Научные основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций с учетом влияния динамических воздействий

Черненко, Владимир Николаевич

Гидротехническое строительство

автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Научные основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций с учетом влияния динамических воздействий

кандидата технических наук: Черненко, Владимир Николаевич
город: Москва
год: 2004
специальность ВАК РФ: 05.23.07

Диссертация по строительству на тему «Научные основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций с учетом влияния динамических воздействий»

Автореферат диссертации по теме "Научные основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций с учетом влияния динамических воздействий"

На правах рукописи

ЧЕРНЕНЫ

Владимир Николаевич /

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ КРИТЕРИЕВ БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С УЧЁТОМ ВЛИЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва-2004 г.

Диссертация выполнена в ОАО «Мосэнерго» филиал «Загорская гидроаккумулирующая электростанция»

Научный руководитель - доктор технических наук - Рубин О Д.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор - Ляпичев Ю.П.

- кандидат технических наук, профессор - Малаханов В В. Ведущая организация: ИНПЦ «Союзводпроект»

Защита состоится « 25 октября » в 15.00 часов

на заседании диссертационного совета Д 220.045.02 в Московском государственном университете природообустройства в аудитории 201/1 по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 19

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Университета Природообустройства

Автореферат разослан « /-?» с /¿Г^ 004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

И.М. Евдокимова

¿№4- МГ906

40Ш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и постановка задачи

Актуальность диссертационной работы определяется высоким уровнем ответственности гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), располагаемых, как правило, на нескальных основаниях и склонах, при этом исследование влияния динамических воздействий и разработка критериев безопасности сооружений и конструкций имеет важное значение, как основа длительной безопасной эксплуатации.

Как показывают натурные наблюдения за состоянием сооружений и конструкций гидроаккумулирующих электростанций за рубежом и в России (водоприемников, напорных трубопроводов и их склонов, зданий ГАЭС, фундаментных плит, подпорных стенок и др.) имеют место отклонения от проектно-прогнозируемой работы. Наряду с этим безопасность гидротехнических сооружений и конструкций должна обеспечиваться в соответствии с Законом РФ «О безопасности гидротехнических сооружений».

При этом следует учитывать, что сооружения и конструкции гидроаккумулирующих электростанций, их расчёты, проектирование, строительство и последующая эксплуатация уникальны в силу применяемых нестандартных технических решений в связи с особенностями назначения ГАЭС.

Учёт влияния динамических воздействий, являющихся следствием специфики ГАЭС, при работе гидроагрегатов в турбинном и насосном режимах, при изменяющихся горизонтах воды в верхнем и нижнем бассейнах и наличии оползневых склонов напорных трубопроводов, представляется весьма значимым и актуальным для разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений.

Цель и задачи диссертационной работы

Цель диссертационной работы - провести комплекс исследований и сформулировать научщле основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций с учётом влияния динамических воздействий.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

- определить динамическое состояние склона напорных трубопроводов;

- оценить динамическое состояние гидротехнических сооружений и прилегающих к ним приповерхностных геологических структур;

- исследовать влияние динамического режима работы верхнего и нижнего бассейнов на фильтрационные процессы: в теле дамбы, в основании водоприёмника, в водовмещающей толще склона напорных трубопроводов и в низовой плотине;

- исследовать влияние эксплуатационных динамических воздействий

при работе обратимых гидроагрегатов на сооружения и конструкции водоприёмника;

- разработать на основе натурных данных и экспериментально-расчётных исследований критерии безопасности гидротехнических сооружений- дамбы верхнего бассейна, водоприёмника, напорных трубопроводов и склона напорных трубопроводов.

Научная новизна результатов диссертационных исследований:

- комплексный подход к решению задачи разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений, связанный с учётом влияния динамических воздействий и основанный на натурных наблюдениях, исследованиях и на расчётах напряжённо-деформированного состояния;

- установленная связь изменения горизонта воды в бассейнах со смещениями пород на склоне напорных трубопроводов, а также факт максимальных вибраций на склоне при работе гидроагрегатов в насосном режиме;

- обоснование и предложения по применению высокоточных спутниковых методов координатных определений для определения реальной картины движения гидротехнических сооружений и деформационных процессов в земной коре (к примеру, в оползневом склоне напорных трубопроводов Загорской ГАЭС);

- результаты исследований влияния динамического режима работы верхнего и нижнего бассейнов на фильтрационные процессы в теле дамбы, в основании водоприёмника, в водовмещающей толще склона напорных трубопроводов и в низовой плотине;

- результаты расчётных исследований на конечно-элементной модели системы «водоприёмник - понур - компенсаторная секция - грунтовое основание» динамического напряжённо-деформированного состояния;

- комплекс критериальных значений диагностических показателей дамбы верхнего бассейна, водоприёмника, напорных трубопроводов и склона напорных трубопроводов.

Достоверность результатов исследований обусловлена:

- проведением комплекса натурных наблюдений и исследований;

- использованием в натурных исследованиях проверенных практикой измерительных приборов и методов исследований, а также их разнообразием и полнотой;

- оценкой показателей неоднородности исследованных параметров на основе вероятностно-статистической обработки натурных данных;

- применением апробированных методов математического моделиро-

вания напряжённо-деформированного состояния гидротехнических сооружений и конструкций;

- хорошей согласуемостью результатов натурных наблюдений, исследований и расчётов.

Практическая значимость результатов диссертационных исследований

Диссертация является научной работой, в которой на основании выполненных автором исследований представлены научные основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирую-щих электростанций с учётом влияния динамических воздействий, присущих ГАЭС.

Практическая значимость заключается в использовании при эксплуатации Загорской ГАЭС разработанных автором предложений по изменению конструкции верхового откоса И-ой очереди дамбы верхнего бассейна, по реконструкции системы вертикального дренажа в зоне оползневого склона напорных трубопроводов, а также критериев безопасности гидротехнических сооружений с учётом влияния различного рода динамических воздействий с целью обеспечения длительной безопасной работы важнейшего гидроэнергетического комплекса.

Внедрение результатов исследований

Натурные и экспериментально-теоретические исследования выполнены применительно к Загорской гидроаккумулирующей электростанции, как на стадии проектирования, так и на стадиях строительства и эксплуатации. Разработанные критерии безопасности сооружений Загорской ГАЭС утверждены в Госэнергонадзоре Минэнерго РФ.

Апробация работы

Материалы исследований по теме диссертации докладывались на Научно-техническом Совете РАО «ЕЭС России» 18.03.1997 г., на совместном заседании Научно-технического Совета РАО «ЕЭС России» и Координационного совета по отраслевой программе «Безопасность энергетических сооружений» секции «Единая энергетическая система Научного Совета РАН в 1999 г., на Научно-техническом Совете РАО «ЕЭС России» 23 и 29.05.2001 г. и др.

Публикации по теме диссертации

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13 печатных трудах.

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность доктору геолого-минералогических наук, профессору Г.С. Золотарёву, инженеру В.И. Магруку, доктору технических наук И Н. Иващенко, кандидату техни-

ческих наук, профессору A.A. Генике за ценные консультации и помощь в работе.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 100 наименований. Основное содержание диссертационной работы изложено на 246 стр., включая 75 таблиц и 70 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, из которых следует методологическая концепция проведенного комплекса работ; представлены научная новизна и практическая значимость, достоверность полученных результатов исследований; приводятся сведения о внедрении результатов и апробации, о публикациях, о структуре и объеме диссертационной работы

Глава 1. Особенности гидроаккумулирующих электростанций

(обзор исследований). Динамическое состояние склона напорных трубопроводов гидроаккумулирующих электростанций.

Активное строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) в мире началось с середины 1980-х годов

Высокая маневренность ГАЭС и практическое отсутствие более эффективных альтернативных промышленных установок для получения пиковой мощности и заполнения ночных провалов графика суточной нагрузки электроэнергетических систем способствует более быстрому расширению масштабов строительства ГАЭС в последние десятилетия

Наряду с этим современные ГАЭС выполняют роль высокоманёвренного и быстровводимого резерва мощности, обеспечивая при этом работу тепловых электростанций с максимальной эффективностью

В России построена и с 2001 года работает на полную мощность Загорская ГАЭС, являющаяся важным структурным элементом ОАО Мосэнерго и ОЭС (объединенной электросистемы) Центра, которая выполняет общесистемные функции по оптимизации режимов работы электростанций

Отличительными особенностями ГАЭС по сравнению с электростанциями других типов являются- наличие верхнего и нижнего бассейнов; водоприемника и здания ГАЭС, соединенных напорными трубопроводами. При этом влияние динамических воздействий, обусловленных работой обратимых гидроагрегатов, меняющимся горизонтом воды в верхнем и нижнем бассейнах, наличием оползневых склонов напорных трубопроводов, необходимо учитывать при разработке критериев безопасности гидротехнических сооружений с целью обеспечения длительной надежной эксплуатации ГАЭС

В главе приведен обзор исследований, посвященных: изучению опыта строительства на оползневых склонах и определению их устойчивости; сейсмологическим наблюдениям на гидротехнических сооружениях и геодинамических полигонах (в т. ч. спутниковые измерения); фильтрационным, статическим, температурным и динамическим исследованиям гидротехнических сооружений и конструкций; натурным наблюдениям за эксплуатационным состоянием гидротехнических сооружений и разработке критериев безопасности гидротехнических сооружений.

Исследования выполнялись специалистами следующих организаций' "Институт Гидропроект", ЦСГНЭО, ВНИИГ им. Веденеева, ЦСКТЭ, МГУ, МГСУ, МГУП, НИИЭС, СТАДИО, ОИФЗ РАН, МГУГиК, С-П ГТУ, РУДН, НТЦ «Энергонадзор» и др.

