬШАНСКИЙ Николай Яковлевич

Фильтрационные расчеты дренажей с учетом изменения напряженного состояния грунтов под влиянием осушения

(05.23.07 — гидротехническое и мелиоративное строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1994

ГОССТРОЙ РОССИИ

всероссийский ордена трудового красного знамени комплексный научно-и сспвдовательский и конструктор о{0-техн0-логичешй институт водоснабжения, канализации, геотехнических сооружений и инженерной гидрогеологии

(ВНИИ ВОДГЕО)

На правах рукописи УДК 626.862.4

ольшанский николай яковлевич

фильтрационше расчети дренажей с учетом изменения напряженного состояния грунтов под влиянием осушения

(05.23.07 - гидротехническое и мелиоративное строительство)

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994 г.

-.2-- ,

Работа выполнена во Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени комплексном научно-исследовательском и конструк-торско-технологическом институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВНИИ БОДГЯЮ) и в Астраханском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

А.К.Муфтахов]

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Н.П.Куранов

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Б.С.Шержуков (ВНИИ ВОДГЕО)

- кандидат технических наук Б.Н.Воробьев (НИИЭС)

Ведущая организация -' Астрахангра-хданпроект

Защита состоится "г. в ^^ ц часов на заседании специализированного совета К 033.05.01 по присуждении ученой степени кандидата технических наук во ВНИИ БОДГЕО Госстроя России по адресу: 119826, Москва, Г-48, Комсомольский проспект, 42.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью предприятия или учрекдения, просим направлять по адресу института на имя ученого секретаря. ■ ■

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке/института.

.. Автореферат разослан . _ _ оЦ^Л _ 1994 г. , .

Ученый секретарь \ ' специализированного совета, кандидат технических наук

М.В.Витенберг

■ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ '

При проектировании дренажных систем для осушения подтопленных застроенных территорий большое значение приобретает прогноз дополнительных деформаций зданий и сооружений,, вызванных эксплуатацией дрендка.

В результате подтопления строительные свойства подавляющего большинства грунтов ухудшаются» причем иногда существенно. Вследствие повышения уровня грунтовых зод в основаниях зданий развиваются деформации« в ¿¡ундсмантах и стенах несущих конструкций могут появляться трещины, В этих обстоятельствах дополнительная, как правило, неравномерная осадка, возникающая при роботе дренаиа, мокет стать опасной для защищаемых объектов.

В подтопленном грунтовом массиве скелет грунта находится в еодо во взвеионном состоянии« При понижении уровня грунтовых код в осушаемой зоне объемный вес грунта увеличивается, возрастают напряжения от собственного веса грунта в осушенной и во-донасышенной зонах основания, т„о» возникаю? дополнительные напряжения, которые ногу? привести к дополнительной осадке фундаментов»

В свою очередь, уплотнение грунтов сникао? их проницаемость и влияет таким образом на фильтраций грунтовых вод. Поэтому процессы фильтрация вод» к дренашйм устройства« и консолидации эодонескщенкого грунта неразрывно связаны друг <з другом и д- лк-1Ы рассматриваться совместно,

В настоящее зремд фильтрационные расчеты дрсна«ных систем бгз1фу;отся на теории фильтрации жидкости з недеформирусмой среда- При этом предполагается, что напряженное состояние оодосодержащей тощи не изменяется з процесса водопонижения, Во ¡'¡ю-гих случаях с учетом сравнительно малых понижений уровней грунтовых год такое допупенио вполне обосновано, особенно при осуждении хорошо проницаемых песчаных отложений. Однако, в рядз случаев это обстоятельство далоко не очевидно. Отрогая ко постановка задач фильтрации грунтовых вод к дренажным устройства« приводит к необходимости учета изменения напряженного состояния грунтов в процессе осусзкия, что и обуслсплив'сс? актуальность ге;лы диссертационной работы,

Лдльп, рвботы является разработка методики фильтрационных расчетов основных типов дренааей с учетом изменения напряженного

состояния грунта под влиянием водопонюкения» оценка влияния это* го фактора на картину фильтрации и определение по имеющемуся полю понижений уровней грунтовых вод поля дополнительных осадок земной поверхности, вызванных работой дренажа.

