автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Физико-механические свойства крупнообломочных грунтов и их использование при строительстве каменно-земляных плотин

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

На правах рукописи

ПЕТРОВ Георгий Николаевич

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВЯ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ГРУНТОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ КЯМЕННО-ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИН

Специальность 05.23.07 — Гидротехническое и мелиоративное строительство 05.23.02 — Основания, фундаменты и подземные сооружения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ. 1991

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Ленина проектно-изыскательскои и научно-исследовательском объединении Гидропроект им. С.Я.Жука, на строительстве гидроузла Хадита и в ПО "Таджнкгндроэнергострой" .

Официальные оппоненты:

профессор, доктор технических наук А.Н.Рассказов кандидат техических наук Б.И.Балыков.

Ведуцее предприятие - ПО "Тадхикэнерго".

Запита состоится 1992,г . в часов на

заседании специализированного совета Д 144.03.01. при ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева по адресу;

195220, Санкт-Петербург, К-220, Гжатская ул. 21, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института.

Доклад разослан _______199^

года.

Ученый секретарь специализированного совета Д 144.03.01 кандидат технических наук / ////?/

Т.В.ИВАНОВА

г:../. :г;М

■ . г. Я

Отдел | сг.арттдиПц

Обная характеристика работы

Актуальность проблемы. В последние 30 лет в связи с интенсивным развитием техники и появлением монных строительных маиин и механизмов крупнообломочные грунты начинают играть все большую роль во всех видах строительства. связанных с возведением земляных сооружений. Они не только обладают большой прочностью, малой деформируемостью и устойчивостью к внешним воздействиям, но. самое главное, в отличие от других грунтов допускают целенаправленное регулирование их свойств в достаточно широких пределах, что позволяет с успехом использовать их в самых различных элементах земляных сооружения. В гидротехническом, водохозяйственном и дорожном строительстве доля крупнообломочных грунтов.при возведении земляных сооружений занимает 75 и более процентов.

На сегодняшний день достаточно надежно разработанными в этой области являются только методы расчета напряженно-деформируемого состояния земляных сооружений из крупнообломочных грунтов, в том числе основанные на механике зернистых сред. В то же время геотехнические свойства крупнообломочных грунтов как в лабораторных, так и в полевых условиях определяются очень приближенно, на приборах и оборудовании.'предназначенных для исследования мелкозернистых грунтов, или на основании недостаточно надежных аналогов.

Такое же. если не худшее положение складывается в области технологии приготовления и использования крупнообломочных грунтов. Как теоретические. так и производственные исследования здесь проводятся, как правило, только в отдельных единичных случаях. без какого-либо системного подхода и в очень ограниченном объеме.

Все это существенно тормозит разработку и внедрение в практику строительства новых. высокоэффективных методов и конструкций земляных сооружений из крупнообломочных грунтов, позволяющих наиболее полно использовать их возможности. Не

стимулирует такое положение и дальнейшее развитие расчётных методов, не имеющих надежной обратной связи с практикой.

Цель работы. Основной целью диссертации является разработка методов исследования и использования крупнообломочных грунтов в качестве материала земляных сооружений.

Основные задачи исследования. Для поставленной цели исследования потребовалось решение следующих вопросов теории и практики:

- установление физических основ и методов расчета масштабных эффектов при исследовании свойств крупнообломочных грунтов и их использовании в строительстве;

- обобщение имеющегося опыта в разработке методов определения физико-механических свойств крупнообломочных грунтов и прогноз их изменения;

- разработка методов регулирования состава и свойств крупнообломочних грунтов в производственных условиях;

- изучение строительных свойств крупнообломочных грунтов и разработка оптимальных методов их использования в качестве материалов для земляных сооружений;

- научное и произв одствен.ное обоснование возведения плотин и насыпей методом направленного взрыва;

- разработка методов контроля качества крупнообломочных грунтов и установление их расчетных параметров.

Практическая значимость работы

Практическая направленность работы определяется прежде всего тем, что все без исключения задачи, рассматриваемые в ней. решались для конкретных проектов и строительств, основными из которых являются Нурекскнй, Чарвакский, Рогунский, Байпвзинский. Камбаратинский, Сангтудинский, Тюя-муюнский гидроузлы, ГЭС Хадита в Ираке и плотина Барари в Индии. Подавляющее большинство разработок и рекомендаций внедрены в производство.

Результаты исследований геотехнических свойств крупнообломочных грунтов и технологии их приготовления^ и укладки использованы для составления технических условий на возведение плотин всех указанных выие гидроузлов.

Исследования и результаты по обоснованно технологии возведения взрылонабросных плотин легли в основу "ноу-хау", переданной на контрактной основе Министерству водного хозяйства Индии в 1987 г. (Контракт N 720124400 от 8.12.1981г. стоимостью 2.1 млн.рупий).

Результаты разработок в области контроля использованы при составлении СНиП 3.02.03-91 "Геотехнический контроль в строительстве".

Научная новизна работы заключается в разработке расчетных и экспериментальных методов определения свойств крупнообломочных грунтов для решения комплекса вопросов, обеспечивающих их эффективное использование в строительстве. Наиболее существенные результаты при этом заключаются в следую-аем:

- разработаны расчетно-экспернментальные методы определения действительной плотности крупнообломочных грунтов и параметров разуплотнения на контактах с жесткими сооружениями :

- разработаны расчетно-экспернментальные методы определения действительной деформируемости крупнообломочных Грунтов :

- разработаны рекомендации по определенно нормативной и расчетной прочности крупнообломочных Грунтов:

- разработан метод оценки прочности грунтов с учетом динамических воздействий в процессе Лавинообразного течения грунта:

- разработан расчетно-экспериментальный метод определения параметров фильтрации крупнообломочных грунтов-:

- изучены и проверены на практике методы дробления горных пород взрывом для регулирования содержания мелкозернистых фракций в получаемой горной массе:

- разработан метол сортировки крупнообломочных грунтов при помоми естественной сегрегации:

- разработан метод прогноза изменения гранулометрического состава крупнообломочных грунтов в процессе возведения взрывонапросных плотин:

- разработан метод расчета уплотнения крупнообломочных грунтов катками статического действия:

- разработаны методы расчета профиля. уплотнения и регулирования свойств грунтов взрывонабросных плотин:

- разработаны конструкции и методы повышения водонепроницаемости взривона6росных плотин:

- разработаны статистические методы контроля качества крупнообломочннх грунтов в земляных сооружениях и методы определения их плотности:

- разработаны методы определения расчетных и нормативных параметров плотности ( и прочности ) крупнообломочных г рунтов.

Личный вклад автора. Во всех опубликованных в соавторстве работах автору принадлежат расчетно-теоретическая и методологическая части. Экспериментальные исследования опытно-производственные работы и проектные разработки наряду с, автором выполняли сотрудники проектно-изыскательских. научно-исследовательских и строительных организаций: Арипов Н.Ф.. Ибрагимов К.И.: Кадыров Ф.К. Корческнй В.Ф.. Могильников Л.П.. Муратова М.Х.. Радченко В.Г.. Рейфман Л.С.. Ски-бин А.Н. и др.. которым автор выражает искреннюю признательность. Основные положения и выводы По докладу получены лично автором или при его непосредственном участии.

На зачиту выносятся перечисленные выше элементы новизны работы автора.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на:

- научном совете по народно-хозяйственному использованию взрыва при АН СССР в 1975 и 1976 гг.:

- научно-технических конференциях института "Гидропроект" в 1969 и 1976 гг.;

- научно-технической конференции молодых ученых и специалистов водного хозяйства Узбекистана в 1976 г.;

- научно-производственной конференции профессорско-преподавательского составТИИМЕХа в 1977 г.;

- заседаниях кафедр "Основания и фундаменты" ТАМПИ им.А.Р.Беруни в 1976 и 1987 гг.;

- научно-техническом совещании Минэнерго СССР "Пути удешевления строительства плотин из грунтовых материалов в г.Нуреке в 1985 г.";

- коллегии Министерства водного хозяйства Индии в 1987Г..