Значительный вклад в развитие вышеуказанных направлений исследований внесли ученые: A.JI. Багмет, A.M. Белостоцкий, И.Ф. Блинов, В.И. Бронштейн, А.Г. Василевский, ПИ. Васильев, С.Г. Волосов, Г И. Горецкий, М.Е. Грошев, Т.В. Гусева, И.Ф. Ерыш, Ю.К. Зарецкий, Г.С. Золотарев, И.П. Иванов, И.Н. Иващенко, Г.М. Каганов, Э.В. Калинин, А.П. Кириллов, Г.И. Лазуков, С.Е. Лисичкин, A.A. Лобач, Ю.П Ляпичев, В.В. Малаханов, Л.К. Малик, А.Н. Марчук, Н.И. Маслов, K.M. Мирзоев, A.B. Нефедов, A.B. Николаев, В.Б. Николаев, В.Д. Новоженин, А.Г. Олферьев, В.И. Осика, Д.Б. Рад-кевич, Л.Н. Рассказов, О.Д. Рубин, А.И. Савич, E.H. Самарин, А.Е. Саргсян, A.B. Серков, Ю.П. Сковородкин, Г.В. Соболев, И.Б Соколов, В.Н. Страхов, П.И. Троицкий, A.A. Храпков, А.И. Царев, A.M. Юдкевич и др.

Анализ выполненного обзора показал, что определение научных основ разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений ГАЭС с учётом влияния динамических воздействий возможно только при проведении комплекса натурных и расчётно-экспериментальных исследований, направленных: на оценку динамического состояния склона напорных трубопроводов, гидротехнических сооружений и прилегающих к ним приповерхностных геологических структур; на оценку фильтрационных процессов в теле дамбы, в основании водоприёмника, в водовмещающей толще склона напорных трубопроводов и в низовой плотине при динамическом режиме работы верхнего и нижнего бассейнов; на оценку влияния эксплуатационных динамических воздействий при работе обратимых гидроагрегатов ГАЭС на гидротехнические сооружения и конструкции водоприёмника.

Большой раздел рассматриваемой главы занимают исследования по определению динамического состояния склона напорных трубопроводов ГАЭС.

Склон напорных трубопроводов следует рассматривать как один из основных элементов гидроаккумулирующей электростанции, степень устойчивости которого во многом определяет эксплуатационную надёжность водоприёмника, напорных трубопроводов и здания ГАЭС.

К примеру, природный склон Загорской ГАЭС от водораздельного плата (отм. 230 м) до уреза р. Куньи (отм. 130 м) при изысканиях под строительство гидроузла в инженерно-геологическом отношении, оценивался как

сложный Были отмечены возможности оползневых подвижек в процессе строительства; предполагалось, что ежесуточные колебания уровней в верхнем и нижнем бассейнах могут неблагоприятным образом сказаться на состоянии и консолидации грунтов как в основании сооружений, так и на самом склоне

В решениях научно-технических советов Минэнерго СССР и РАО ЕЭС России отмечалось, что «На стадии ТЭО изыскания были недостаточны, что не позволило своевременно выявить важнейшие компоненты геологической среды При проектировании не были полностью учтены рекомендации геологов, особенно в проектах организации строительства и производства работ». Рекомендовалось «Наполнение верхнего водохранилища производить после полного завершения работ по устройству упорной призмы, вертикального дренажа, с обязательным выполнением режимных наблюдений по широкой программе».

В процессе строительства возникли осложнения, связанные с нарушением устойчивости естесственных склонов и откосов строительных выемок. На четырёх участках, два из которых расположены на правом и два - на левом берегу Куньи, образовались оползни различных размеров (рис. 1).

Оползень склона напорных трубопроводов «Южный» следует относить к сложному кинематическому типу со смешанным механизмом движения, которое состоит из сочетания сдвига (выдавливания) и скольжения. Начало процесса определяется сдвиговыми деформациями в более высоких частях склона. Эти деформации происходят на значительной глубине (20-30 м) в слое «зелёных глин» и приводят к выдавливанию глин и растрескиванию жёсткой, по отношению к ним, вышележащей толще морены. В дальнейшем блоки морены соскальзывают по «зелёным глинам». В процессе строительства образовались три оползневых блока с трещинами отрыва.

Появление непосредственной угрозы трубопроводам и водоприёмнику потребовало проведения комплексных специальных противооползневых мероприятий для стабилизации склона, включающих устройство упорной призмы с контрбанкетом.

Коэффициент запаса устойчивости склона, определённый расчётом по нескольким поперечным сечениям, составил от 1,16 до 1,37, причём, устойчивость склона обеспечивается при условии дренирования упорной призмы.

Крайне важным для расчётов и долговременной оценки состояния оползневых участков является знание реологических свойств грунтов. Изучение ползучести грунтов было проведено в двух вариантах: сдвиговая ползучесть и объёмная консолидация.

Изучение ползучести на сдвиг было проведено на приборе 1VI1-30 конструкции Маслова-Лурье путём приложения к срезывающему устройству внешнего сдвигающего усилия.

В таблице 1 представлено распределение параметров сдвиговой прочности исследованных грунтов по глубине.

Таблица 1.

Глубина, м Ше, % Параметры ползучести Максимальные

ШФ С, МПа tgФ С, кг/см2

1,00-2,15 10 0,51 0,036 0,59 0,38

6,00-6,15 21 0,25 0,029 0,36 0,31

10,00-10,15 14 0,33 0,062 0,36 0,81

14,00-14,15 10 0,46 0,035 0,57 0,38

18,00-18,15 11 0,34 0,074 0,38 1,00

22,00-22,15 13 0,33 0,067 0,50 0,75

Как видно из таблицы максимальные значения параметров ползучести отмечаются для влажности суглинка 10%, минимальные - для влажности 21%. Эти значения и были приняты в качестве расчётных при оценке устойчивости оползневого склона.

Нормативный коэффициент устойчивости склона, определённый по СниП 2.06.05-84 равнялся 1,25 для основного сочетания нагрузок. Расчёт проводился для трёх вариантов: выпор части склона до упорной призмы, выпор упорной призмы и сдвиг склона в целом, в условиях полного дренирования оползневого склона выше ниже дамбы. Результаты расчёта коэффициентов запаса склона приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Влажность грунтов призмы, V/, % С, МПа Коэс >фициент запаса, К3

выпор склона до призмы выпор призмы сдвиг склона в целом

10 0,46 0,035 1,77 1,38 1,52

21 0,25 0,029 1,23 1,07 1,18

Аналогичный расчёт, выполненный специалистами «Института Гидропроект» для рассматриваемого поперечного сечения, дал значение коэффициента запаса для полностью дренированного склона равный 1,16.

Как следует из проведённых исследований, система инженерной защиты склона напорных трубопроводов в зоне оползня «Южный» представляется достаточно надёжной. Высокие прочностные показатели суглинков упорной призмы не претерпели сколь-нибудь ощутимых изменений за истекший период эксплуатации Одновременно система присклонового дренажа в совокупности с горизонтальным дренажом на отм. 170 0-175.0 м обеспечивают достаточно эффективное дренирование нижней части оползневого тела и устраняют гидродинамическое воздействие подземных вод надпарамонов-ского водоносного комплекса на тело упорной призмы.

Вместе с тем, необходим тщательный контроль за состоянием склона, что обеспечивается'

- измерением смещений по обратным отвесам и поверхностным маркам;

- измерением уровней воды в пьезометрах,

- измерением расходов воды из дренажных устройств.

К примеру, на Загорской ГАЭС контроль за состоянием склона оценивается по показаниям 15 обратных отвесов, 260 опускных пьезометров и 75 дренажных скважин.

При этом создана система мониторинга для оперативного контроля за состоянием склонов и размещённых на них сооружений, предусматривающая проведение взаимоувязанных регулярных наблюдений, обработку и анализ полученных данных, оценку состояния сооружений и принятие мер по обеспечению надёжности сооружений (рис. 2).

В развитие системы контроля за состоянием оползневого на Загорской ГАЭС в 2003 г. автором диссертационной работы совместно с ЗАО «ПромЭ-лектроСбыт» разработан метод измерения смещений по обратным отвесам посредством автоматизированного радиокоординатомера, предназначенного для автоматического бесконтактного определения положения струны обратного отвеса (сдвигомера горизонтальных перемещений), что позволяет осуществлять постоянный контроль за величиной и направлением подвижек массива грунта.

Используя возможности таких измерений были выполнены исследования динамического состояния правобережного склона Кроме того, оценка динамического состояния склона была осуществлена с привлечением сейсмометрических методов.

Анализ данных указанных наблюдений свидетельствует о том, что смещения имеют выраженную связь с горизонтом воды в верхнем бассейне, причём в большей мере это характерно для периода заполнения бассейна (насосный режим работы гидроагрегатов) В таблице 3. предоставлены приведённые значения смещений на 1 метр длины обратного отвеса, определяемые отношением амплитуды смещения к длине обратного отвеса.

Таблица 3.

№ п/п Номер обратного отвеса Глубина отвеса, м Ось х Ось у

Амплитуда смещения в суточном разрезе, мм Приведенные значения смещения, мм Амплитуда смещения в суточном разрезе, мм Приведённые значения смещения, мм

1. 003 35,4 0,08 0,002 0,26 0,007

2. 005 7,80 0,05 0,006 0,21 0,027

3. 007а 29,30 0,12 0,004 0,22 0,007

4. 012 38,40 0,08 0,002 0,27 0,007

5. 019 31,15 0,28 0,008 0,57 0,018

Анализ данных об изменении приведённых значений смещений указывает на наличие динамических процессов, при этом необходим учёт этого фактора в расчетах по определению устойчивости склонов и при моделировании процессов, происходящих в оползневых склонах.