Ос^щщне^ад^чи диссертационной работы включают:

- анализ имеющихся фактических материалов по взаимосвязи проницаемости грунтов с их пористостью и действующей нагрузкой и установление этой связи;

- вывод дифференциальных уравнений фильтрации с учетом сжимаемости грунтов и решение этих уравнений при соответствующих краевых условиях; '

- сравнительный анализ полученных и используемых в настоящее время решений и определение области их применимости:

- разработка рекомендаций по оценке дополнительной осадки, вызванной Еодопоннкением.

включает анализ и обобщение литературных данных, лабораторные исследования фильтрационных свойств сжимаемых грунтов, получение аналитических зависимостей и приведение их к виду, удобному для инженерных расчетов.

На защиту выносятся:

- математическая модель фильтрации,грунтовых вод к дренажным устройствам в сжимаемых под влиянием водопонй-кения грунтах ;

- методика фильтрационного расчета основных видов горизонтальных дренажей (однолинейных, систематических и кольцевых совершенных и несовершенных) и водопонизительной скважины при неустановившемся режиме.в деформируемых в процессе осушения пластах ; /•',;'''-.'

; - методика оценки дополнительной осадки, вызванной осушительным действием дренажных, устройств.

НауниМ_ШШ12Н§_ диссертационной работы заключается в следующем: " .'-

- установлено, что. в подавляющем большинстве'случаев.для сжимаемых грунтов,зависимости между коэффициентами пористости, фильтрации и-понижениями.уровнд грунтовых вод при работе дренажей могут приниматься линейными;

- с учетом этих зависимостей составлены дифференциальные уравнения, которые являются нелинейными уравнениями параболического типа;

- получены решения этих уравнений для случаев горизонтальных дренажей и одиночных водошнизительных сквамин при неустановившемся режиме;

- разработаны способы расчета дополнительных осадок, возникающих при водопонижении, .

работы заключается в установлении границ применимости традиционных методов фильтрационного расчета дренажей, за которыми применимы лишь методы, учитывающие сжимаемость грунтов; создании такой методики для основных типов дренажных устройств и решения вопроса о том, не является ли заложение и эксплуатация дренажа опасными для защищаемых объектов вследствие дополнительного оседания земной поверхности.

Апробация, работы и.,публикации. Результаты исследований докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и практика математического моделирования при разработке месторождений в сложных reoлого-гидрогеологических условиях" (Белгород, 1982), на координационном совещании по программе ГКНТ СССР 0,85.01,, задание 08.06 "Прогноз подтопления городских территорий-грунтовыми водами.и комплекс мероприятий по их защите" (Москва, 1983) и на ежегодных научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников АТИРЛиХ (Астрахань, 1982-1990 г.г,). По'теме диссертации опубликовано 5 работ!

giwe..Р§зурьтагорх исслел.ов.аний. Полученные в работе результаты использованы при оценке возможности применения.вертикального дренажа для защиты'от подтопления, инненерного центра АвтоВАЗа» ,а также горизонтально го."дренака на территории г.Челябинска и на промплощадке. Астраханского ГТ13.

Диссертациовнпд^.пбрта.^кполнена в процессе участия автора з качестве ответственного исполнителя по теме: "Применение математических методов к решению инженерных'задач", раздел: "Математическая модель фильтрации' грунтовых вод к, дренажным устройствам с учетом изменения напряженного состояния грунтов под злиянием осушения" (Jf гос.регистрации QI850I020I9) в Астраханью» техническом: институте рыбной Промышленности и хозяйства [АТИРПиХ)'.' Часть исследований выполнена ¿втором в лаборатории фенажа промплоаадок ВНИИ БОДГЕО с 1980 года по 1991 год.

Диссертационная работа состоит;из введения, пяти глав и щключения. Оодерлит список литературы нз 81 наименования, 46 1ИСунков, 8 таблиц.

Общий объем диссертационной работы 137 страниц, в том числе 102 страницы основного текста«,

Автор благодарит научного руководителя, профессора, доктора технических наук АЛ.Муфтахова за руководство, помощь и неизменную доброжелательность, сотрудников лаборатории дренажа пром-площадок ВНИИ ВОДГЕО за поддержку, инженера Л.М.Лихачеву за помощь в оформлении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ILOS&IiSiLCMSíi дан краткий обзор развития теории фильтрации в сжимаемых пористых средах, описана физическая модель грунта как деформируемой пористой среды, проанализированы имеющиеся экспериментальные данные по связи ме;*ду коэффициентами пористости и фильтргции и переменной действующей нагрузкой и установлена их зависимость от понижения уровня грунтовых водг получены дифференциальные уравнения фильтрации грунтовых вод„ учитывающие изменение напряженного состояния грунтов в процессе водо-понииения.