Публикации. По теме диссертации опубликовано 58 работы, в том числе 2 монографии, 2 учебных пособия, 1 СНиП и 14 изобретений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Физико-механичбские свойства крупнообломочных грунтов и методы их определения

Крупнообломочные грунты представляют собой материалы, состояние из отдельных частиц, взаимодействующих друг с другом через относительно подвижные контакты. Максимальная крупность частиц при этом может достигать в современных сооружениях 1000 и более миллиметров. Непрерывность или статистическая однородность свойств таких грунтов будет обеспечена только в том случае, если размеры используемых конструкций или сооружений во много раз больие размеров частиц. Если для реальных сооружений, размерами в десятки и сотни метров эти условия обычно выполняются, то в лабораторных и полевых исследованиях, а также в некоторых

технологических процессах ситуация прямо противоположная. В результате неизбежно возникают так называемые масштабные эффекты, существенно искажающие полученные результаты. Избежать влияния масштабных эффе'ктов можно или за счет увеличения размеров существующего оборудования, или за счет соответствующего моделирования крупности грунтов. И тот и Другой подход для крупнообломочных грунтов нереален, так как

тре бует сл и шком большого масштаба изменения раз м еров

при б оров и Ли частиц грунта. ¡Другой путь ре шения этой

Про блемы это выявление и учет масштабных Эфф е ктов

пос редством разработки специальных приборов и мет о дов .

Име нно этот подход использован в настоящей работе

1 1. Плотность крупнообломочных грунтов

Плотно Р ть является одним из основных показат елей Ф изи-

ко- механиче с ких свойств крупнообломочных грунтов. испол ь зуе-

мых в строи т ельстве. Несмотря на кажущуюся прост оту са мого

понятия плотности в отношении крупнообломочных грунтов, оно содержит в себе еще .много неизученного, особенно в метрологическом плане. Исследованию плотности крупнообломочпых грунтов посвящены работы А.Како, Д.Дересевича, Г.И.Покровского, Б.И.Беликова и многих других. Они установили наличие и существенность масштабных эффектов при исследовании таких грунтов в приборах с жесткими стенками и рассмотрели некоторые общие теоретические вопросы, практические же методы их расчета остались неразработанными.

Рассматривая крупнообломочный грунт в приборе с жесткими стенками как состоящий из двух зон - центральной с действительной плотностью и контактной, разуплотненной - и принимая, что параметры зоны разуплотнения зависят только от состава и свойств грунта и не зависят от размеров прибора и его формы, можно, составляя балансы масс для трех приборов разных азмеров (одометров), получить ситему уравнений,решениями которых является действительная плотность грунта р^, плотность грунта в контактной зоне р и толщина зоны разу-

плотнения

5:

=

р.Н?Н. 12(Н.-б) *+Ь .(2Е.-5) .й'.Ь .12(11. -6) *-Ь. (2Й, -б) ] 111_1_^_Э 3 Л 3 1 11 ,

Ь. (В.-б)"(2Н;+Ь .б-2а.Ь .)-Ь.(Н.-б)*(2й,.-Ь.б-2Н.Ь. ) 1 л 1 .1 1J ,]1 Л1

Л = 1 , 2, 3-, ± * з

где

"к = ~гг •

р.К?Ь,-р(Н.-б),(Ь.-2б) . 111 о 1_1_

1 = 1, 2, 3

6 ±

б =

' - 4 а с

2 а

а = 2

Ь Ь

1 а

ь ь 1 1

и' иа

+ р.

ь ь

1 а

ь ь

а а

+ Р.

ь ь

• а

ь ь

1 а

В'

4

6 = |РЛ

ь ь

ь ь

а а

н* л*

+ р ь

а а

ь _1

и

ъ ъ • -

1 9 + р ь 4

в1 а а

а

й я

ь ь ьь

1а 1а

ь ь ь

а а

+ Ь - Ь

» а

+ р ь

а а

Ь Ь Ь Ь

пг1 - -И+1\-ь.

+ р ь

а а

ъ ь ь ь

1а 1а

+ Ь

- 4

ь

а

ж

и

ь

а

• ~ РаДнУс и высота образца грунта в 1-м одометре; р. -плотность (замеряемая непосредственно) в ¿-м одометре.

Этот метод позволяет определить не только действительную плотность крупноо<ломочных грунтов, но и характеристики их на контактах с жесткими стенками сооружения, являющимися, как известно, наиболее опасными зонами всех земляных конструкций .

Для задач, требующих только определения действительной плотности грунтов, выыейзложенный метод можно упростить, одновременно повысив его точность. Для этого л рассмотрение вводится понятие зоны вытеснения Д - величины обжатия образца в приборе, обеспечивающей во всех зонах одну и ту же

действительную плотность грунта р . В этой случае уравнение

о

баланса масс можно линеаризировать в координатах Ь^р^ + :

»л- - «ФИ"

что даст возможность, проводя опыты в одной и том же

одометре (В = const) с образцами разной высоты, получить

статистически устойчивые значения р и Д.

о

В результате дальнейших исследований было установлено, что введенная выше толщина слоя вытеснения может быть расчи-тана как функция таких показателей грунта, как средневзвешенный диаметр частиц d ср.взв./в., коэффициент неоднородно-

„ de и „

сти п =; —з-, плотность частиц грунта р , и действительная

diо • об

плотность

д =

ср. взв .

об

Это ределять

уравнение вместе с предыдущим дает действительную плотность грунта р

возможность оп-практически по

одному опыту.

1.2. Прочность крупнообломочных грунтов

При массовом строительстве эффективное использование любых материалов возможно только при стандартизации их свойств. В полной мере это относится й к прочности. В то же время в отношении крупнообломочных грунтов не существует не только стандартной классификации их по прочности, но.и стандартных методов их исследования. Многолетние опыты автора на крупнейших гидроузлах (около 500 опытов) позволили установить , что для каждой из двух основных разновидностей грунтов (гравийно-галечниковых». и горной массы из рваного камня) исследуемые параметры изменяются в следующем диапазоне:

- П * 2,0;

- 50 М :£ 200, МПа;

сж

- 2,6 < р . < 2,7 т/мЗ;

_о 6

- 1,3 * * 2,0; 1 ,0 :£ * 0,7, где а,6.С - соответственно длина, ыирина и толщина частиц грунта;

- загрязненность (содержание пылевато-глинистых частиц) - менее 15Х.

Прочность крупнообломочных грунтов определяется только двумя параметрами - сжимающим напряжением а и плотность» р, причем зависимость прочности от последней носит линейный характер. Соответствующие уравнения регрессии после исключения масштабных эффектов имеют вид:

Гравийно-галечннковые- грунты

Э, = 0,054 к

а - 0 , 2 МП а К = - 0,400 + 0, ,66 р

а г 0, ,5 МПа К = - 0,410 + 0, , 66 р

а = 0 , ,8 МПа К = - 0,554 + 0, 66 р

<7 = 1 , ,2 МПа К г - 0,586 + 0, 66 р

а = 1 , ,5 МПа К = - 0,620 + 0, 66. р

Горная масса

а = 0.2 МПа К = - 0, , 55 + 0, ,83 Р

а = 0,5 МПа К = - 1, , 07 + 1 ,00 Р

а г 0,8 МПа К = - 1, ,09 + 1 , ,00 Р

а = 1.2 МПа К = - 1 , ,10 + 1, ,00 Р

а = 1,5 МПа К = - 1 ,11 + 1 ,00 Р

т

где К - коэффициент сдвига (К = ——); р - плотность грунта, т/м"; - среднеквадратичное отклонение коэффициента сдви-

га.

Дальнейшие исследования' показали хорошую устойчивость параметров прочности крупнообломочных грунтов к случайным колебаниям их состава. Чувствительность таких грунтов к каким-либо добавкам, в том числе представленным низкопрочными разностями, составляет не менее 20%.

Полученные результаты, стандартизирующие прочность крупнооблсзмочных грунтов, позволяют существенно упростить процесс проектирования земляных сооружений.

1.3. Деформируемость крупнообломочных грунтов

При исследовании деформируемости крупнообломочных грунтов можно выделить три вида масштабных эффектов:

- масштабный эффект, связанный с разуплотнением торцевых поверхностей образцов грунта;

- масштабный эффект, связанный с наличием зон разуплотнения на боковых поверхностях образцов;

- масштабный эффект, связанный с трением образцов по боковым поверхностям приборов.

Анализ показывает, что неучет их влияния может привести к систематическим ошибкам в 50 и более процентов, и снижение их до допустимых пределов не может быть обеспечено простым выбором соответствующих размеров приборов. Вопросы деформируемости грунтов с учетом некоторых видов масштабных эффек-

тов рассматривались Г.И.Покровским, X.Л.Рахматулиным. Я.Л.Коганом и другими. Все они принимали единую для всего диапазона нагрузок зависимость коэффициента трения грунта по стенкам прибора от нагрузки. Специальные опыты не подтвердили эту гипотезу.