Мониторинг сооружений Загорской ГАЭС

1 +

Изыскания Исследования ^-^ Проектирование ц-^ Строительство Эксплуатация

Наблюдения

Оценка состояния сооружения

Инструментальные

Визуальные

Банк данных

Обработка данных

Сопутствующие данные (уровни воды, 1° воздуха и др.)

НДС

Вертикальные перемещения

Фильтрация

Экология

Сопоставление с ПДЗ или КЗ

Разработка математической модели

Горизонтальные перемещения

Напряжения в арматуре, бетоне

Раскрытие швов

Контактные напряжения

Температура бетона

Пьезометрнче схие уровни

Фильтрацион ные расходы

Температура и мутность фильтра

Диагностика и прогноз состояния сооружений

I ~

Разработка рекомендации по эксплуатации

Рис. 2. Схема мониторинга гидротехнических сооружений Загорской ГАЭС.

В данной главе также представлены исследования по определению реакции склона напорных трубопроводов и водоприёмника на вибрации, создаваемые работой обратимых гидроагрегатов.

Исследования проводились на основе сейсмометрических измерений, к примеру на Загорской ГАЭС в 6-ти пунктах на территории станции, при этом цикл измерений составлял 1-2 суток с целью перекрыть все режимы работы ГАЭС: генераторный, насосный и режимы относительного затишья.

Анализ результатов проведённых исследований показал, что:

- максимальные вибровоздействия, отмеченные в каждом из 6-ти пунктов, в различных ярусах склона напорных трубопроводов имеют разную направленность вдоль и поперёк потока;

- при включении гидроагрегатов ГАЭС происходит увеличение уровня вибраций в 5-50 раз (от абсолютного минимума равного 0,02 мкм до абсолютного максимума - 1 мкм);

- при работе станции в насосном режиме уровень вибраций, создаваемых гидроагрегатами, на склоне напорных трубопроводов и в здании водоприёмника в 2-4 раза больше, чем в генераторном режиме.

К примеру, на 3 ярусе склона напорных трубопроводов при насосном режиме работы ГАЭС в направлении вдоль потока отмечены наиболее интенсивные сейсмические колебания, на 4 ярусе - поперёк потока в генераторном режиме и вдоль потока в насосном режиме.

Глава 2. Оценка динамического состояния гидротехнических сооружений и прилегающих к ним приповерхностных геологических структур высокоточными спутниковыми методами

Изучение геодинамических процессов на основе применения спутниковых методов высокоточных координатных определений является актуальной задачей, так как появилась возможность получения оперативной информации о величинах деформаций и закономерностях их развития на различных по размерам территориях с требуемым уровнем точности.

Применительно к гидроаккумулирующим электростанциям - это отслеживание деформаций, проседаний и оползней земной поверхности на локализованных геодинамических полигонах.

При разработке общей стратегии построения геодезических сетей на локальных геодинамических полигонах, к которым, к примеру может быть отнесён и Загорский гидротехнический геодинамический полигон, необходимо учитывать следующее:

- создаваемая сеть должна охватывать места расположения гидротехнических сооружений, а также прилегающие к ним участки местно-

сти с учётом характерного для выбранного полигона рельефа местности;

- выбор мест расположения рабочих пунктов сети, ответственных за изучаемые деформации, должен быть приурочен, прежде всего, к местам, заслуживающим повышенного внимания при предварительной оценке возможности возникновения тех или иных деформаций, при этом создаваемая сеть не должна характеризоваться равномерной плотностью расположения пунктов, а иметь максимальную концентрацию на упомянутых участках местности;

- при создании геодинамического полигона должен быть решён вопрос о том, относительно каких референцных пунктов должны оцениваться интересующие деформации;

- используемые методы координатных определений должны быть свободны от остаточного влияния ошибок измерений и позволять определять реальные значения изучаемых деформаций на миллиметровом уровне точности;

- при организации геодинамического мониторинга немаловажным фактором является обоснованная частота повторных измерений с тем, чтобы с достаточной степенью надёжности устанавливать закономерность и скорость развития изучаемых деформационных процессов.

Следует отметить, что Загорский гидротехнический геодинамический полигон входит в состав Московской региональной спутниковой геодинамической сети, являющейся в свою очередь составной частью Европейского референцного каркаса (EURE F).

При изучении суточных вариаций смещений рабочих пунктов повышенное внимание было уделено пунктам, расположенным непосредственно на трассе напорных трубопроводов Загорской ГАЭС, которые подвержены переменной нагрузке в течение суток из-за специфики работы гидроаккуму-лирующей электростанции. С этой целью был организован непрерывный 9-ти часовой геодезический мониторинг с использованием спутниковых методов, позволяющих оценить величину и характер смещений пункта, расположенного на низовой грани здания ГАЭС, относительно пункта, находящегося в верхней части напорных трубопроводов.

Разности плановых координат и геодезических высот зависимости от часовых интервалов наблюдений представлены в таблице 4.

Таблица 4

№ п п Время измерений Разности плановых координат (м ) Разность геодезических высот (мм ) т

Л х

1. 02 : 00 - 03 • 00 88,868 804,878 103,895

2 03 : 00 - 04 ■ 00 ,870 ,879 ,896

3. 04 : 00 - 05 : 00 ,868 ,878 ,901

4. 05 : 00 - 06 : 00 ,865 ,878 ,893

5. 06:00-07:00 ,866 ,876 ,904

6. 07 : 00 - 08 • 00 ,872 ,877 ,894

7. 08 00-09 00 ,867 ,877 ,899

8. 09 00-10 00 ,868 ,873 ,903

9. 10 00- И 00 ,867 ,877 ,891

Анализ данных измерений показывает, что полученные разности координат (Ах, А у, и АН) подвержены ощутимым изменениям. Пределы таких изменений для Ах и А у составляют 6-7 мм, а для АН -13 мм. Сопоставление вычисленных координат с координатами опорных пунктов свидетельствует о повышенных изменениях (на уровне 10 мм) координат пункта, расположенного на низовой грани здания ГАЭС. Это обуславливает необходимость повышенного внимания при организации мониторинга на пункте, ответственном за уровень деформаций низовой грани здания ГАЭС.

При исследовании закономерностей плановых смещений рабочих пунктов, по которым можно наиболее наглядно следить за возможным развитием оползневых процессов, повышенный интерес представляют пункты, расположенные на склонах, примыкающих к основной трассе напорных трубопроводов. В этой связи первоочередным является южный склон, на котором в процессе строительства и дальнейшей эксплуатации Загорской ГАЭС было зафиксировано несколько оползней.

Разности плановых координат и геодезических высот во времени представлены в таблице № 5.

Таблица 5

№ п/п Условное обозначение пункта Время измерений Разности плановых координат (м) Разность геодезических высот (мм ) All

Ах ¿V

1. 017 04.06.2002 62382,850 49769,503 212,945

2. —«— 16.06.2003 ,862 ,489 ,938

3 018 05.06 2002 62210,437 49323,383 243,801

4. —«— 17 06 2003 ,447 ,372 ,783

Анализ данных измерений свидетельствует о существенных изменениях как плановых, так и высотных координат за время, равное одному году. При этом прослеживается одинаковая закономерность таких изменений для обоих пунктов: значение результирующего вектора смещений в горизонтальной плоскости оценивается величиной, равной 18 мм для пункта 017 и 15 мм для пункта 018.

Также следует отметить, что по результатам спутниковых измерений явно просматривается монотонное понижение высоты участка в зоне расположения напорных трубопроводов со скоростью нескольких миллиметров в год.

Таким образом, на основе обобщения изложенных в данной главе диссертационной работы результатов применения современных высокоточных спутниковых методов координатных определений применительно к изуче-

нию деформационных процессов на локальных гидротехнических геодинамических полигонах может быть сделан обоснованный вывод об эффективности таких методов, открывающих возможность получения реальной картины деформационного поля в зоне расположения гидротехнических сооружений ГАЭС.

Глава 3. Исследование влияния динамического режима работы верхнего и нижнего бассейнов гидроаккумулирующих электростанций (на примере Загорской ГАЭС) на фильтрационные процессы в теле дамбы, в основании водоприёмника, водовмещающей толще склона напорных трубопроводов и в низовой плотине

Синхронные натурные исследования и наблюдения за уровнем воды в верхнем бассейне и за пьезометрическими уровнями в теле и в основании дамбы верхнего бассейна показали, что при фильтрации со свободной поверхностью (безнапорная фильтрация) и малых коэффициентах фильтрации грунтов (10"3 м/сут.) суточная динамика бьефа в бассейне непосредственного влияния на фильтрационный режим в теле, в дренаже и в основании дамбы не оказывает, при этом наблюдается стационарный режим фильтрации в дамбе верхнего бассейна при фактически постоянной, в суточном разрезе, свободной поверхности фильтрационного потока и фильтрационном расходе через дамбу.

Наряду с этим четко прослеживается прямая зависимость пьезометрических уровней под плитами крепления от уровня воды в бассейне. Данные, представленные на рис 3, показывают практически мгновенную разгрузку плит от противодавления при понижении бьефа в бассейне, обусловленную как оттоком воды через трещины и другие повреждения в плитах, так и влиянием горизонтального дренажа, глубоко заведенного под верховой откос дамбы. Понижение уровня воды в бассейне ниже отметок заложения соответствующих преобразователей давления фиксируется линиями параллельными оси абсцисс.