Теория фильтрации в деформируемых пористых средах возникла и развивалась в рамках теории фильтрационной консолидации грунта, основы которой били сформулированы в работах К.Терцаг'и, Н.М. Герсеванова, В.А.. Хлорина, М.А.Био; В.А.йлор'шшм исследовано влияние на процесс фильтрации в уплотняемом грунте многочисленных факторов, в том числе'изменения проницаемости. Модель фильтрационной консолидации.грунта была в дальнейшем усосершенствова-на Д.Е.Польшиним, Н.Н.Веригиным, Р.М.Варсегян'ом и другими..

.Наряду с теорией'фильтрационной.консолидации.в работах, Я.И.ёренкеля, М.А.Био, В.Н.Николаевского^ сформулирована общая ,. теория течения жидкости ^произвольной,деформируемой насыщенной пористой среде. . ' .-'.'•-'--..'•',/'•■■■■

Дальнейшее развитие,; связанное с приложением к конкретным задачам консолидации, учетом"Отдельных факторов теории фильтра-. ционной консолидации получила-в работах М.Ю.Абелева, Н.Н.Вери-гина, С.С.Вялова. М.Н.Гольдштейна,; А.А.Гольдина, Ю.К.Зарецкого, В.Г.Короткина, Н.Н.Маслова.В.М.Малышева, С.А.Роза, В.С.Саркисяна, З.Г.Тер-Мартиросяна, Н.А.Цнтовича,"В.Ы.Чуйко, Р.Е.Гибсона, -й.шак-Нейми, й.Ь'лнделя, Tai! Тьонг-ки и других.

При работе дренажных систем в пластах со свободной поверхностью возникают дополнительные .напряжения, являющиеся функцией .

понижения уровня грунтовых вод и способные вызвать дополнительные осадки земной поверхности. Величина понижения невелика (редко превышает 10-12 м), поэтому возникающие дополнительные напряжения малы. Это позволяет считать действие дополнительных напряжений в какой-то мере независимым от общего напряженного состояния массива и отыскивать только дополнительные осадки. Такой подход дает возможность существенно упростить систему уравнения Флорина-Био-Френкеля и довести их до вида, допускающего аналитическое решение.

В настоящей работе процесс фильтрации подземных вод к дренажным и водопонизительным устройствам, сопровождающийся изменением напряженного состояния и деформацией грунтовых массивов, основывается на следующих допущениях:

- грунт полностью водонасыщен, защемленный воздух в поро-вом пространстве отсутствует, а выделение растворенного в воде воздуха не происходит ;

- процесс уплотнения грунтов под влиянием дополнительных напряжений происходит за счет переукладки твердых частиц при одновременном оттоке воды из порового пространства при изотермических условиях, монет быть описан компрессионной зависимостью и не имеет предела структурной прочности;

- ввиду малости возникающих при осушении дополнительных напряжений сжимаемостью воды и минеральных зерен можно пренебречь ;

- касательные напряжения в грунтах не возникают;

- насыщенность пор водой выше уровня грунтовых вод по начала работы дренажа и во время его работы не меняется,

г.е. передвижением пленочной и капиллярной влаги пренебрегает-ся.

При перечисленных допущениях зависимость между снимающими пряжениями в рассматриваемой точке грунта и коэффициентом гористости е , в соответствии с гипотезой Н.М.Герсеванова финимается в виде:

(I)

■де 0 - сумма главных напряжений, & = 6* • _

.оэффициент бокового двикения; Л* - параметр размерности;

=0,1,2-в случаях одномерного, двухмерного и трехмерного

напряженных состояний соответственно« '

К моменту начала работы дренака консолидацию грунтов под действием их собственного веса и вкешей нагрузки можно считать законченной. Дальнейшая консолидация будет происходить лишь за счет дополнительных нормальных напряжений, возникающих вследствие снижения уровней:

$ - объемный вес грунта; >

где

объемный вес взвешенного грунта,

- удельный вес воды; ^ - удельный вес частиц грунта;

К - понижение уровня грунтовых вод. В этом случае связь ыевду суммой главных нормальных дополнительных напряжений и понижением уровня грунтовых вод задается следующим соотношением:

Последняя зависимость,с одной стороны,позволяет отказаться от приближенного допущения В.А.Флорина о неизменности суммы напряжений в скелете грунта и порового давления в процессе фильт-, . рационной консолидации, с другой - оставляет возможным получить в итоге аналитическое решение.