Автором разработана комплексная методика определения действительной сжимаемости крупнообломочных грунтов как при обычных, так и при высоких давлениях. Она предусматривает параллельные испытания образцов грунта в трех различных по конструкции одометрах. Первоначально определяются значения напряжений а , соответствующие произвольно выбранным деформациям 5 в условиях исключения влияния трения и разуплотнения по боковым поверхностям образцов:

ср

Лх =

а\ а

2К .Ь а

2К .Ь

а

1 -

К . = -

■Стг

о .

л

- 1

где И, Ь - радиус и высота образцов; а' и о'1 - напряжения в обычном одометре и в одометре с подвижным дном.

После этого действительная сжимаемость грунтов, учитывающая все виды масштабных эффектов, рассчитывается по зависимости

= В - 8 ] : 2 8 -.8

о I V. 1 1 1) 1 11

где Е и % - деформации в обычном одометре и в одометре с

к II

дополнительным штампом, соответствующие напряжению о.

1.4. Фильтрационные свойства крупнообломочных грунтов

Водопроницаемость крупнообломочных. грунтов зависит главным образом от зернового состава смеси, ее плотности и геометрии упаковки - структуры. При этом основная особенность таких грунтов - возможность идеализации их в виде смеси отдельных частиц разной крупности, что позволяет использовать при изучении фильтрации в них математические модели разного рода.

При лабораторных исследованиях фильтрации частицы грунта не могут не взаимодействовать как с жидкостью, так и со

стенками приборов, окружающих образец При этом также возни-■«

кают разного рода масштабные эффекты. Условно их можно разделить на внешние и внутренние. К внешним можно отнести эффект жестких стен, вблизи которых плотность грунта существенно ниже, чем в центральных зонах образцов, а водопроницаемость соответственно выше. Внутренние масштабные эффекты связаны с взаимодействием частиц грунта-и фильтрующей жидкости. Проявляются они в виде погранКчых слоев жидкости на твердых частицах.

Исследованиями водопроницаемости крупнообломочных грунтов давно и успешно занимаются многочисленные исследователи как за рубежом, так и в СССР. Можно отметить работы Ч.Слит-хера, Н.Н.Павловского, М.Маскета, А.Н.Патраыева, С.В.Из баша, М.П.Павчича, Г.И.Покровского, Д.М.Минца, С.А.Шуберта, В.Н. Жиленкова и других-. Полученные ими зависимости позволяют Достаточно надежно рассчитывать и определять фильтрационные свойства грунтов для основных их видов и типов течения. В то же время, особенно при использовании новых технологий, встречаются случаи, когда крупнообломочные грунты существенно меняют свои свойства как во времени, так и в различных зонах сооружения. Соответственно меняется и режим фильтрации. Для этих случаев автором разработана расчетно-экспериментальная методика определения фильтрационных свойств грун-

тов. обобщающая ухе известные подходы и учитывающая все необходимые масштабные эффекты.

Учет масштабного эффекта разуплотнения грунта у стенок приборов производится тем хе способом, что и при исследовании деформируемости с помощь» параллельных испытаний образцов грунта в двух разных приборах. Более сложным является учет влияния пограничных слоев жидкости на твердых частицах (Д) и изменчивости гранулометрического состава и плотности грунта. Влияние этих факторов рассматривается в рамках- модели гидравлического радиуса. В. качестве основного закона

а

фильтрации при этом принимается зависимость V = К1 , где коэффициент фильтрации К и показатель режима а являются функциями состава и плотности грунта и выражаются формулами

К =

ЗАЦ РВ

(1

I

_шах

Ыг

Ы2/1

• /1+с г' - г

I/ о шах I

Шг

■Оп

£

1 + 2С I - 1 о шах

I/

1 + С I - 1 о шах

Здесь С0 - гидравлическая характеристика грунта, определяемая формулой

С = о

а =

где р - плотность воды; Ц - динамический коэффициент вязко-

сти: п - пористость Грунта; Г - доля (по весу) в грунте

1

частиц размером : е ускорение силы тяжести: *тах ~

максимальный градиент напора рассматриваемой задачи.

Входящие в уравнение фильтрации эмпирические коэффициенты А. В и Д могут быть определены по результатам нескольких опытов с грунтами разного состава и плотности. Для предварительных расчетов значения могут быть приняты равными:

А = 7,0; В = 1.2; Д = 0.05 мм.

2. Регулирование состава крупнообломочных грунтов

Крупнообломочные грунты используются в строительстве для различных целей. поэтому требуемые от них свойства в ратных спучаях различны. Анализ показывает. что основным параметром, определяющим свойства крупнообломочных грунтов, является зерновой состав. Именно регулированием последнего обеспечиваются в каждом конкретном случае необходимые свойства крупиообломочных грунтов.

В зависимости от поставленных целей в строительстве применяются несколько методов регулирования крупиообломочных грунтов. При этом часто используемый в других отраслях промышленности метод искусственного приготовления смеси путем предварительного их рассева нп фракции в специальных сортировочных установках или дробление в дробилках при стооительстве земляных сооружений применяется редко , Так как требует специального оборудования и слишком больших трудо з пт рат,

В то же время б ольиой. ннтерес в строительстве вызывают ток называемые методы "попутного регулирования", осуществляемые вместе с основными технологическими процессами. В качестве одного из них можно назвать широко известный метод взрывной разработки скальных грунтов, при котором регулирования их состава производится за счет выбора соответствующей схгмы взрывания. Среди других методов "попутного регулирования" можно назвать метод естественной сегрегации и естест-

венного дробления грунта, сбрасываемого с высоты при строительстве взрывонабросных плотин. Эти методы при всей своей простоте оказались достаточно надежными и эффективными. Автором разработаны теоретические основы этих методов и рекомендации по их практическому использованию.

2.1. Взрывное дробление скальных пород

Взрывное рыхление и дробление является одной из универсальных высокопроизводительных технологий, широко используемой в промышленности и строительстве. При этом существовали общепринятые представ пения, что взрывное рыхление позволяет регулировать содержание в получаемом материале как крупных фракций (негабаритов), так и мелких (мелкозема).

Лабораторные и производственные исследования, в том числе крупномасштабные , выполненные под руководством и с участием автора, показали ошибочность этой точки зрения. Достаточно хорошо регулируя максимальную и среднюю крупности частиц грунта. взрывное рыхление прочных пород практически не изменяет содержание в них мелкозема. Количество последнего определяется инженерно-геологическими особенностями взрываемых горных пород.

2.2. Дробление крупнообломочных грунтов при сбрасывании с высоты и компрессионном сжатии

Исследования показывают, что процессы, протекающие в грунте, при сбросе его больших масс с высоты, например, при возведении взрыво-набросных плотин, и процессы, происходящие п компрессионных приборах; аналогичны - в обоих случаях имеет место статическое сжатие, при котором скорость нагружения меньше-скорости волны сжатия. При этом основные изменения состава грунта в этих процессах связаны с увеличением в нем мелкозема, количество же крупных скелетных

фракций в нем практически не меняется. Происходит как бы "стирание крупных фракций в процессе т-рения друг о друга. С учетом этого было получено дифференциальное уравнение компрессионного дробления крупнообломочных грунтов:

Tdm = tl_m)._i_|_L_j1/P. р

i /е

где т = г(а) - удельная работа, необходимая для образования единицы объема мелкозема; га - доля мелкозема в грунте; а, Р - параметры деформируемости грунта; О - а-^ О, £ - соответственно сжимающие напряжения и относительная деформация грунта.

Общим решением этого дифференциального уравнения является

= 1-^l-moJexp(-ao'&] .

Приняв в качестве конкретного вида функции т г г(а) уравнение Т = с(7п, входящие в последнее уравнение коэффи циенты а и •£> можно представить в виде

а = - 1

сра,/Р(1/р + 1-п)

•6 = 1/0 + 1 - п.

Разработанный метод позволяет как рассчитывать дроби-мость грунтов по известному уравнению их деформирования, так и производить статистическую обработку опытных данных.В последнем случае уравнение дробимости нужно рассматривать в формальном, феноменологическом рмысле.

2.3.