При рассмотренном режиме эксплуатации бассейна, нестационарный режим фильтрации наблюдается в зоне под плитами напорного откоса дамбы.

Синхронные наблюдения за уровнем воды в бассейне, в основании и пазухах подпорных стенок I яруса показали существенную зависимость фильтрационного режима в области подпорных стенок от уровня бьефа в бассейне.

Влияние суточной динамики уровня воды в бассейне на фильтрационный режим в основании и пазухах стенок I яруса, так же как и для плит крепления верхового откоса, проявляется практически мгновенно. Наиболее существенно это влияние проявляется на начальном участке основания фунда-

Уровень воды в бассейне, м

Рис. 3. Графики зависимости пьезометрических уровней под плитами крепления дамбы от уровня воды в верхнем бассейне

ментных плит и в меньшей мере на концевых участках плит и в обратной засыпке (пазухах) в районе расположения застенных дренажей. Снижение уровней на начальных участках подземного контура стенок сопоставимо со снижением уровня бьефа (составляет около 60% на соответствующий момент времени). Данные исследований и наблюдений свидетельствуют о нестационарном, динамическом в суточном разрезе, режиме фильтрации в области подпорных стенок, что обязывает уделять особое внимание анализу работы этих конструкций.

Синхронные наблюдения за уровнем воды в бассейне и в основании стенки II яруса указывают на незначительное повышение пьезометрических уровней при снижении уровня воды в бассейне и снижение показаний при росте уровня бьефа. Суточная амплитуда уровней в основании стенок II яруса по данным синхронных замеров по закладным безнапорным пьезометрам находится в пределах -0,3 м.

В отличие от подпорных стенок I яруса, влияние динамики изменения уровня воды в верхнем бассейне на параметры фильтрационного потока под понуром и в основании фундаментной плиты здания водоприемника проявляется незначительно и объясняется влиянием дренажа, разгружающего фильтрационный поток под фундаментной плитой.

Проведенные исследования и наблюдения также показали, что положение пьезометрических уровней водоносных горизонтов склона напорных трубопроводов практически не зависит от суточной динамики уровня воды в верхнем бассейне.

Исследования влияния существующего ежесуточного колебания бьефа в нижнем бассейне на фильтрационный режим в низовой плотине показали, что параметры фильтрационного режима (положение депрессионной поверхности и соответственно градиенты напора) существенно изменяются в зоне гребня плотины, оставаясь практически постоянными за её пределами. В остальной части плотины фактически в течении суток наблюдается стационарный режим фильтрации.

Таким образом, в результате проведенных исследований на основе синхронных наблюдений за положением уровня воды в бассейнах, в гидротехнических сооружениях и их основаниях установлено, что:

- в дамбах I и II очереди верхнего бассейна наблюдается стационарный режим фильтрации при фактически постоянной, в суточном разрезе, свободной поверхности фильтрационного потока;

- суточная динамика бьефа существенно проявляется под плитами крепления верхового откоса дамбы верхнего бассейна, что обусловлено как оттоком воды через трещины и другие повреждения в плитах, так и влиянием горизонтального дренажа, глубоко заведенного под верховой откос дамбы;

- в основании и пазухах подпорных стенок I яруса наблюдается нестационарный, динамический в суточном разрезе, режим фильтра-

ции, соответствующий положению бьефа в бассейне на каждый момент времени;

- снижение пьезометрических уровней на начальных участках подземного контура стенок сопоставимо со снижением уровня бьефа;

- влияние суточной динамики уровня воды в верхнем бассейне на пьезометрические уровни в основании подпорных стенок II яруса незначительно; влияние динамики уровня воды в верхнем бассейне на параметры фильтрационного потока под понуром и в основании фундаментной плиты здания водоприемника практически не проявляется, что обусловлено протяженностью понура и влиянием дренажа, разгружающего фильтрационный поток под фундаментной плитой; выполненные синхронные наблюдения за пьезометрическими уровнями водоносных горизонтов склона напорных трубопроводов подтвердили их независимость от суточной динамики уровня воды в верхнем бассейне;

- параметры фильтрационного режима (положение депрессионной поверхности и соответственно градиенты напора) существенно изменяются в суточном разрезе в пригребневой зоне низовой плотины, оставаясь практически постоянными за её пределами;

- максимальные пьезометрические уровни в низовой плотине могут наблюдаться в зоне гребня после длительного, не менее 8-ми часового стояния максимальной отметки уровня воды в бассейне.

Глава 4. Исследование влияния эксплуатационных динамических воздействий на водоприёмник гидроаккумулирующих электростанций (на примере Загорской ГАЭС)

Гидротехнические сооружения гидроаккумулирующих электростанций подвержены эксплуатационным динамическим воздействиям, возникающим- вследствие сил, которые передаются через опорные части работающих обратимых гидроагрегатов и другого оборудования;

- от пульсации давления воды в проточных частях и на поверхностях сооружений, контактирующих с турбулентными потоками,

- вследствие кинематического возбуждения, передаваемого через грунты основания при колебаниях соседних сооружений или их элементов (например, плит крепления нижнего бассейна ГАЭС)

Из анализа комплекса динамических воздействий следует, что для напорных трубопроводов и водоприёмника ГАЭС, судя по данным натурных измерений параметров их колебаний, наиболее характерны силовые динамические воздействия, передающиеся через опорные части работающих гидроагрегатов. Колебания здания ГАЭС передаются на конструкции водоприёмника в большей степени через железобетонные и стальные конструкции на-

порных трубопроводов и, в меньшей степени, через грунтовое основание и воду, заполняющую напорные трубопроводы.

Стационарные динамические нагрузки, передающиеся через опорные части гидроагрегата при нормальных эксплуатационных режимах возникают по следующим причинам:

- из-за механической неуравновешенности ротора, неуравновешенности магнитных полей, а также асимметрии проточного тракта насо-сотурбин;

- из-за пульсаций скорости потока и соответственно давления на рабочее колесо насосотурбины при периодическом изменении сопротивления насосотурбинного тракта.

Нестационарные динамические нагрузки возникают при пуске и останове обратимых гидроагрегатов.

Гидродинамические нагрузки на здание ГАЭС, а от него передаваемые через водоводы и грунтовое основание на водоприёмник, возникают из-за пульсаций давления, вызываемых периодическим изменением гидравлического сопротивления насосотурбинного тракта при вращении рабочего колеса насосотурбины.

Натурные исследования, выполненные на Загорской ГАЭС при пробном пуске агрегата № 1 в наладочных режимах, показали, что амплитуда перемещений здания ГАЭС в насосном режиме на порядок больше, чем в квазитурбинном режиме

В 1999 году были проведены натурные исследования виброперемещений гидротехнических сооружений Загорской ГАЭС в турбинном и насосном режимах:

- элементов водоводов, включающих его железобетонные звенья, оголовки свай и рандбалки;

- элементов водоприёмника с измерением вибраций гермокрышек рабочих затворов, напорной стены машзала и рельсов подкрановых путей на гребне.

В каждой точке измерения колебаний выполнялись в продольном (вдоль потока), поперечном и вертикальном направлениях.

В результате, натурными исследованиями подтверждено, что динамическое воздействие вращающегося гидроагрегата в насосном режиме на порядок выше, чем в турбинном режиме.

Расчёты напряжённо-деформированного состояния водоприёмника проводились на следующие динамические воздействия:

- на гармоническую нагрузку, вызванную неуравновешенностью агрегата и действующую с оборотной частотой;

- на гармоническую пульсацию давления воды в водопроводящем тракте.

Динамические исследования проводились с помощью динамического модуля ASTAR версии 2 7 вычислительного комплекса COSMOS/M

При динамических воздействиях на систему «водоприёмник-компенсаторная секция-понур-грунтовое основание», существенным является учёт всех форм собственных колебаний, которые вносят заметный вклад в деформации сооружения. Расчеты на динамические воздействия проводились на конечно-элементной модели одной из центральных секций водоприёмника, представленной на рис. 4.

По сравнению с конечно-элементной моделью, используемой для статических исследований, в модели для динамических исследований были'

- воспроизведены области грунтовых засыпок над перекрытиями во-допроводящих галерей со стороны верхнего и нижнего бьефов, с целью учета их массы;

- добавлены элементы масс для воспроизведения на модели масс областей трубопровода и заключённой внутри него воды, расположенных в пределах компенсационных секций, а также массы воды, заключённой внутри водопроводящей галереи и присоединённой со стороны верхнего бьефа;

- воспроизведены динамические нагрузки, вызванные дебалансом агрегата, которые прикладывались по периметру входного сечения водовода, а пульсация давления - на стенки водопроводящей галереи и гермокрышки отверстий в её потолочном перекрытии.

Следует отметить, что была создана специальная конечно-элементная модель, используемая для моделирования арматуры в фундаментной плите при динамических исследованиях.

Анализ результатов расчётных исследований показал, что:

- воздействие на водоприёмник силы с частотой, возникающей вследствие дебаланса гидроагрегата, значительно больше, чем от пульсации давления с циклической частотой, равной лопастной частоте, с учетом распределения пульсации давления со скоростью звука в воде;

- максимальные динамические сжимающиеся напряжения в бетоне водоприёмника от сил, вызванных дебалансом гидроагрегата, незначительны по сравнению со статическими напряжениями;

- напряжения в арматуре фундаментной плиты с учётом измеренных в результате натурных исследований максимальных размахов перемещений, имеют тенденцию к увеличению, что является важным в силу наличия в вышеуказанной арматуре напряжений, близких к пределу текучести;

- установленные изменения величин виброперемещений, выявленных в зоне гермокрышки рабочего затвора первой секции водоприёмника, требуют дальнейших исследований вибрации сооружений,

МР С1-(* ИР сир

¡¡к»

— ЧГ

г -гЬ 'Г-

: ••»* ч

•* ; ; ч -г

1 г ^

к ' ^ Т ч *

Рис. 4. Аксонометрический вид конечно-элементной модели системы "секция водоприёмника - компенсатор понур - грунтовое основание", используемом при динамических исследованиях.