Кроме соотношения.(2), модель процесса водопоникення с учётом изменения напряженного состояния грунта состоит из следующих основных зависимостей:

I) уравнения неразрывности (с учетом изменения пористости грунта под действием дополнительны.: напряжений) '. - '

для жидкой фазы: ¿¿сгП '^■■-■0; (3)

для твердой фазы: £'Ш~ .. (4)

для грунта в целом:

сЫи-пгУО, , , ' (5) . ■

где и и гг ственно ;

-.скорости движения воды и твердых частиц соответ

— (9 —

2) закона фильтрации Дарси-Герсеванова:

где К(£) - коэффициент фильтрации.

3) эмпирических соотношений, связывающих коэффициенты пористости и фильтрации с напряжениями в грунте.

Из зависимостей (3) -(б)„ пренебрегая слагаемым ггу-гд^ в сравнении с , получаем следующее уравнение:

(= (7)

которое вместе с соотношениями (I), (2) и эмпирической зависимостью:

к-/уф (8)

образуют замкнутую систему уравнений.

Обзор имеющихся в.литературе аппроксимаций компрессионных и компрессионно-фильтрационных испытаний для основных типов связных грунтов показал, что зависимость коэффициента пористости е от сжимающей нагрузки р может быть принята логарифмической (Ф.Л.Андрухин, Л.В.Горелик, В.Н.Жиленков. Г.М.Ломте, Й.В.Попов и многие другие), при небольших нагрузках, а таете для сильносжимаемых грунтов - линейной (М.Б.Абелев, Е.С.Дзек-цер* И.А.Цытович и другие), параболической (Н.В.Лаяетин), экспоненциальной '(И.Ф.Вотяков, В.Н.Жиленков, Н.Н.Сидоров и другие). ; зависимость не мекду коэффициентами. фильтрации и пористости е в большинстве работ считается экспоненциальной (М.Ю. Аболев, Л.В.Горелик, Е.С.Дзекцер, В.Н.Жиленков, Г.М.Ломизе, Е„Ф.Мосьяков, В.М.Павшгонский, Г.В.СЬрокина, Н.А.Цытович и другие) или линейной (В.М.Веселовский, Н.Н.Гольдштейн и другие).

В литературе иногда встречаются и некоторые другие виды зависимостей к (е) . Выбор этих эмпирических соот-

ношений, кроме типа грунта, его влажности, особенностей влияния водонасышения на скелет грунта, значений величин р0 , е^, ,

до приложения дополнительной нагрузки, во шогои зависит от диапазона возникающих напряжений.

- ДО -

Из соотношения (2) следует, что при понижениях уровня до' 10 м для всех основных типов грунтов дополнительные вертикальные нормальные напряжения ^ не превосходят 0,07 МПа. В этом случае эмпирические зависимости <?(С-У и К (с) могут быть приняты линейными в виде:

где а - коэффициент сжимаемости грунта;-^ -эмпирический коэффициент пропорциональности; а. и кс - значения коэффициентов пористости и фильтрации до начала работы дренажа.

Из последних зависимостей и соотношения (2) получаются следующие выражения для коэффициентов пористости и фильтрации от величины понижения уровня грунтовых вод:

гт

ё(й)-(у.ее) /-5*;«ес51-ес-{+т/[(1-ь)аесЪ 1-р0-

Ч-Ч*)), (Ю)

¿.-с > « Ко • ^ Бо ^ а ^ёо > г~ тт;

- понимение уровня грунтовых вод на дрене. Графики зависимостей для основных типов грунтов

представлены в работе. Они представляют собой участки ветвей гипербол с эксцентриситетами, отличающимися от единицы на величину, меньшую 10"^, т.е. являются, практически, прямой линией. Тогда зависимости с(£) и могут с погрешностью менее

0.2% упрощены до вида:

(11)

(12)

где X - ! г '[ ¡-({В:) ес.] а.