Сортировка крупнооблоиочных грунтов естественной сегрегации

мет одом

Благодаря большой простоте и надежности метод сортировки крупнообломочных грунтов с помощью естественной сегрегации находит все более широкое применение в гидротехническом строительсве. Таким образом была получена большая часть горной массы упорных призм Ассуанской плотины в Египте. Большие объемы работ по сегрегации выполнены на гидроузле Аль Кадиссия в Ираке для получения крупного камня для крепления откосов. Сегрегация применялась на Нурекской ГЭС. В настояцее время этот метод используется в широки* масштабах при строительстве Рогунской и СангтУдинских ГЭС.

Разработанные автором теоретические основы и метод расчета естественной сегрегации позволяют существенно повысить ее эффективность.

В общей случае сегрегация грунтов представляет собой процесс движения отдельных частиц грунта по откосу, при котором их потенциальная энергия расходуется на работу сил трения по нижележащим слоям. Дифференциальное уравнение этого процесса имеет вид

Ь

[><ы]йЬ = Кс^а|[7,

о

где МЬ) = Э, - диаметр частиц, расположенных на сегрегиро-п

ванном откосе на расстоянии (глубине) Ь от гребня; К, параметры трения частиц грунта, скатывающихся по откосу: при этом

г'де О

и й -

соответственно диаметры камней.

лежащих и скаты-

ваючихся на откосе; а - угол заложения откоса конуса сегрегации .

Полученное уравнение позволяет расчетным путем определить гранулометрический состав грунта в различных зонах конуса сегрегации.

Гранулометрический состав грунта на глубине Ь от гребня описывается уравнением Талбота:

f . =

d.

i

d . min

~ar

а

где

доля в смеси частиц грунта размером, равным

меньшим d.; d , d .

1 шах mm

нимальный диаметр частиц исходного грунта

соответственно Максимальный и ми-

коэффи циент,

равнин

ah =

d - D, max h

ср

Здесь Б

ср

средняя крупность грунта на глубине Ь конуса

сегрегации;

üfР = Dcp + h min

i4-l,/a° ■ ißCP - Dcp ]•

I H I I max mml

Dce = d

min ср.в з в

1 +-

(П - 1)0

с с

1-1

(а +i)(0,7

с

/О

Т) -0,2,/ас)

с

а +1 f л

Dcp = Dcp + d - Dcp .

max min Cl^ ^ ср.взв minJ

а = 0,28а +0,42: Г) = ° ' 7 = 0.258П +0,742, с исх с ^ср нсх

О , 2

<1

Й , П = 17 °—; а - соответственно средне взвешен-

ср.взв исх о исх

2 о

ная крупность, коэффициент неоднородности и параметр Талбота

исходного грунта.

3. Технология уплотнения крупнообломочных грунтов в строительстве

Вопросы уплотнения крупнообломочных грунтов исследовались многими учеными и инженерами: А . К). Ишл и не к им , М.Кезди, Л.М.Черкасовым, Ю.К.Зарецким, В.И.Уруничем, А.Альбертом и многими другими. Всеми ими грунты рассматривались как сплошная среда с известными свойствами. Такой подход в отношении крупнообломочных грунтов недостаточно оправдан. С одной стороны, их плотность возрастает вместе с неоднородностью и соответственно с максимальной крупностью частиц. Это требует увеличения толцины укатываемых слоев. С другой стороны, такое увеличение слоев при поверхностном уплотнении повышает степень рассеивания напряжения и снижает эффективность уплотнения. В этом случае оптимальный вариант уплотнения может быть рассчитан только д учетом совместного действия всей совокупности факторов.

3.1. Уплотнение крупнообломочных грунтов укаткой

Производственные исследования уплотнения крупнообломочных грунтов катками статического действия показали, что плотность их зависит от крупности частиц грунта и в отличие от мелкозернистых грунтов является функцией не абсолютной

толщины слоя I , а относительной ее величины I /(1

сл сл ср . в з в

где с1 - средневзвешенная крупность частиц грунта,

ср.в з в

Лабораторные опыты показали, что основную роль в объяснении этого явления играет деформируемость крупнообломочных грунтов в тонких слоях, которая также является функцией относительной крупности грунтов. Разработанная автором математическая модель уплотнения позволяет учесть все эти факторы и оптимизировать процесс укатки в соответствия с имеющимися грунтами и уплотняющими механизмами. Основная зависимость, описывающая уплотнение грунтов катками, имеет вид

Р = Р пл го

ПНа

1 -

(1-2/0) / т+п

М'

[а + б(1-ехр(-с*У))1']

где р - начальная плотность грунта; р - плотность грунта о пл

после уплотнения; Р - вес катка; Ио - радиус плотности соприкосновения катка с грунтом; т, п, Г), Р ~ параметры деформируемости крупнообломочного грунта в тонком слое:

а,

7. V

- параметры,

определяющие тангенс угла заложения

образующей конуса распространения напряжении в тонких слоях крупнообломочных грунтов:

= а + 6 (1 - ехр(-сг*>)

3.2. Уплотнение крупнообломочных грунтов при строительстве взрывонабросных плотин

В процессе возведения взрывонабросных .плотин в горной породе, падающей На основание. возникают большие сжимающие напряжения. приводящие к ее уплотнению. В общем случае при взрыве зарядов ВВ в каньонах со сложной геометрией физические процессы, происходящие при этом, чрезвычайно сложны и до конца не изучены. Расчеты могут быть выполнены только для некоторых, наиболее простых вариантов. Волновые методы расчета уплотнения грунтов взрывонабросных плотин рассматривались такими учеными, как Г.И.Покровский. Л.Н.Рассказов, Ю.К. Зарецкий и др. Разрботанные ими методы достаточно хорошо описывают физические процессы, происходящие в грунтах взрывонабросных плотин, но требует надежных определений исходных параметров падающего на основание грунта, в первую очередь плотности. Последняя же на сегодняшний день не может быть определена даже приближенно. В этих условиях более предпочтительными являются энергетические методы расчета, практически нечувствительные к исходным параметрам грунтов. ТакНе методы рапработаны автором в нескольких вариантах. Одним и,з них является метод линейной плотности, нения плотности грунта по глубине тела тины принимается в виде

р = р + га (Ь -•«).

у о о

где ру - плотность грунта после уплотнения в слое, первоначально расположенном на высоте у над основанием: р - нача-

о

льная плотность грунта, соответствующая его предельно рыхло-

в котором закон изме-взрывонабросной пло-

му состоянии; Ьо - начальная высота плотины (высота падающего слоя грунта с начальной плотностью р^); ш - коэффициент.

Входящий в это уравнение градиент плотности определяется в виде решения общего уравнения уплотнения:

Р + 1

т(Ь - V)

р + т(Ь -у-) о о

<н = РсеЬо

н +

и Ь

■Сп

р + тЬ

о о

а Ь

_с

2Е

шЬ

р + юЬ

гр

где Н - высота сброса грунта; б - ускорение силы тяжести;

а, ¡3 - параметры деформируемости грунта при его начальной

плотности р : а = . о

В этом уравнении учитываются эффекты, связанные с деформируемостью основания и увеличением высоты сброса грунта за счет деформаций самой плотины. При возведении плотин высотой до 100 м они в значительной части взаимно компенсируются и могут не учитываться. Для этого случая уравнение уплотнения метода линейной плотности имеет вид

+ 1

тЬ

е* 1

(¿х +

р еН

Для его решения автором разработана специальная номограмма. позволяющая определять градиент плотности т непосредственно по известным значениям р ; Ь ; Н ; а и б.

ООО

Для более соответствующего реальным случаям нелинейного распределения плотности по высоте взрывонаб росной плотины

дифференциальное уравнение уплотнения имеет вид

с)и

аУ

4- р г (Ь -у) Гн + б + а + -¿- (и -а))

а о о * V. о 2 пах 7

2 1 (0 + 1) (/3 + 2) <атах"",+ГТГ

<1+6

1 -

о} о

1 / 0

и решается методом последовательных приближений при граничных условиях: <1=0 при <1=0: <1 = а при « = Ь . В этом

* шах * о

уравнении 5 представляет собой осадку основания и определяется по формуле

б = / ±

2(0 +1)

(0+1)(0+2) тах

(0 +1)р еЪ'

1 о о

(0 +1)р еЬ"

1 о о

(Но+ I и„аж) - I

2(0 +1) (0 +1)р гЬ' ■ _ 1_о о

(0+1)(0+2) тах Ь

где Е - модуль деформации основания: а , 0 - параметры

осн II

деформирования нижних слоев плотины, уплотненных от собственного веса:

0

а = а В 1.