начиная от здания ГАЭС и далее по длине напорных трубопроводов до

водоприёмника;

- в зоне наибольшего растяжения понура при наличии только нижней рабочей арматуры образуются трещины с шагом порядка 1...2 ми величиной раскрытия, существенно превышающей предельно допустимые значения, при этом напряжения в арматуре достигают предела текучести.

Глава 5. Разработка критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций (на примере Загорской ГАЭС)

Измеряемые (вычисляемые по результатам измерений) контролируемые показатели, выбранные в качестве диагностических, должны отвечать следующим условиям:

- диапазон изменения значений показателя при нормальном эксплуатационном состоянии должен в несколько раз превосходить погрешность измерения показателя;

- показатель должен характеризовать состояние зоны сооружения, наиболее чувствительной к внешним воздействиям;

- диагностический показатель должен поддаваться прогнозу с помощью детерминистических или статистических моделей.

Состав диагностических показателей состояния дамбы верхнего бассейна, водоприемника с подпорными стенками, компенсаторных секций, напорных трубопроводов и склона напорных трубопроводов представлен в таблицах 6 и 7.

Перечень количественных диагностических показателей гидротехнических сооружений (на примере Загорской ГАЭС).

______Таблица 6.

Наименование показателя, размерность Наименование Место установки из- Количество диагностических показателей

измерительного устройства мерительного устройства в сооружении

Дамба верхнего бассейна

Пьезометрический уровень, м Опускной пьезометр, ПО Горизонтальный дренаж, тело дамбы 25

Преобразователь давления, ПДС Тело дамбы 11

Подпорные стенки 1-го яруса примыкания к водоприемнику

УВБ, отм., м Лимниграф Водоприемник 1

Водоприемник

Пьезометрический уровень, м Закладной пьезометр напорный, ПЗН Основание фундаментной плиты 8

Преобразователь давления, ПДС 3

Расходы воды из дренажа основания фундаментной плиты, л/с Мерная емкость Сухая потерна, выпуск из дренажного коллектора 1

Осадка водоприемника, мм Высотная марка Сухая потерна водоприемника 1

Относительное вертикальное перемещение, мм Разница в осадках высотных марок Неравномерное распределение осадок вдоль и поперек потока водоприемника 3

Горизонтальное перемещение в сторону нижнего бассейна, мм Светодальномер-ная марка Бычки низовой грани водоприемника 2

Подпорные стенки 2-го яруса примыкания к водоприемнику

Осадка щелемерной марки Щелемерная высотная марка Шов ЛС-2/ЛС-3 у верховой грани 1

Относительная осадка щеле-мерных марок, мм Щелемерная высотная марка Температурно-осадочный шов ЛС-1 с водоприемником 1

Относительное плановое перемещение стенок поперек потока, мм Щелемеры 3-х марочные Температурно-осадочные швы ЛС-1 и ПС-1 с водоприемником 2

Относительное плановое перемещение стенок вдоль потока, мм Щелемеры 3-х марочные Температурно-осадочный шов ЛС-1 с водоприемником 1

Напорные трубопроводы

Осадка секций трубопровода №1, мм Высотная марка Секции 0 и 6 трубопровода №1 2

Горизонтальное перемещение секций трубопровода №1, мм Светодально-мерная марка Секции 5 и 14 2

Относительное перемещение секций трубопровода вдоль его оси, мм Модернизированный щелемер В шве 0-1 сверху, в шве 5-6 сверху, в шве 6-7 снизу трубопровода №1 3

Сомкнутость межсекционных швов Визуально Все швы водоводов 102

Наличие течей в межсекционных швах 102

Склон напорных трубопроводов

- крепления откосов, водо-отводящих канав на бермах склона - выклинивание фильтрационных вод на поверхность склона Визуально Вся поверхность склона

Относительное горизонтальное перемещение, мм Обратный отвес 2

Пьезометрический уровень в Опускной пьезо- Створ 3-3 8

моренном водоносном гори- метр, ПО Створ 5-5 10

зонте Преобразователь Створ 9-9 5

давления, ПДС Створ 10-10 8

Пьезометрический уровень в Опускной пьезо- Створ За-За 2

сеноманском водоносном го- метр, ПО Створ 5а-5а 5

ризонте Створ 10-10 3

Фильтрационный расход в Мерный водо- Горизонтальный дре- 2

сеноманском водоносном го- слив, В-1 наж на отм. 174.0 и 5

ризонте 170.0 м 3

Пьезометрический уровень в Опускной пьезо- Створ 46-46 3

подпарамоновском водонос- метр, ПО Створ 76-76 4

ном горизонте

Фильтрационный расход в Мерный водо- Дренажный коллек- 1

упорной призме II очереди слив, В-2 тор

Перечень качественных диагностических показателей гидротехнических сооружений (на примере Загорской ГАЭС).

_Таблица 7.

Наименование сооружений Качественные диагностические показатели

Дамба верхнего бассейна - локальные просадки, пучения, подвижки, оползни и трещины гребня и откосов дамбы; - локальные разрушения бетонного крепления верхового откоса дамбы; - локальные разрушения каменного крепления верхового откоса дамбы; - выклинивание фильтрационных вод на низовом откосе; - выклинивание фильтрационных вод из шпонок подпорных стенок на низовой откос дамбы; - заболочивание основания у подошвы низового откоса Н-ой очереди.

Водоприемник и подпорные стенки 2-го яруса - трещинообразование на поверхности устоев, разрушение бетона в зоне переменного уровня и обнажение арматуры; - высачивание воды с выщелачиванием бетона на низовой грани стенок.

Склон напорных трубопроводов - локальные просадки, пучения, оползни; - локальные разрушения.

Первый (предупреждающий') уровень значений диагностических пока-зателей-К1 -пьезометрических уровней в дамбе верхнего бассейна определен с использованием методов статистики для условий нормальной эксплуатации верхнего бассейна При этом, за критериальное значение диагностического показателя К1 принимается отметка пьезометрического уровня, равная среднему значению за выбранный период наблюдений, плюс 2а (о- стандартное

отклонение), что характеризует границу 95% доверительной вероятности данных наблюдений.

Второй ("предельный) уровень значений диагностических показателей-К2- пьезометрических уровней для дамбы верхнего бассейна назначается из условия выхода из строя дренажа и исключения расположения депрессион-ной поверхности в зоне промерзания.

Для определения критериальных значений диагностических показателей режима фильтрации в основании фундаментной плиты водоприёмника были использованы как данные многолетних наблюдений по стационарной КИА фильтрационного режима, так и материалы фильтрационных исследований, выполненных методом ЭГДА, на стадии строительства сооружений. Причём результаты натурных наблюдений использованы для назначения критерия К1, а данные лабораторных исследований фильтрации с учётом сложившихся на настоящий момент условий, использовались для назначения критерия К2.

Первый (предупреждающий) уровень значений диагностического пока-зателей-К1 -пьезометрических уровней определялся с использованием методов статистики для существующих условий эксплуатации водоприемника, т. е. дренажная система фундаментной плиты работает надёжно, а в сопряжении понура с фундаментной плитой имеются некоторые нарушения герметичности шпонок и монолитности верховых стенок мокрой потерны со стороны понура При этом, за критериальное значение диагностического показателя К1 в дальнейшем принимается отметка пьезометрического уровня, равная среднему значению за выбранный период наблюдений, плюс 2а.

Второй (предельный) уровень значений диагностических показателей-К2- пьезометрических уровней в основании фундаментной плиты водоприёмника назначается из условия выхода из строя дренажной системы при работоспособной шпонке между понуром и плитой.

Для напорных трубопроводов определяются критериальные значения К1 и К2 осадок опор, горизонтальных перемещений, относительных перемещений и напряжений в рабочей арматуре

Для определения критериальных значений диагностических показателей режима фильтрации в водоносных горизонтах склона напорных трубопроводов использованы натурные наблюдения для назначения критерия К1, это отметка пьезометрического уровня, равная среднему значению за выбранный период наблюдений плюс За (а- стандартное отклонение), что характеризует границу 99% доверительной вероятности данных наблюдений.

Критерием К2 для моренного водоносного горизонта является выклинивание подземных вод на незащищённую поверхность склона, что фиксируется совпадением данных уровня воды в скважине и абсолютной отметкой её устья, а также визуально.

В результате проведённых исследований получены критериальные значения диагностических показателей - критерии безопасности гидротехниче-

ских сооружений, основанных на учёте динамических воздействий, характерных гидроаккумулирующим электростанциям

Критериальные значения качественных диагностических показателей, представленные в таблице 8, ранжированы как потенциально опасные -К1* и предаварийные К2* по результатам визуальных наблюдений.

Таблица 8.

№ п/п Критерии Наблюдаемые признаки

1. Дамба верхнего аккумулирующего бассейна

1. Низовой откос и гребень дамбы

1.1. К1* - трещины на гребне и низовом откосе (раскрытие и протяженность фронтальных трещин на гребне и на откосе до 5 см и до 10 м, соответственно); - появление просадок на гребне; - появление на откосе пятен сочной растительности ; - водно-эрозийные деформации низового откоса глубиной до 0,5 м.