Здесь поправочный коэффициент =1 для песков,супе-

сей,лессов, суглинков (при понижениях уровня грунтовых вод не более Ю м), для глин, а также остальных типов грунтов более точно определять из следующего соотношения:

Ориентировочные значения величины У приведены в таблице

Таблица I

Значения величины V для основных типов грунтов

" ..............I............ ! Тип грунта ! Пески 1 " Оупеси Суглинки ! Лессы ! Глины !

У ЧО3, 1/м ! 0,2-1 ! -!- 0,5-3 1-3 2-5 1 3-15 ! -!-

Расчеты, проведенные по фор<чулам (2) и (II) показали, что зависимость возникающих в грунте дополнительных напряжений Зг от величин понижений УГВ для всех типов грунтов (для глин только при Ю м) хорошо аппроксимируется соотношением:

(13)

Значения коэффициента А для различных типов грунтов приведены в таблице 2.

Таблица'2

Значения коэффициента А для основных типов грунтов

.........................7 Тип грунта ! Пески ,_..........., , , . . С/песи -----------------1--------П Суглинки!Лессы Глины

А'Ю3, МПа/м | 5,5 --1-: 4,7 4,3 | 4,7 -1- 4,9

Наряду с коэффициентом фильтрации грунта, при фильтрационных расчетах дренажей необходим коэффициент водоотдачи грунта По . Экспериментальными исследованиями показано убывание коэффициента водоотдачи при возрастании внешней нагрузки (Д.Г. Господинов, К.С.Дзекцер)„ Однако, увеличение нагрузки значительно меньше влияет на коэффициент водоотдачи, чем на коэффициент фильтрации, что позволяет, учитывая небольшую величину дополнительных напряжений в грунте, вызванных водопонижением, считать Пс неизменным при работе дренажа.

Используя зависимости (10), (II), систему уравнений (I), (2), (7), (8) можно свести к одному уравнению. С целью получения аналитического решения применяется гидравлическая теория фильтрации, в рамках которой это уравнение при наличии инфиль-трационного питания СО принимает следующий вид:

- Д2 -

где ¿а^жЗ,/; Х^^х и = 0 в случае плоской за-

дачи; и Д" = 1 - для осесимметричной»

В дальнейшем при исследовании фильтрации грунтовых вод к дренажным устройствам используется уравнение <14)8 дополняемое краевыми условиями, которые определяются видом дренажного устройства и условиями дренирования«

Ео зторр.й„.рраве рассмотрены задачи фильтрации грунтовых вод в деформируемых под влиянием водопонижения пластах к горизонтальным дреианам - однолинейному, систематическому, кольцевому и к водопонизительной скважине.

При работе однолинейного совершенного горизонтального дренажа и неограниченном в плане однородном водоносном пласте конечной ыощности процесс фильтрации воды и консолидации грунтов описывается следующей краевой задачей:

5 (ОЯ.^Й^^Н^И <15)

где 5 = ^ ^ % > ^ ^ ' >

Краевая задача (14) является автомодельной, ее решение получено с помощью линеаризации, основанной на аппроксимации экспериментальных зависимостей и К'(5) специального вида функциями, а также методом малого параметра.

При аппроксимации зависимости К[5) линейной функцией по соотношению (12), а зависимости функцией:

ес'{В (1б)

ГД6 Л л

и в, - соответствующим образом подобранные постоянные, решение задачи имеет вйд:

в-'-Г(в'чЫгй'и^фъЩ

Ч*

(17)

где у /(2.^) - автомодельная переменная. *

При аппроксимации функциями

где С Е г (т - постоянные аппроксимации, уравне-

ние (14) имеет еледушзе решение:

Значения , определяеше по формулам (16) и (17),

практически одинаковы, но решение "(17) предпочтительнее, т.к. оно получено при более точной зависимости

Решение этой же задачи получено такие методом малого параметра, причем удается найти два первых члена разложения неизвестной функции по степеням параметра ■• ^ , которые имеют вид:

[ (19) '

. . ^ ' Г(-}■')(г - тФд $ +

+ ¿'VГ (20)

Нулевое приближение' (^у соответствует фильтрации в недеформируемом грунте, первое приближение [у)

учитывает сжимаемость грунта э процессе водопонижения» Значения первого приближения для большинства грунтов мало отличаются от значений ^ I1/) , найденных, по формулам (17), (18)«,

Получены соответствующие приведенным решениям зависимости для притока грунтовых вод в дрену Тр :

(21)

(22) (£3)

где К С ; " ТТ?* - приток в случае неде-*

формированного грунта; - уровень грунтовых вод до работы

дренажа.