Деформируемость этих слоев плотины рассчитывается для произвольно выбранного значения сжимающего напряжения по зависимости

Е . - 1 -о , 1

тЬ

1 +

-(1 - х)

с£х,

где а =

1 -

"Г

; 3

« , 1

О. 1

1/Р

а,

V :

об-

щая высота нижнего столба грунта, уплотненного за счет собственного веса; о. - расстояние от основания до рассматриваемого слоя .

Широкомасштабные натурные исследования, в том числе на опытных плотинах высотой 10, 20 и 60 м, показали удовлетворительную сходимость расчетных и натурных распределений плотности .

4. Основные принципы проектирования и строительства взрывонабросных плотин из крупнообломочных грунтов

В росы использования энергии взрыва при строительстве плотин ухе давно привлекают внимание исследователей. Прежде всего следует отметить ставшие классическими работы Г.И.Покровского и М.С.Федорова. В разработку теоретических основ направленного взрыва внесли свой вклад видные советские ученые М.А.Лаврентьев, М.А.Садовский, В.В.Адушкин, С.С.Григорян, А.А.Черниговский, В.Н.Недрига, Л.Н.Рассказов и другие. Практическому использованию направленного взрыва посвящены многочисленны^ работы Ф.А.Андреева, С.А.Давыдова, М.Ф.Бурш-тейна, Р.Я.Страусмана и др.

Во всех этих работах основное внимание уделялось только вопросам подготовки и выполнения самого взрыва и частично геометрии взрывного навала. Проблемы геотехники взрывних плотин н их качества практически не рассматривались. Отсутствие достаточно надежных и проверенных на практике методов прогноза свойств взрывонабросных плотин стало серьезным тормозом для их широкого внедрения в практику. Для решения этих проблем в 70 - 80-х годах в СССР была осуществлена широкая программа исследований, геотехническая часть которых выполнялась под руководством автора. Кроме теоретических и лабораторных исследований в рамках этой программы были построены и изучены опытные взрывонабросные плотины Бурлы-

кия. Уч-Териа. Папанская. Ташкумырская, исследоЬаны плотины Медео и Байпаза.

4.1. Существующие способы возведения • взрывонабросных плотин

Процесс создания взрывонабросных плотин представляет собой перемещение грунта взрывом из бортов ущелья в русло реки. Это перемещение мокет осуществляться или броском грунта (взрыв на выброс), или его сползанием по склону (взрыв на обруыение). При больших объемах плотин последний способ требует существенно меньших расходов взрывчатых вещемств (ВВ) , по эффективное применение его возмохно только при правильном учете трения сползающих масс по склону. Последний фалтор определяет не только качество возводимого сооружения, но и саму возможность применения этого способа.

Используя результаты, полученные А.Е.Иейдеггером, С.С. Григоряном и В.В.Адуикиным, а также собственные исследования. автором выведены зависимости, связывающие коэффициент трения грунта по скальному основанию с объемами оползня, и получена результирующая зависимость для определения эффективной высоты сброса Но при взрыве на обрушение, позволяющая рассчитывать геотехнические характеристики таких плотин:

Н = Н - 2.58 • Ь"°'47 , о

где Ь - горизонтальная проекция траектории движения грунта; Н - расстояние (по вертикали) между центрами тяжести воронки взрыва и навала плотины.

4.2. Профиль взрывонабросных плотин и методы его расчета

До настоящего времени как в отечественной, так и в ми-

ровоО практике профиль взрнБона 6росных плотин определяется, как правило, без каких-либо достаточных обоснований, в луч-ыем случае по аналогии с уже построенными сооружениями. В результате фактические размеры плотин иногда очень существенно отличаются от проектных.

Лабораторные и полевые исследования, выполненные автором, позволили получить зависимость, определяющую заложение откосов взрывонабросных плотин т в зависимости от свойств грунта и схемы взрыва:

1 + 80

?о«Нс

где ф - угол естественного откоса грунта: р^ - плотность сбрасываемого грунта; Е - модуль деформации грунта; Но - эффективная высота сброса грунта.

При больших высотах сброса (Н ) взрывонабросные плоти-

о

ны могут иметь очень распластанный профиль, что сникает их эффективность. Решение проблемы в этом случае может быть достигнуто за счет опережающего строительства перемычек. Специальные исследования, выполненные автором, позволили установить оптимальную высоту перемычек, обеспечивающих необходимый эффект :

Ь = (Ь - ■С/т) ,

пер 2 пл

где И - максимальная высота плотины; - расстояние от оси пл

плотины до перемычки: т - заложение откосов плотины, возводимой без перемычек.

Использование предлагаемой схемы взрыва позволяет возводить плотины, крутизна откосов которых в центральной части равна углу естественного откоса, что обеспечивает существенную экономию взрывчатых вещемств и гарантирует

сохранность других сооружений гидроузла. При использовании полученных автором зависимостей непрофильные потери грунта не превышают 5 - 10% объема плотины.

4.3. Динамические расчеты взрывонабросних плотин

В отличие от обычных плотин взрывонабросные уже при св"оем возведении испытывают определенные динамические воздействия. Поэтому выбором соответствующей схемы взрыва можно обеспечить необходимую прочность и устойчивость плотины, исключающую необходимость проведения каких-либо дополнительных мероприятий.

Для оценки динимаческого воздействия от сброса грунта при строительстве взрывонабросных плотин автором Получена зависимость для определения ускорения:

где а, 0 параметры деформируемости грунта (а = аИ" ) ; е -ускорение свободного падения.

Кроме динамики собственно взрывного навала больной интерес представляют вопросы, связанные с воздействием сопутствующих возведению взрывонабросных плотин процессов на окружающую среду. Одним из таких вопросов является ударное воздействие падения больших масс грунта на жесткое основание. Для оценки относительного сейсмического эфекта этого фактора автором предложено использовать отношение

Э р еН

Э - гр _ го о отн " Эвв ~ ч Е Q

где q - удельный расход ВВ; <} - удельная теплота ВВ; механический эквивалент теплоты.

4.4. Противофильтрационные мероприятия при строительстве взрывонабросных плотин

Наиболее широко- применяемая сегодня схема строительства взрывонабросных плотин предусматривает возведение взрывом однородного (по материалу) взрывного навала. Имевшие место до настоящего времени попытки возвести одним взрывом сложную многокомпонентную конструкцию путем предварительного складирования различных материалов на соответствующих участках бортов ущелья, как правило, оказывались неудачными. Поэтому на сегодняшний день наиболее эффективным мероприятием по снижению водопроницаемости взрывонабросных плотин является коль-матаж их мелкозернистыми грунтами. Качество его зависит от соотношения размеров пор тела плотины и крупности имеющегося кольматанта.

Размеры пор горной массы во взрывонабросной плотине зависят от исходной блочности массива, расхода ВВ и энергии сброса. Автором получена зависимость, функционально связывающая эти параметры:

О

пор

гро [Р ,(1 - "7Р «н - Р )1 и1 о^_/ о о «_ о' Л

зр /хГ~1аш

о / м

где 0м - средняя блочность массива; % - удельный расход ВВ.

Использование ее позволяет в каждом конкретном случае получать навал с наиболее эффективными параметрами. Для получения необходимого кольматанта из естественных смесей без их сортировки с помощью специального оборудования автором разработаны методы гидравлического разделения смесей по крупности путем сброса в водохранилище на расстоянии Ь от-уреза воды, обеспечивающем попадание частиц необходимой крупности в нужную точку откоса. Величина I. при этом рассчн-

TbiBaeTcsr по формуле

L = IH - h) + m = IH - h) (20n +ш).

пл l Ы I пл

где Н - высота плотины: h - высота расположения кольмати-п л

руемого слоя откоса над основанием: » - скорость потока воды в водохранилище; (о - гидравлическая крупность ко Jt ь матанта . оптимального для плотины: гг> - заложение откосов плотины: п пористость грунта плотины.

Предложенная автором технология позволяет не только получить качественный кольматяж. но и обеспечить наличие на откосе заиитного слоя фильтра.

При наличии наносов в водохранилище кольматаж плотины может быть осуществлен их гидравлическим или механическим размывом. При этом расстояние. но котором разрабатывается грунт в водохранилище, должно определяться по формуле

. 2Н - h , • I, = » • --- - mh.