1.2 К2* - трещины на гребне и низовом откосе (раскрытие и протяжённость фронтальных трещин на гребне и на откосе от 10 см и от 10 до 20 м, соответственно); - просадки на гребне площадью более 50 м2; - увлажнение откоса с выходом фильтрационных вод на дневную поверхность откоса; - деформации плоскости откоса, появление очертаний призмы обрушения и ей подвижки, оползание откоса

1.3. К\* - увлажнение и заболачивание основания у подошвы низового откоса;

1.4. К2* - появление «ключей» у подошвы дамбы в т.ч. со взвесями; - появление «конусов выноса» отложений грунта на низовом откосе и у подошвы.

2. Верховой откос дамбы

2.1. К1* - разрушение бетонного крепления.

2.2. К1* - разрушения каменного крепления

2.3. К1* - появление локальных просадок на откосе.

2.4. К2* - проявление суффозионных процессов («конусов выноса»).

2.5. К2* - появление «ключей» у подошвы дамбы в т. ч. со взвесями, - появление «конусов выноса» отложений грунта на низовом откосе и у подошвы.

3. Водоприёмник

3.1. К1* - появление локальных обнажений арматуры на конструктивных элементах водоприбмника

3.2. К1* - повреждения бетона конструкций, вследствие многократного воздействия циклов «замораживания-оттаивания» в зоне переменного уровня, воздействие сульфатов на цементный камень, щелочной реакции заполнителя.

3.3. К2* - нарушение шпонок в швах между элементами конструкций с выносом грунта основания или обратных засыпок

3.4 К2* - неисправности подьвмно-транспортного и электрического оборудования, обеспечивающего работу водосбросных отверстий.

4. Зона сопрягающих подпорных стенок II яруса

4.1. К1* - выход воды на склон в зоне сопряжения бетона с грунтом.

4.2. К2* - появление на контакте границ зоны обрушения грунтовых откосов; - явные признаки выноса грунта из зоны контакта грунта с бетоном.

В таблицах 9, 10 и 11 в качестве примеров приведены численные значения критериев безопасности гидротехнических сооружений Загорской ГА-ЭС, полученные на основании проведённого комплекса натурных и расчётных исследований.

Критериальные значения показателей положения пьезометрических

уровней в дамбе верхнего бассейна. _Таблица 9.

№№ створа Контрольно-измерительная аппаратура. Пьезометры Проектное значение показателя. Отметки, м. Критериальные значения диагностических показателей Максимал ьное измеренное значение. Отметки, м. Отметка устья пьезометра

К1, Отметки, м. К2, Отметки, м

ПК-0+50 4-8-5 220,54 221,85 224,90 221,85 226,54

ПК-1+00 4-8-2 225,30 228,20 236,50 228,20 238,10

ПК- 2+00 3-1-1 229,10 231,80 232,20 231,80 232,80

Критериальные значения показателей депрессионной поверхности

склона напорных трубопроводов _Таблица 10.

№ Номер пьезо- Критериальные значения Максимальное Отметка устья пьезо-

К1, Отметки, м. К2, Отметки, м измеренное

створа метра значение, отм. м. метра, м

Створ 4-2-4 208.4 227.70 209.1 227.7

3-3 4-2-5 200.1 215.30 200.0 215.3

4-2-7 203.3 214.80 202.9 214.8

4-2-15 205.9 214.50 205.9 214.5

4-2-16 205.6 213.60 205.1 213.6

4-2-26 207.1 210.60 206.9 210.6

4-2-33 201.8 206.30 201.1 206.3

4-2-76 207.6 214.52 211.8 214.5

Таким образом, в результате проведённого комплекса натурных наблюдений, исследований и расчётов, а также многофакторного анализа полученных данных разработаны критерии безопасности основных гидротехнических сооружений: дамбы верхнего бассейна, водоприёмника, напорных трубопроводов и склона напорных трубопроводов, при этом учёт динамических воздействий является характерной особенностью, присущей гидроаккумулирующим электростанциям.

Критериальные значения диагностических показателей напряжённо-деформированного состояния

водоприёмника с подпорными стенками.

Таблица 11.

Наименование показателя, еда-кицы измерения Измерительное устройство или формула расчета показателя*' Измерено Критериальные значения Прогнозная модель и способ определения критериального значения"'

Среднее Стандартное отклонение К1 К2

Начальная дата К1 К2

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Водоприемник

Осадка водоприемника, мм 102 -202.3 58.6 -275.7 400 01.09.1984 У =^ + 1)1 *ехр(ЬЛ)

-271.0+369.0*ехр(-0.195*21.3)-2*5.25 Проектное значение

Относительное вертикальное перемещение, мм М117+51.6-14*(М108+ 101,6+ М200У40 -37.2 13.6 -63.7 -72.2 11.08.1988 У = Ьь + Ь,*еф(Ь,»1)

-62.6+59.7* ехр(-0.14*17.9)-2*3.2 -62.6-3*3 2

М119-М117/2-М121/2 9.0 4.0 18.7 26.1 02.10.1987 У »Ьь + ^'ехрСь*!)

22.8-22.6*ехр(-0.07*18 2)+2*1.1 22.8+3*1 1

Горизонтальное перемещение в сторону нижнего бассейна, мм 2Б 94 4 26 6 1279 135.0 00.00.1987 У = 1ц, + Ьг * ехрОьП)

124.2-129.1 *ехр(-0.19*19.0)+2*3.6 124 2+3*3.6

ЗБ 83.3 25.0 118.2 127 4 00.00.1987 У = Ьь + Ь! * ехр(Ь,*4)

113.0-120.4*ехр(-0.18*19.0)+2*4.8 113.0+3*4.8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного в рамках диссертационной работы комплекса научных исследований по определению динамического состояния склона напорных трубопроводов ГАЭС; по оценке динамического состояния гидротехнических сооружений ГАЭС и прилегающих к ним приповерхностных геологических структур высокоточными спутниковыми методами; по исследованию влияния динамического режима работы верхнего бассейна ГАЭС на фильтрационные процессы: в теле дамбы; в основании водоприёмника и во-довмещающей толще склона напорных трубопроводов; по исследованию влияния эксплуатационных динамических воздействий на водоприёмник ГАЭС и по разработке критериев безопасности гидротехнических сооружений ГАЭС представляется возможным сформулировать следующие выводьг

1. Максимальные вибрации на склоне напорных трубопроводов определены при работе гидроагрегатов гидроаккумулирующих электростанций в насосном режиме, при этом установлена необходимость в разработке динамических коэффициентов, используемых для расчётов устойчивости склонов.

2. Использование высокоточных спутниковых методов координатных определений позволяет создать фактическую картину динамического состояния и движений гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций, а также деформационных процессов прилегающих к сооружениям приповерхностных геологических структур земной коры.

Установление источников появления деформаций и различных специфических форм их проявления достигается при комплексном использовании спутниковых методов с другими подходами, базирующимися на отличающихся физических принципах.

3 В результате проведённых исследований на основе синхронных наблюдений за положением уровней воды в бассейнах и в гидротехнических сооружениях и их основаниях установлено:

3 1. В дамбах верхнего бассейна ГАЭС наблюдается стационарный режим фильтрации при фактически постоянной, в суточном разрезе, свободной поверхности фильтрационного потока.

3.2. Суточная динамика бьефа существенно проявляется под плитами крепления верхового откоса дамбы верхнего бассейна, где при наличии контрольно-измерительной аппаратуры фиксируется практически мгновенная разгрузка плит от противодавления при понижении бьефа в бассейне, что обусловлено как оттоком воды через трещины и другие повреждения в плитах, так и влиянием заведённого под верховой откос дамбы горизонтального дренажа.

3.3. В основании и пазухах подпорных стенок наблюдается нестационарный, динамический в суточном разрезе режим фильтрации, соответствующий положению бьефа в бассейне на каждый момент времени, что обязывает уделять особое внимание контролю и анализу работы этих конструкций Снижение пьезометрических уровней на начальных

участках подземного контура стенок сопоставимо со снижением уровня бьефа (составляет 60% на соответствующий момент времени).

3.4. Параметры фильтрационного режима (положение депрессионной поверхности и соответственно градиенты напора) существенно изменяются в суточном разрезе в пригребневой зоне низовой плотины, оставаясь практически постоянными за её пределами; зафиксированная амплитуда пьезометрических уровней в этой зоне 1,2-2,0 м

3.5. Максимальные пьезометрические уровни в низовой плотине могут наблюдаться в зоне гребня после длительного, не менее 8-ми часового стояния максимальной отметки уровня воды в бассейне.

4 В результате анализа динамических воздействий на водоприёмник ГАЭС, из которых главными являются воздействия, вызванные дебалансом обратимых гидроагрегатов и пульсацией давления воды в проточной части, установлено:

4.1. Динамические воздействия вращающегося гидроагрегата в насосном режиме на порядок выше, чем в турбинном режиме.

4.2. На математической конечно-элементной модели системы «водо-приёмник-понур-компенсаторная секция-грунтовое основание» проведены исследования динамического напряжённо-деформированного состояния с учётом динамических характеристик материалов, масс бетона и основания; грунтовых засыпок над водопроводящими галереями и присоединённых масс воды, а также с учётом воздействия гармонических нагрузок, вызванных дебалансом гидроагрегата и пульсацией давления внутри напорных трубопроводов

Воздействие на водоприёмник силы с частотой 2,5 Гц, возникающей вследствие дебаланса гидроагрегата, значительно больше, чем пульсации давления с частотой 20 Гц, распространяющейся с конечной скоростью 425 м/с.