Получены аналитические решения и для других видов дренажей.

При решении автомодельной задачи фильтрации к водопонизи-тельной скважине вновь используются аппроксимации эмпирических зависимостей и <е в виде (12) и (16).

В случае фильтрации к горизонтальным систематическое и кольцевому дренажам применялись линеаризации задач путем введения функции по соотношению:

-Гмф* Ш VI $ (I^

метод малого параметра и преобразования Лапласа по переменной

7 для определения коэффициентов разложения функции по степеням параметра л?

При исследовании фильтрации к несовершенным дренажам использовался метод фильтрационных сопротивлений, который приводит к граничному условию Ш рода на линии дренажа (в случае симметричной фильтрации).

В треть(зй^ главе дается анализ влияния сжимаемости грунтов на величины понижений уровней грунтовых вод и притоков воды в дрену для основных типов грунтов при их осушении.

С этой целью рассмотрены значения величин Л-ъО,г ( 'х (.>,'}') - безразмерные понижения в. недеформируемом грунте, а

- в деформируемом) и ^/(Т)-- Ц(Т)'^(С)]/^(Т) и ^е/1?) - безразмерные единичные притоки воды в дрену в деформируемом и недеформируемом грунтах соответственно) для песчаных, супесчаных, суглинистых и лессовидных грунтов на основе решений, полученных по второй главе.

В эти решения входят 6 параметров, характеризующих фильтрационные и компрессионные свойства грунтов: л, Ь,Н»,ес, Ке'. Из большого количества экспериментальных данных, приведенных в литературе, в том числе и собственных лабораторных исследований, найдены интервалы изменения и расчетные значения указанных параметров для основных типов грунтов. Это позволило произвести расчет величин А Ъ и ^ для каждого типа грунта при различ-

них допустимых значениях параметров. •

Зависимость величин a S" от коэффициента снимаемости а. линейная, от параметров @ и St. _ близки к линейным, от остальных параметров - существенно нелинейная» Наиболее заметно влияет на величину л коэффициент сжимаемости грунта а „ из остальных параметров выделяется коэффициент водоотдачи и? » Влияние остальных параметров сказывается значительно меньше» В случае лессовидных грунтов нужно учитывать также злияние • С и ес , которые для этих грунтов могут

изменяться з довольно больших пределах»

Величина лЗГ для песков не превышает 0,01 (3,5% от величины Sc ), в случае остальных грунтов ¿s = 0,015-0,030 (510%) для супесей при л5"-0,023 см /кгс и при /^¿0,23, для суглинков при сс = 0,010-0,015 см^/кгс, для лессовидных грунтов при а = 0.01-0,02 см2/кгс и £0,5 м/сут или при а = = 0,015-0^035 см2/кгс и i'-< 0,5 м/сут ; д<Г^0,03 (не менее 10$ от Si ) для суглинков при ч-У. 0,015 см^/кгс, для лессовидных грунтов при я>, 0,02 СИ^/кЕС 'А 0,5 м/сут или при

0,035 см^/кге а ('< 0,5 м/сут, причем в последнем случае <4. С1,2 и Vit>0,2„ ' .

Зависимости, величин ° ' от параметров л , S , , fo. близки к линейным (кроме зависимости от а. для лессов), зависимость i^y от ¡и* существенно нелинейна» От параметра,, К® обе величины л S и д ср .'зависят мало. Аналогично, на величину/ ¿Г*? 'превалирующее влияние оказывают коэффициенты сжимаемости . /с//и водоотдачи : .. Приведет графики зависимости величин А S и ¿> у от этих параметров.

Величины .. для песков, не превышают 1,1%, 6% - для

супесей, для суглинков ... <Г"«7 = 5-10% при <1 = 0,015-

0,025 см2/кгс, h^' 0,09, ¿V >¿1,1 и.: ¿Tf > 10% при «-> 0,025 см2/ к гс, • 0,05 м/сут,- . /)„ < 0,09, >„ < .1,1; для лессовидных грунтов =5-10% при Ct =0,020-0,025

см2/кгс, . Su> /= 0.09-0,1б/и , 10% при. а> 0,025 ем2/

кгс/ п„ < 0,09. Для лессовидных грунтов величины :,?огут достигать 19%, для,-суглинков - до

■.Ч-е?в_ертр.й,главе приведена .методика' оценки стабилизированной дополнииельной Осадки грунтов, вызванной водопонииением.