ш

Разработанные методы сортировки кольматанта и

регулирования свойств самой плотины позволили разработать значительно более эффективную по сравнению с существующими конструкцию взрывоппбросной плотины. Она представляет собой навал породы с плотной центральной частью и полее рыхлой зоной верхового откоса. . в дальнейшем кольматируемой мелкозернистыми грунтамн. 'оздание такого навала возможно размещением зарядов взрывчатых веществ на разной высоте Нвв, определяемой зависимостью:

2Е(р - р ) Н = -2-2-

ВВ gp2(2р - р ) о э о

гдр р - требуемая плотность грунта в рассматрмваемоИ зоне

3

плотины: Е - модуль деформации грута плотины: р - плотность

грунта в предельно рыхлом состоянии.

Исследования показали, что разработанные автором методы позволяют снизить водопроницаемость взрывонабросных плотин в 50 - 100 раз в отличие от ранее известных технологий, где она снижается не более чем в 2 - 4 раза.

5. Контроль качества крупнообломочных грунтов в строительстве

В общей случае качество крупнообломочных грунтов в земляных сооружениях определяется сравнением заранее установленных критериев с результатами производственного контроля. Основным критерием качества при этом обычно принимается плотность скелета грунта р. В то же время основными расчетными примерами, определяющими

эксплуатационные свойства земляных сооружений, являются обычно их прочность и деформируемость, а иногда и водопроницаемость. Такой подход уже сам по себе приводит к появлению оыибок. Кроме того, существуют и другие виды оыибок производственного -контроля. В результате его точность может быть очень низкой.

5.1. Точность существующих методов контроля качества крупнообломочных грунтов

Ошибки контроля качества крупнообломочных грунтов при суиестувующих сегодня методах контроля определяются статистическим характером связи между прочностью и плотностью грунтов, масштабными эффектами при лабораторных определениях физико-механических характеристик грунтов и неточностями производственных методов определения плотности. Выполненный автором анализ показывает, что суммарные относительные ошибки стандартных методов контроля достигают для гравийно-галечниковых грунтов- 16%; для горной массы 22%.

Т.е. в большинстве случаев они выше, чем нормативные коэффициенты запаса. установленные СНиП 2.06.01-86. Это показывает, что вопросы контроля качества крупнообломочных грунтов требуют дальнейшего изучения и обоснования.

5.2. Производственный контроль плотности крупнообломочных грунтов

Контроль плотности крупнообломочных грунтов должен обеспечивать отбор проб, представленных как по гранулометрическому составу, так и по объему. Формальные расчеты, сделанные автором, показывают, что объемы проб, безусловно гарантирующих необходимую точность для обоих случаев, определяются яа-в исимостями:

по грансоставу

сГ

V = 0,42

по объему

пр 1 Р (1 - п)

хр

V = 9 • 10" ■ (1* . пр ср . В 3 в

где <1 и <1 соответственно средневзвешенный и

ср-вэв тах

максимальный диаметры частиц грунта; Ркр - содержание в грунте фракций максимальной крупности; п - пористость грунта.

Рассчитанные по этим зав истимостям объемы проб очень велики. Для решения этой проблемы автором был предложен метод определения плотности крупнообломочных грунтов с помощью лунки. объем которой замеряется водой с помощью полиэтиленовой пленки толщиной 0.15 мм. Специальные исследования показали. что объем оптимальных проб при этом мож'ет быть существенно уменьшен по сравнению с теоретическим:

У0ПТ = 830 а* пр ср.в з в

При этом систематическая оыибка плотности может быть учтена поправочным коэффициентом:

постоянна и

Ра = 0.98 р^ .

где Рд и р^ - соответственно действительная и фактически замеряемая в лунке плотности грунта.

5.3. Контрольные параметры качества крупнообломочных грунтов и методы их расчета

Согласно СНиП- 2.06.05-84 в качестве расчетной плотности грунта принимается среднее значение, соответствующее односторонней доверительной вероятности, равной 0,95, то есть рассчитываемое по формуле

г • а

р = р + -

расч п

где р - средняя плотность грунта; О - среднеквадратичное

Р

отклонение плотности; п - количество проб в контрольной выборке; г - квантиль порядка 0,95.

В этой формуле только р является устойчивым и объективно определяемый параметром, все же остальные зависят от таких субъективных факторов как объем проб, их количество, метод контроля плотности и т.д.

Автором предложен метод определения расчетной плотности грунта с учетом конкретных размеров сооружения, объема и метода отбора контрольных проб. Объем контрольной выборки (п) при этом определяется как отношение

где V и V - соответственно объем наиболее опасной зоны в

а пр

сооружении и объем проб; Н - высота плотины.

пл

Такой подход делает расчетную плотность однозначно определяемой, не зависящей от методов контроля и в то же

в ремя учитыв ающей конструкцию и размер сооружения.

5 .4. Статистический контроль качества

крупнообломочных грунтов

Стат ист ический контроль качества грунто в в

с троительств е предусматривает назначение конт роль ных

п араметров, объемы выборки, разработку системы кон трол я и

и н т ерпретаци ю получаемых результатов и, наконец, в ключ ает

о птимизацию самого производственного процесса. Обща я сх ема

в заимосвязи параметров крупнообломочного грун т а ,

о б еспечив ающ их его качество На всех этапах проектиро ванн я и

с т роитель ств а, выглядит следующим образом:

р -> р -► р -» К -> К

к норм расч норм расч

г де р - плотност ь К - к оэффицие н т сдвига, а индексы "к",

"норм", " расч" обо 3 начают соответс т венно кон трольные, норма-

тивные и расчетные пырамет ры .

Ав т о ром разра б отан м« тод расч е та параме тров прочности и

плотност и крупноо б ломочны х грунто в основа нный на принципе

ра в нопро ч ности, п оз воляю щий уч е сть ВС е особенности

сооружен и я, грун т а и способов КОНТРОЛЯ В частности.

расчетна я плотное т ь при этом о п ределяетс я как решение

уравнени я

р - р

г = - рас о ч - /Я .

р

где г - корень уравнения 0,5 - 4(1) = Ро; ФИ) - функция

«_

нормального распределения Р = 1 - /1- Р7; Р , - общая

о общ общ

вероятность разрушения сооружения, принятая в проекте на основании аналогов, нормативных документов и т.д.

Автором получено основное уравнение. устанавливающее связь интенсивности отсыпки грунта в сооружение с принятым методом контроля и позволяющее оптимизировать технологию строительства:

Р = - -2-1 ■ е"тг + . г о т ) ю

Уравнение получено для установившегося процесса, когда свободная площадь равна интенсивности отсыпки, имеющей вид

К = Р.

1 + т

п = (тР

К)

где - свободная ко времени г площадь отсыпки грунта: К -

интенсивность отсыпки грунта; т - скорость восстановления

(контроля) отсыпанной площади; Р - общая площадь отсыпки; е

о

- основание натуральных логарифмов.

С учетом полученных результатов автором разработан метод оптимизации контроля, позволяющий минимизировать общие затраты ма строительство и контроль сооружений из крупнообломочных грунтов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. При наличии достаточно разработанных методов расчета сооружений из крупнообломочных грунтов их физико-механические свойства в настоящее время определяется достаточно приближенно, со значительными ошибками. Также недостаточно разработаны методы подготовки и укладки таких грунтов в сооружения. Все это снижает •эффективность использования таких грунтов в строительстве.

2. Предложенные с учетом масштабных эффектов физические модели взаимодействия крупнообломочных грунтов с жесткими отенками приборов позволяют разработать метрологически обоснованные методы определения физико-механических характеристик грунтов, а также получить расчетные зависимости и номограммы для определения последних.

3. Полученные на основании крупномасштабных производственных п лабораторных исследований результаты позволяют уточнить общепринятую точку зрения на дробление горних пород взрывом. Они показывают, что для используемых в строительстве достаточно прочных пород взрывное рыхление позволяет регулировать содержание в горной массе только крупных и частично средних фракций. Что же касается мелких фракций ( <5 мм), то их количество определяется в основном инженерно-геологическими факторами.

4. Разработанный и проверенный в практике строительства метод расчета дробления крупнообломочных грунтов при сжатии их большими нагрузками позволяет надежно прогнозировать свойства грунтов в теле вэрывонабросных плотин и регулировать их за счет соответствующего выбора схемы взрыва. Экспериментальная проверка показала хороыее совпадение его с опытными данными.

5. Подробно изученные в лабораторных и производственных условиях процессы движения крупнообломочных грунтов по откосу позволили теоретически обосновать метод сортировки грунтов при помощи естественной сегрегации. Он позволяет получать необходимые в строительстве' грунтовые смеси

о

непосредственно из карьерных грунтов и исключить в большинстве случаев использование дорогостоящих дробильно-сортировочных установок.