Максимальные динамические сжимающиеся напряжения в бетоне водоприёмника от силы, вызванной дебалансом гидроагрегата, незначительны по сравнению со статическими напряжениями Напряжения в арматуре фундаментной плиты имеют тенденцию к увеличению, что является существенным при наличии в вышеуказанной арматуре напряжений, близких к пределу текучести. 4 3. В результате исследований напряжённо-деформированного состояния понура установлено, что в зоне наибольшего его растяжения при наличии нижней рабочей арматуры получена вероятность образования трещин со значительной шириной раскрытия, при этом напряжения в арматуре стремятся к пределу текучести

4.4 Изменение величин виброперемещений, выявленных в зоне гер-мокрышки рабочего затвора водоприёмника, указывает на необходимость проведения дальнейших исследований вибрации сооружений, начиная от здания ГАЭС и далее по длине напорных трубопроводов до водоприёмника.

5. В результате анализа результатов натурных наблюдений и исследований определены критерии безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций, дамбы верхнего бассейна, водоприёмника с подпорными стенками, напорных трубопроводов и склона напорных трубопроводов, при этом многофакторный анализ статистических данных перемещений, осадок, пьезометрических уровней, напряжений в арматуре в сооружениях и конструкциях и их прогнозных величин позволил установить:

- критериальные значения показателей положения пьезометрических уровней в дамбе верхнего бассейна и в основании здания водоприёмника,

- критериальные значения фильтрационного расхода из дренажа основания фундаментной плиты водоприёмника;

- критериальные значения диагностических показателей напряжённо-деформированного состояния водоприёмника с подпорными стенками;

- критериальные значения качественных диагностических показателей дамбы верхнего бассейна (верхового откоса дамбы), водоприёмника, сопрягающих подпорных стенок;

- критериальные значения диагностических показателей состояния напорных трубопроводов;

- критериальные значения показателей перемещений и показателей напряжений в рабочей арматуре компенсаторных секций,

- критериальные значения горизонтальных перемещений верхней точки склона напорных трубопроводов и критериальные значения показателей положения депрессионной поверхности в водоносных породах склона напорных трубопроводов;

- критериальные значения фильтрационного расхода дренажа упорной призмы.

Проведённый комплекс исследований позволил выявить особенности динамических воздействий, оценить степень их влияния и сформулировать критерии безопасности гидротехнических сооружений, как инструмент диагностики гидроаккумулирующих электростанций для обеспечения длительной безопасной эксплуатации.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ронжнн И.С., Каныгин Л.Е., Черненко В.Н. Программа и состав натурных наблюдений за фильтрацией на Загорской ГАЭС: Сборник научных трудов Гидропроекта. - 1990. - Вып. 135. - С. 99-108.

2. Ронжнн U.C., Каныгин JI.E., Черненко В.Н. Натурные исследования фильтрации в плотинах эксплуатируемых гидроузлов' Серия Гидроэлектростанции, вып.1 - М.: Информэнерго, 1992. - 60 с. (брошюра).

3. Ронжин И.С., Блинов И.Ф., Каныгин Л.Е., Черненко RH. Оснащенность сооружений Загорской ГАЭС контрольно-измерительной аппаратурой -М : Гидротехническое строительство, 1992.- № 8.

4. Блинов И.Ф., Черненко В.Н., Пересыпко Л.Я., Иванущенко B.C. О предельно-допустимых значениях показателей состояния сооружений Загорской ГАЭС - М.' Гидротехническое строительство, 1996.-№4. -С. 11-18.

5. Каныгин Л.Е., Черненко В.Н., Магрук В.И., Яновский А.П. Фильтрационный режим сооружений Загорской ГАЭС в период временной эксплуатации. -М.:Гидротехническое строительство, 1996.- № 7. - С. 26-30.

6. Блинов И.Ф., Черненко В.Н., Яновский А.П. Оценка состояния стележелезобе-тонных трубопроводов Загорской ГАЭС по данным натурных наблюдений - М.: Безопасность энергетических сооружений (НИИЭС), 1998. - Вып. 2-3.

7. Карлсон A.A., Клементьев B.C., Черненко В.Н. Геодезический контроль устойчивости склонов и сооружений Загорской ГАЭС - М ■ Гидротехническое строительство, 2000 -№4 -С32-34.

8. Самарин E.H., Кудряшова Е.Б., Черненко RH. Оценка состояния длительной прочности грунтов противооползневой упорной призмы на Загорской ГАЭС: Ломоносовские чтения МГУ. - М.: 2000. - С 56-58.

9. Бритвин С.О., Иващенко И.Н., Блинов И.Ф., Магрук В.И., Черненко В.Н. Безопасность сооружений Загорской ГАЭС, возведенных на нескальном основании. -М.: Гидротехническое строительство, 2001.-№9.-С. 12-15.

10. Рубин О.Д., Ильин Ю.А., Лисичкин С.Е., Розанова H.R, Черненко В.Н. Оценка напряженно-деформированного состояния и прочности железобетонных конструкций компенсаторных секций напорных водоводов Загорской ГАЭС.-М.: Гидротехническое строительство, 2001 - № 9, с. 16-19.

11. Генике A.A., Черненко RH. Исследования деформационных процессов Загорской ГАЭС спутниковыми методами. - М : Геодезия и картография, 2003. - № 2. - С. 2733.

12. Генике A.A., Черненко В.Н. Комплексные исследования на локальных геодинамических полигонах. - М.: Геопрофи, 2003. - № 2. - С. 11-15.

13. Черненко В.Н. Загорская ГАЭС- её влияние на природную среду. - М • «Безопасность энергетических сооружений» (НИИЭС), 2003. - Вып. 12. - С. 395-399.

Заказ 2103 Тираж 80 зкэ

Т ин-ma "Гидр-т'

РНБ Русский фонд

2006-4 19261

Wv* i

va /

ч V V

27 CE H 2004

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Черненко, Владимир Николаевич

Введение

Глава 1 Особенности гидроаккумулирующих электростанций (обзор исследований). Динамическое состояние склона напорных трубопроводов гидроаккумулирукнцих электростанций.

1.1. Особенности гидроаккумулирующих электростанций (Обзор исследований).

1.2. Динамическое состояние склона напорных трубопроводов гидроаккумулирующих электростанций.

1.2.1. Рельеф.

1.2.2. Геологическое строение.

1.2.3. Развитие оползней на склоне напорных трубопроводов в период строительства и мероприятия по их стабилизации.

1.3. Реакция откосов склона напорных трубопроводов и здания водоприёмника Загорской ГАЭС на вибрации, создаваемые работой гидроагрегатов.

Выводы по главе 1.

Глава 2 Оценка динамического состояния гидротехнических сооружений и прилегающих к ним приповерхностных геологических структур высокоточными спутниковыми методами.

2.1. Значение и современное состояние проблемы изучения геодинамических процессов спутниковыми методами.

2.2. Основные особенности спутниковых измерений и разработка методов минимизации влияния ошибок таких измерений.

2.3. Экспериментальные исследования деформационных процессов спутниковыми методами (на примере Загорского гидротехнического геодинамического полигона).

Выводы по главе 2.

3.1. Оценка влияния динамики измерения уровня воды в верхнем бассейне на параметры фильтрационного потока в дамбе.

3.2. Оценка влияния динамики измерения уровня воды в верхнем бассейне на параметры фильтрационного потока в основании и пазухах подпорных стенок I и П яруса.

Глава 4.

4.4.1.

4.4.2.

4.4.3.

4.4.4.

Глава 5.

5.1.1.

Оценка влияния динамики измерения уровня воды в верхнем бассейне на параметры фильтрационного потока под понуром и в основании фундаментной плиты здания водоприёмника.

Оценка влияния динамики измерения уровня воды в верхнем бассейне на параметры фильтрационного потока водоносных горизонтов южного склона.

Оценка влияния динамики колебания бьефа нижнего бассейна на параметры фильтрационного потока в низовой плотине.

Выводы по главе 3.

Исследование влияния эксплуатационных динамических воздействий на водоприёмник гидроаккумулирующих электростанций (на примере Загорской ГАЭС).

Эксплуатационные динамические воздействия на гидротехнические сооружения.

Натурные исследования вибрации гидротехнических сооружений.

Исходные данные и методика исследований водоприёмника на динамические воздействия.

Результаты исследований напряжённо-деформированного состояния водоприёмника на динамические воздействия.

Результаты расчета системы «водоприемник-компенсатор-грунтовое основание» на воздействие с частотой 2,5 Гц гармонической силы, возбуждаемой гидроагрегатом в насосном режиме.

Результаты расчета системы «водоприемник-компенсатор-грунтовое основание» на воздействие пульсации давления при амплитуде 0,0561 МПа и частоте 20 Гц.

Результаты исследования при синхронном приложении пульсации давления по длине водоприемника.

Результаты исследования с учетом распространения пульсации давления в воде со скоростью 425 м/с.

Выводы по главе 4.

Разработка критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций (на примере Загорской ГАЭС).

Разработка критериев безопасности дамбы верхнего бассейна и водоприёмника.

Состав диагностических показателей.

5.1.2. Критериальные значения диагностических показателей дамбы верхнего бассейна и водоприёмника с подпорными стенками.

5.2. Разработка критериев безопасности напорных трубопроводов и склона напорных трубопроводов.

5.2.1. Состав диагностических показателей.

5.2.2. Критериальные значения диагностических показателей напорных трубопроводов и склона напорных трубопроводов.

Выводы по главе 5.