Используя (согласно GM1 2.02.01-83) модель грунта как шнейно-д сформируемого полупространства, к поверхности которого трипокена внеоняя нагрузка, находим по зертикали, проходящей

через выбранную точку поверхности, распределение напряжений от 1 внешней нагрузки и собственного веса грунта до начала работы дренажа. ,

Дополнительные напряжения от водопоникения определяатся по формуле (13). По ШиПу находится глубина сжимаемой зоны.

С целью применения метода послойного суммирования сжимаемая зона разбивается на слои, вычисляются, пользуясь компрессионной кривой, величины а. »«ей Д для середины каждого слоя. Коэффициент Я = I при отсутствии боковых деформаций. Пр учете боковых деформаций для расчета Л используется известное соотношение

-> / „ (_\ , - (24)

где - модуль общей относительной поперечной деформации

грунта»

Для каждого из слоев вычисляется дополнительная осадка по формулам:

для осушенного слоя ( $ ) •

4 Ьг - X; Д- -

, « р - р. Лг 7 - '

для водонасыщенного слоя ( ^> + 5 > А е ):

д Ь; - X; (Ъ - ■ ' (26)

где С; - -тг-^ Ър ; ¿в = И~ке - отметка кровли осушенного

слоя. Индекс с означает принадлежность1 к слои

Величины дополнительных" осадок для каждого из слоев суммируются. , 7

Для вычисления дополнительной осадки в другой точка поверх-, ности можно воспользоваться тем ке разбиением на слои, но распределение напряжений и деформационные характеристики слоев

следует рассчитать заново. I

В пятой главе, приведен расчет дополнительной осадки инженерного центра АвтоВАЗа при работе вертикального дренажа, защищающего этот объект от подтопления. Дренаж из 5 глубоких во- ■ допонизигельдах скважин работает в трехслойном водоносном горизонте, состоящем сверху'вниз из суглинков, глинистого прослоя и песков. Снижение напора в песках в результате откачки сопровождается перетоком води из суглинков через глинистый прослой в пески, что и обеспечивает снижение уровня в суглинках.

Задача с такой схемой фильтрации в случае сжимаемых грунтов не была рассмотрена во второй главе. Поэтому использовались значения расчетных понижений, полученные для несжимаемых грунтов. Выполненные расчеты показали, что для обеспечения необходимого понижения под подошвой фундамента, требуется понизить уровень в водопонйзитеяьннх скважинах на 10 м и более, что вместе с наличием в сжимаемой .толще глинистых, отложений приводит к необходимости оценки дополнительной.осадки при водононижении=

Дополнительная осадка вычислена в точке, находящейся около одной из водопонизительных скважин, и в двух точках, расположенных' на противоположных сторонах здания на.контакте фундамента с обратной' засыпкой,

За активно сжимаемую зону принят слой суглинков мощностью 21,5 м и"слой глин мощностью 3 м, подстилаемый мошной толщей малосжимаемых песков. По вертикали эта зона разбита на б слоев. Было найдено распределение напряжений от внешней нагрузки и от собственного-веса .грунта" до. начала работы дренажа. При расчете, напряжений; использовался метод угловых точек, позволяющий учесть слокное очертание объекта вдлане и различие в нагрузках, распределенных по подошвам фундаментов заглубленной подвальной и остальной частей-здания.' --/ . .

Были проведены автором лабораторные исследования физико-механических свойств.грунтов:площадки, в результате которых получены осредненные компрессионные кривые водонасьщенных суглинков и глин, слагающих основание инженерного центра.

В соответствии с методикой, приведенной в четвертой главе, была вычислена дополнительная осадка в выбранных точках. -

В таблице 3 приведены значения понижений уровней грунтовых вод и дополнительной осадки в этих точках.

- Таблица 3

Величины понижений уровня и дополнительной осадки в точках, прилегающих к защищаемому объекту

Обозначения точек г................. 5 А ! ' Г" ! ! В ! ! ! С

5 8 ы л/) о см 10,2 6,9 7 5,6 1,5 1,7

Таким образом, разница осадок в точках В и С, лежащих на контуре здания,составляет 4,3 см, неравномерность осадки для. сечения ВС равна 0,0012, что по СНиП 2,02.01-83 не превышает допустимых значений»

Следовательно, эксплуатация обосновываемого вертикального дренажа не является оласной,с точки зрения, деформации здания.