6. Предложенная автором физико-математическая модель уплотнения крупнообломочных грунтов при их послойной отсыпке с механическим уплот-неиием позволяет учитывать крупность таких грунтов, их уплотняеиость в - тонких слоях и другие специфические особенности. Разработанный с учетом этих моделей метод расчета позволяет решать задачи оптимизации процесса уплотнения грунтов и выбора.их расчетной плотности.

7. На основании анализа результатов экспериментально-производственных исследований установлено, что при неизбежной неопределенности в исходных параметрах взорванных грунтов наиболее точными для взрывонабросных плотин являются энергетические методы расчета плотности. Предложенные автором методы являются универсальными, пригодными для всех схем взрыва и позволяют учесть 'все основные определяющие факторы. Для плотин высотой до 100 м расчеты плотности взрывонабросных плотин можно производить с помощью специальных номограмм.

8. На основании обобщения советских и зарубежных исследований и собственных опытов установлено, что основным показателем, определяющим качество уплотнения взрывонабросных плотин, является "эффективная высота сброса грунта". Получанные зависимости для ее определения могут служить основой для выбора наиболее эффективной схемы возведения взрывонабросных плотин.

9. Разработанная с учетом специальных исследований методика расчета формирования профиля взрывонабросных плотин учитывает как свойства используемых грунтов, так и их энергию сброса и позволяет уменьшить общий расход взрывчатых веществ-, необходимых для создания плотины, и оптимизировать компановку всех сооружений гидроузла.

10. Установлено, что для достижения максимальной водонепроницаемости наиболее эффективными являются неоднородные по составу и плотности вэрывонабросные плотины

с коль матируемым верховым откосом. Разработанные методы регулирования свойств материалов и технологии их замыва в комплексе позволяют уменьиить первоначальную

водопроницаемость таких плотин в 50-100 раз в отличйе от максимального эффекта в 2-4 раза, достигаемого при обычных способах.

11. С помощью подробного анализа существующих методов контроля показано. что их общая точность для гравийно-галечниковых грунтов порядка 16Х, а для горной массы - 22%, т. е. для ответственных сооружений меньше принятых СНиПом коэффициентов запаса.

12. Разработанный на основании метрологического анализа метод производственного определения плотности крупнообломочных грунтов методом лунки с замером ее объема водой с помощью полиэтиленовой пленки позволяет существенно повысить точность контроля. Полученная в результате этих же исследований расчетная зависимость для определения минимально необходимого объема проб крупиообломочных грунтов пбзволяет уменьиить общие затраты на контроль.

13. Установлено, что при отсутствии стандартизированных методов контроля плотности крупнообломочных грунтов ее расчетные значения, определяемые согласно СНиП, в значительной мере зависят от таких субъективных факторов, как способ отбора проб, их объем, особенности технологии строительства и т.д. и в то же время не учитывают размеры сооружения, их класс, особенности работы конструкций и т.д. Для исключения- этой неопределенности Предложен метод расчета плотности, обеспечивающий определение ее действительных значений в сооружении.

14. Разработанный на основе теории вероятности метод определения расчетных , нормативных и контрольных значений плотности и прочности крупнообломочных грунтов земляных сооружений, обеспечивающий равнопрочность последних по всем возможным воздействиям, позволяет существенно повысить их общую надежность и с максимальной эффективностью использовать возможности грунтовых материалов.

15. В результате анализа технологических процессов возведения земляных сооружений выявлено, что основными факторами, определяющими интенсивность строительства, является система и метод контроля. Полученные с учетом этого зависимости позволяют рассчитывать максимально возможную для данного способа контроля производительность отсыпки грунтов, что обеспечивает устойчивость всего технологического процесса.

16. Разработанный метод оптимизации контроля качества крупнообломочных грунтов позволяет не только повысить надежность получаемых результатов, но и уменьшить общие затраты на строительство. Установлено, что оптимальный объем контрольной выборки мох«т быть рассчитан только совместно с контрольной плотностью, которая, в свою очередь, определяет технологию производства работ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монографии

1. Строительные свойства крупнообломочных грунтов.-Ташкент: Узбекистан, 1978 (соавторы Казакбаев К.К., Ибрагимов К.И.).

2. Проектирование и исследования взрывонабросных плотин.- М.: Энергоатомиэдат, 1988 (соавтор Корчевский В.Ф.).

Учебные пособия

3. Взрывонабросные плотины. - Ташкент: ТашПИ, 1990 (соавторы Расулов Х.З., Ибрагимов К.И.).

4. Портлатиыга оид туганлар,- Тошкент: Тошкент политехника институти, 1990 (соавторы Расулов Х.З., Ибрагимов К.И.).

Нормативные доку.менты

5. СНиП 3.02.03-91. Геотехнический контроль в строительстве ( соавторы Арипов Н.Ф. . Розиноер И.Т. и др.).

Статьи и доклады

6. Возведение упорных призм высоконапорной плотины из каменного материала тонкими слоями с механическим уплотнением // Гидротехническое строительство. - 1968. - N 7.

7. Контроль плотности горной массы // Гидротехническое строительство. - 1969. - N 6 (соавторы Селиверстов Г.Г.. Рейфман Л.С.).

8. Исследования упорных призм каменно-земляной плотины, возводимых большими слоями II Энергетическое строительство.

- 1969. - N 9 (соавтор Рейфман Л.С.).

9. Экспериментальные исследования сопротивления сдвигу крупнообломочных грунтов Чарвакской плотины // Гидротехническое строительство 1970. - N 9 (соавторы Радченко В.Г.. Рейфман Л.С.).

10. ^Некоторые вопросы возведения каменно-земляной плотины Чарвакской ГЭС // Энергетическое строительство. - 1971.

- N 6 (соавторы Радченко В.Г., Рейфман Л.С.).

11. Некоторые проблемы уплотнения насыпи боковых призм пю'тини Нурекской ГЭС // Энергетическое строительство. 1971. - N 9 (соавторы Рейфман Л.С., Могильников Л.П.).

12. Выбор наиболее экономичной технологии послойной укатки с учетом агрегатной структуры грунта // Энергетическое строительство. - 1972. - N 9 (соавторы Рейфман Л.С., Великанов B.C.. Могильников Л.П.)

13. Научное и опытно-производственное обоснование технологии возведения плотины Чарвакской ГЭС // Труды Гидропроекта. - 1973. - Вып.32 (соавторь. Янгарев Д.А.. Рейфман Л.С.).

14. Исследования и опытно-производственное обоснование технологии возведения плотины Нурекской ГЭС // Труды Гидропроекта. - 1973. - Вып.32 (соавторы Вуцель В.И., Листровой

П.П., Рейфман Л.С., Могильников Л.П.).

15. Исследование сжимаемости аргелитов, песчаников и их смесей в диапазоне нагрузок до 20 кг/см* // Строительство и архитектура Узбекистана. - 1975. - N 1 (соавторы Ибрагимов К.И.. Казакбаев К.К).

16. О влиянии трещиноватости на сдвиговые характеристики скальных оснований // Доклады АН Уэ.ССР. - 1975. - N 3 (соавторы Ибрагимов К.И., Казакбаев К.К.).

17. Возведение плотин при помощи взрывов // Гидротехническое строительство. - 1985. - N 10 (соавторы Рейфман Л.С., Хусанходжаев Ф.З.).

18. Каменные карьеры с наличием слабых прослоек в качестве материалов для упорных призм высоких и сверхвысоких плотин // Строительство и архитектура Узбекистана. - 1975. -N 11 (соавторы Казакбаев К.К.,' Ибрагимов К.И., Рейфман Л.С.).

19. Гидротехнические свойства плотин, возводимых взрывным способом // Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов водного хозяйства. - Тамкент, 1976.

20. Геотехнические свойства однородных взрывонабросных плотин // Тезисы докладов и сообщений 5-го научно-техиичес-кого совещания Гндропроекта. - Н., 1976 (соавторы Корчевский В.Ф. , Рейфман Л.С. ).

21. Геотехнические исследования опытной взрывонабросной плотины на р.Бурлыкня // Гидротехническое строительство. 1977. - N 5 (соавтор Корчевский В.Ф.).

22. Строительная оценка грунтов естественных месторождений для высоких каменно-земляных пхотин // Тезисы докладов на XXVI научно-производственной конференции и профессорско-преподавательского состава ТИИНЕХ. - Ташкент, 1977 (соавтор Ногильников Л.П.).

23. Основные проблемы возведения каменно-земляных плотин направленным взрывом // Сборник научных трудов " ТашПИ: Неханика грунтов, основания и фундаменты. - Ташкент, 1977.

24. Слабые песчаники - материал для качественных насы-

пей // Гидротехника и мелиорация. - 1978. - N 2 (соавторы Рейфман Л.С.. Корсунцев В.И.).

25. Стекловолокно в качестве фильтра под бетонной облицовкой // Гидротехника и мелиорация. - 1978. - N 6 (соавторы Горский А.Ю., Корсунцев В.И., Трухников И.С.).

26. Натурные исследования фильтрации в . теле опытной взрывонабросной плотины // Гидротехническое строительство. -1978. - N 7 (соавторы Недрига В.П., Покровский П.И., Кор-чевский В.Ф.).

27. Исследования свойств грунтов плотины на р.Бурлыкия, сооруженной направленным взрывом // Энергетическое строительство. - 1978. - N 11 (соавторы Корчевский В.Ф., Коган М. Л. ) .

28. Уплотнение крупнообломочных грунтов в гидротехническом строительстве // Тезисы докладов на IX Всесовзном научно-техническом совещании Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1978 (соавторы Казакбаев К.К., Корчевский В.Ф.).

29. Геотехнические аспекты оценки качества насыпей, возведенных взрывом из скальной горной массы // Взрывное дело: Сб. - Н.: Недра, 1980. - N 82/39 (соавторы Корчевский В.Ф., Коган М.Л.).

30. Расчет параметров плотности при возведении земляных гидротехнических сооружений' // Строительство и архитектура Узбекистана. - 1981. - N 2- (соавторы Казакбаев' К.К., Ибрагимов К.И. ) .

31. Методика исследования свойств взрывонабросных. плотин // Энергетическое строительство. - 1982. - N 6 (соавторы Рейфман Л.С., Корчевский В.Ф., Хусанходжаев Ф.З.).

32. Исследование дробимости . горных пород взрывом при возведении взрывонабросньгх плотин // Энергетическое строительство. - 1982. - N 9 (соавторы Корчевский В.Ф., Рейфман Л.С.).

33. 0 возможности укладки грунтов в тело плотины с по-моцъя носков-трамплинов // Сб.научных трудов Гидропроекта. '1982. - Вып.88 (соавторы Хигарев Д.А., Илларионов Е.Д., Бия-нов Г.Ф., Урунич В . И . ).

34. Методика прогноза геотехнических и фильтрационных свойств взрывонабросных плотин II Сб.научных трудов Гидропроекта. - 1982. - Вып.88 (соавторы Рейфман Л.С., Корчевский В.Ф.).

35. Использование методов подобия в расчетах уплотнения взрывонабросных плотин // Сб.научных трудов ТашПИ. - Ташкент, 1987 (соавторы Иброгимов К.И., Халилов В.А., Ганиева 3.С.).

36. Крупномасштабный эксперимент по снихени» водопроницаемости взрывонабросной плотины Камбаратинской ГЭС кальма-тацией II Энергетическое строительство. - 1987. - N 5 (соавторы Покровский Г.И., Корчевский В.Ф).

37. Естественная сегрегация крупнообломочных материалов II Строительство и архитектура Узбекистана. - 1987. - N 7 (соавтор Ибрагимов К.И.).

38. Повышение эффективности гидроэнергетического строительства на примере взрывонабросных плотин Камбаратинских ГЭС // Гидротехническое строительство. - 1987. - N 10 (соавторы Корчевский В.Ф., Бурштейн М.Ф.).

39. Исследование водопроницаемости асфальтобетонной диафрагмы грунтовой плотины с учетом масштабного фактора и технологии строительства // Труды Гидропроекта. - 1987. -Вып.122 (соавторы Борткевич С.В., Камнев Н.М.).

^0. Расчетно-экспериментальный метод определения параметров фильтрации крупнообломочных грунтов взрывонабросных плотин // Сб.научных трудов Гидропроекта. - 1987. - Вып.124 (соавторы Корчевский В.Ф., Хусанходхаев Ф.З.).

41. Использование неоднородных песчано-гравийных грунтов на строительстве гидроузла Аль-Кадисия на р.Ефрат (Ирак) // Энергетическое строительство. - 1988. - N 8 (соавторы Арипов Н.Ф., Скибин А.Н., Брегеда A.B.).

42. Исследование дробимости крупнообломочных грунтов в процессе возведения взрывонабросных плотин. Рукопись деп. N 9671 от 19.10.1988 (соавторы Ибрагимов К.И., Горский А.Ю.)

43. Расчет уплотнения взрывонабросных плотин. Рукопись деп. N 9672 от 19.10. 1988 (соавторы Ибрагимов К.И., Кор-

чевскиЯ В.Ф.).

44. Асфальтобетонная диафрагма в земляной плотине // Гидротехническое строительство. - 1988. - N 11 (соавтор Ари-пов И.Ф. ) .

45. Формирование профиля взрывонабросных плотин II Энергетическое строительство. - 1989. - N 2 (соавторы Кор-чевский В.Ф., Могильников Л.П.).

46. Опыт использования детритовых доломитов для возведения грунтовых плотин // Гидротехническое строительство. 1989. - N 5 (соавторы Арипов И.Ф., Скибин А.Н.).

47. Строительные свойства смесей гравийно-галечниковых грунтов с дробленным валунником // Энергетическое строительство. - 1989. - N 6 (соавтор Могильников Л.П.)).

48. Снижение водопроницаемости взрывонабросных плотин // Сб.научных трудов Гидропроекта. - 1990. - Вып.149 (соавторы Рейфман Л.С., Корчевский В.Ф., Муратова М.Х.).

49. Расчет уплотнения грунтов взрывонабросных плотин // Гидротехническое строительство. - 1991. - N 3 (соавторы Муратова М.Х., Корчевский В.Ф.).

Изобретения

50. A.C. 1452982 СССР, МКИ4 Е 21 С 39/00. Способ определения прочности характеристик скального массива / Г.Н.Петров, А.В.Колнчко, О.А.Мануйлов II Открытия. Изобретения. -1989. - N 3.

51. A.C." 1470849 СССР, МКИ4 Е 02 В 1/00. Способ повышения водонепроницаемости взрывонабросной плотины из крупнообломочных грунтов / В.Ф.Корчевский. Г.Н.Петров // Открытия Изобретения. - 1989. - N 13.

52. A.C. 1490213 СССР, МКИ4 Е 02 В 1/00, 7/06. Способ возведения взрывонабросной плотины / В.Ф.Корчевский, Г.Н.Петров. М.Х.Муратова // Открытия. Изобретения. - 1989. -N 24.

53. A.C. 1535928 СССР. МКИ4 Е 02 В 7/06, 1/00. Способ возведения взрывонабросного сооружения в горном каньоне / В.

В.Адушкин, А.Е.Азаркович, М.Ф.Бурытейн, В.Ф.Корчевский. Л.М. Пдрник, Р.Я.Страусман, М.Б.Эткин // Открытия. Изобретения. -1990, - N 2.

54. A.C. 1564522 СССР, МКИ4 С 01 N 15/08. Способ определения водопроницаемости грунтов взрывонабросных плотин / Г.Н.Петров, В.Ф.Корчевский, Ф.3.Хусанходжаев // Открытия. Изобретения. - 1990. - N 18.

55. A.C. 1565939 СССР.t МКИ4 Е 02 В 1/00. 7/00. Способ снижения водопроницаемости взрывонабросной плотины / Г.Н.Петров. В.Ф.Корчевский // Открытия. Изобретения. - 1990.

- N 19.

56. A.C. 1576626 СССР. МКИ4 Е 02 В 1/00. Способ возведения плотины взрывом на обрушение / В.Ф.Корчевский, В.М.Лятхер. Г.Н.Петров, М.Ф.Бурытейн // Открытия. Изобретения. - 1990. - N 25.

57. A.C. 1613529 СССР. МКИ4. Способ возведения земляной плотины / Г.Н.Петров, Л.С.Рейфмап // Открытия. Изобретения.

- 1990. - N 46.

58. A.C. 1617142 СССР. МКИ* Е21 С 39/00. Способ определения прочностных характеристик- скального массива / А.В.ПоличХо, О.А.Мануйлов // Открытия. Изобретения. - 1990.

- N 48.

Тип.ВНИИГ.10.12.91.Уч.-из д.л. 1,5. 3.592, Т.100. Бесплатно.