ошовные вывода

Проведенные исследования, включающие анализ имеющихся в литературе и лабораторных материалов по влиянию действующей нагрузки на проницаемость и пористость грунтов, теоретическое рассмотрение фильтрации грунтовых вод к основным видам дреназ:-ных устройств с учетом изменения напряженного состояния грунтов при водопонижении и оценку возникающих при этом дополнительных осадок позволяют сделать следующие выводы.

1„ При обычном диапазоне понижений уровней грунтовых вод для большинства грунтов коэффициенты пористости и фильтрации могут считаться линейными функциями от понизкений» Параметры этих функций определяется для каждого грунта по результатам экспериментального изучения изменения коэффициентов пористости и фу: ль грации от нагрузки. .

2. Получена система уравнений, описывающая фильтрацию воды к дренажным устройствам и консолидацию грунтов водоносного пласта под влиянием дополнительных напряжений, вырванных водопони-ксниеы. При этом модель Герсеванова-йлорина дополнена достаточно

г 19 -

простым соотношением между суммой главных дополнительных на- ' пряжений и понижениями уровней грунтовых вод»

3. Получены аналитические зависимости, позволяющие в произвольный момент времени найти поле понижений уровней грунтовых вод и величины водопритоков з дренаж при работе в деформируемых пластах горизонтальных однолинейного, систематического, кольцевого совершенных и несовершенных дренажей и совершенной водопоиизнтельной скважины, г

4„ Анализ решений показал, что:

- в песчаных и супесчаных фунтах, за исключением илистых и плывунных, погрешность неучета сжимаемости грунтов при фильтрационном обосновании дренажных систем не превышает 5% и 10$ соответственно, поэтому в этом случае сжимаемостью грунта можно пренебречь ; '

- в суглинистых» лессовидных и глинистых грунтах эта погрешность монет достигать 20% и более, из чего следует необходимость использовать при расчетах зависимости, учитывающие сжимаемость грунтов и исследовать в процессе инженерных изысканий для водопонижения зависимость фильтрационных и емкостных параметров грунтов от нагрузки. -

5. Разработана методика оценки дополнительной осадки слоя грунта, вызванной водопоникением..

6. Результаты исследований использованы при расчете дополнительной осадки инженерного центра АвтоВАЗа при обосновании • вертикального дренажа с целью защиты его от подтопления. Аналогичные расчеты проведены для оценки влияния работы горизонтального дренажа на отдельных объектах территории гг.Челябинска, Астрахани.

. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ :

I» Муфтахов АД«, Ольшанский Н.Я. О фильтрации подземных вод к дренажным устройствам с учетом деформации слабопроницаемых пород. // Фильтрационные расчеты'водозаборных и дренажных систем: 05.науч.тр. -X: ВНИИ ВОДГЕО, 1981, 87-ЗЗс.

2, Ольшаьский Н.Я, Фильтрация 'воды,к линейному горизонтальному дренажу с учетом сжимаемости грунтов. // Инженерная защита территорий: Об.науч.тр.: М.: ВНИИ ВОДГЕХ), 1982, 24-32с„ '

3. Ольшанский Н.Я„ Фильтрация воды,к линейному горизонтальному дренажу с учетом изменения напряженного состояния грунтов// Методы и практика математического моделирования при

разработке месторождений в сложных геолого-гидрогеологических условиях: Сб. докладов - Белгород, 1982, 59-51с„

4, Муфтахов А.Ж., Ольшанский Н.Я. Методы расчета фильтрации грунтовых вод к дренажным устройствам с учетом изменения напряженного состояния массива при осушении и оценка возникающих при этом осадок. // Прогноз подтопления городских территорий грунтовьши водами и комплекс мероприятий по их защите: <Х докладов - М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1983 , 99-100с.

5. Ольшанский Н.Я. Фильтрационный расчет совершенной дренакной скважины в деформируемых при осушении грунтах. Вестник АТИРПиХ, К I - М.: ВНИРО, 1993, 15-17с.

Иодп. к неч. 1'5/\М)4 г. Объем 1 и. л. Зак. 25. Тир. 100.

Тип. НИИ ВОДГЕО, г. Железнодорожный, Гидрогородок, 15.