Введение 2004 год, диссертация по строительству, Черненко, Владимир Николаевич

Актуальность диссертационной работы, цель и задачи определяются высоким уровнем: ответственности гидроаккумулирующих электростанций, располагаемых, как правило, на нескальных основаниях и склонах, при этом исследование влияния динамических воздействий и разработка критериев безопасности сооружений и конструкций имеет важное значение, как основа длительной безопасной эксплуатации.

Как показывают натурные наблюдения за состоянием сооружений и конструкций гидроаккумулирующих электростанций за рубежом и в России (водоприёмников, напорных трубопроводов и их склонов, зданий ГАЭС, фундаментных плит, подпорных стенок и др.) имеют место отклонения от проектно-прогнозируемой работы. Наряду с этим безопасность гидротехнических сооружений и конструкций должна обеспечиваться в соответствии с Законом РФ «О безопасности гидротехнических сооружений».

Цель диссертационной работы — провести комплекс исследований и сформулировать научные основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумупирующих электростанций с учётом влияния динамических воздействий.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

- определить динамическое состояние склона напорных трубопроводов;

- оценить динамическое состояние инженерных сооружений и прилегающих к ним приповерхностных геологических структур;

- исследовать влияние эксплуатационных динамических воздействий при работе обратимых гидроагрегатов на сооружения и конструкции водоприёмника;

- разработать критерии безопасности гидротехнических сооружений, дамбы верхнего бассейна, водоприёмника, напорных трубопроводов и склона напорных трубопроводов.

Научная новизна результатов диссертационных исследований состоит в следующем:

- обоснование и предложения по применению высокоточных спутниковых методов координатных определений для определения реальной картины движения гидротехнических сооружений и деформативных процессов в земной коре (к примеру, в оползневом склоне напорных трубопроводов Загорской ГАЭС);

- результаты исследований влияния динамического режима работы верхнего и нижнего бассейнов на фильтрационные процессы в теле дамбы, в основании водоприёмника, в водовмещакяцей толще склона напорных трубопроводов и в низовой плотине;

- ■ результаты расчётных исследований на конечно-элементной модели системы «водоприёмник — понур — компенсаторная секция — грунтовое основание» динамического напряжённо-деформированного состояния;

Достоверность результатов исследований обусловлена:

- проведением комплекса натурных наблюдений и исследований;

- применением апробированных методов математического моделирования напряжённо-деформированного состояния гидротехнических сооружений и конструкций;

- хорошей согласуемостью результатов натурных наблюдений, исследований и расчётов.

Практическая значимость результатов диссертационных исследований. Диссертация является научной работой, в которой на основании выполненных автором исследований представлены научные основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций с учётом влияния динамических воздействий, присущих ГАЭС.

Практическая значимость заключается в использовании при эксплуатации Загорской ГАЭС разработанных автором предложений по изменению конструкции верхового откоса П-ой очереди дамбы верхнего бассейна, по реконструкции системы вертикального дренажа в зоне оползневого склона напорных трубопроводов, а также критериев безопасности гидротехнических сооружений с учётом влияния различного рода динамических воздействий с целью обеспечения длительной безопасной работы важнейшего гидроэнергетического комплекса.

Внедрение результатов исследований. Натурные и экспериментально-теоретические исследования выполнены применительно к Загорской гидроаккумулирующей электростанции, как на стадии проектирования, так и на стадиях строительства и эксплуатации. Разработанные критерии безопасности сооружений Загорской ГАЭС утверждены в Госэнергонадзоре Минэнерго РФ.

Апробация работы. Материалы исследований по теме диссертации докладывались на Научно-техническом Совете РАО «ЕЭС России» от 18.03.1977 г., на совместном заседании Научно-технического Совета РАО «ЕЭС России» и Координационного совета по по отраслевой программе «Безопасность энергетических сооружений» секции «Единая энергетическая система Научного Совета РАН в 1999 г. на Научно-техническом Совете РАО «ЕЭС России» от 23 и 29.05.2001 г., совещаниях, конференциях.

Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13 печатных трудах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 100 наименований. Основное содержание диссертационной работы изложено на 246 стр., включая таблицы и рисунки.

Заключение диссертация на тему "Научные основы разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений гидроаккумулирующих электростанций с учетом влияния динамических воздействий"

Выводы по главе 5

В результате проведённого анализа результатов исследований и данных натуоных наблюдений ссЬоимжюван состав количественных и качест

1. Проведён многофакторный анализ и приведены статистические данные переменной, осадок, пьезометрических уровней, напряжений в арматуре в сооружениях и конструкциях и представлены их прогнозные величины.

2. Проведённые автором исследования позволили определить:

- критериальные значения показателей положения пьезометрических уровней в дамбе верхнего бассейна и в основании здания водоприёмника;

- критериальные значения фильтрационного расхода из дренажа основания фундаментной плиты водоприёмника;

- критериальные значения диагностических показателей напряжённо-деформированного состояния водоприёмника с напорными стенками;

- критериальные значения качественных диагностических показателей дамбы верхнего бассейна (верхового откоса дамбы), водоприёмника, зоны сопрягающих подпорных стенок 2-го яруса;

- критериальные значения диагностических показателей состояния напорных трубопроводов:

- критериальные значения показателей перемещений компенсаторов КС-0 и показателей напряжений в рабочей арматуре компенсаторов КС-18;

- критериальные значения горизонтальных перемещений верхней точки склона «Южный» и критериальные значения показателей положения депрессионной поверхности в водоносных породах склона «Южный»;

- критериальные значения фильтрационного расхода дренажа упорной призмы 2-ой очереди и сеноманского водоносного горизонта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённого в рамках диссертационной работы комплекса научных исследований по определению динамического состояния склона напорных трубопроводов ГАЭС; по оценке динамического состояния гидротехнических сооружений ГАЭС и прилегающих к ним приповерхностных геологических структур высокоточными спутниковыми методами; по исследованию влияния динамического режима работы верхнего бассейна ГАЭС на фильтрационные процессы: в теле дамбы; в основании водоприёмника и во-довмещающей толще склона напорных трубопроводов; по исследованию влияния эксплуатационных динамических воздействий на водоприёмник ГАЭС и по разработке критериев безопасности гидротехнических сооружений ГАЭС представляется возможным сформулировать следующие выводы:

3. В результате проведённых исследований на основе синхронных наблюдений за положением уровней воды в бассейнах и в гидротехнических сооружениях и их основаниях установлено:

3.1. В дамбах верхнего бассейна ГАЭС наблюдается стационарный режим фильтрации при фактически постоянной, в суточном разрезе, свободной поверхности фильтрационного потока

3.3. В основании и пазухах подпорных стенок наблюдается нестационарный, динамический в суточном разрезе режим фильтрации, соответствующий положению бьефа в бассейне на каждый момент времени, что обязывает уделять особое внимание контролю и анализу работы этих конструкций. Снижение пьезометрических уровней на начальных участках подземного контура стенок сопоставимо со снижением уровня бьефа (составляет 60% на соответствующий момент времени).

4. В результате анализа динамических воздействий на водоприёмник ГАЭС, из которых главными являются воздействия, вызванные дебалансом обратимых гидроагрегатов и пульсацией давления воды в проточной части, установлено:

4.3. В результате исследований напряжённо-деформированного состояния понура установлено, что в зоне наибольшего его растяжения при наличии нижней рабочей арматуры получена вероятность образования трещин со значительной шириной раскрытия, при этом напряжения в арматуре стремятся к пределу текучести.

4.4. Изменение величин виброперемещений, выявленных в зоне гер-мокрышки рабочего затвора водоприёмника, указывает на необходимость проведения дальнейших исследований вибрации сооружений, начиная от здания ГАЭС и далее по длине напорных трубопроводов до водоприёмника.

- критериальные значения фильтрационного расхода из дренажа основания фундаментной плиты водоприёмника;

- критериальные значения диагностических показателей состояния напорных трубопроводов;

- критериальные значения показателей перемещений и показателей напряжений в рабочей арматуре компенсаторных секций;

- критериальные значения фильтрационного расхода дренажа упорной призмы.

Библиография Черненко, Владимир Николаевич, диссертация по теме Гидротехническое строительство

1., Абросимов ПА., Бабский Е.Г., Ильин Л.В. Динамические испытания фундамента турбогенератора Т-100 на Саратовской ТЭЦ-5: Сборник научных трудов. JL: ВНИИГ, им. Б.Е. Веденеева, 1981. - № 148.

2. Баранова Т.Е., Карасёва И.А., Юдкевич А.И. Анализ данных инженерно-геологических наблюдений за устойчивостью склона на участке НСУ Загорской ГАЭС в период эксплуатации. — М.: Гидротехническое строительство, 1991. № 11. -С. 42-49.

3. Баранова Т.Е., Карасёва И.А., Юдкевич А.И. Результаты натурных наблюдений за оползневыми склонами Загорской ГАЭС и достоверность геологических прогнозов.— М.: Гидротехническое строительство, 1990.—№ 2. — С. 25-28.

4. Белостоцкий А.М. Программный комплекс СТАДИО для линейных и нелинейных статических и динамических расчётов пространственных комбинированных систем. Опыт разработки и эксплуатации и перспективы развития: Сборник научных трудов МГСУ.-М, 1998, С. 4-11.

5. Березинский С А., Бронштейн В.И., Юдкевич АЛ. Обеспечение устойчивости склона на участке основных сооружений Загорской ГАЭС. М.: Гидротехническое строительство, 1992. - № 2. - С. 39-45.

6. Блехман И.И. Что может вибрация. М: Наука, 1988.

7. Блинов И.Ф., Гальперина Л.П. Исследования влияния сработки верхнего бассейна на напряжённо-деформированное состояние сооружений Загорской ГАЭС. — М: БЭС, 2000. вып. 6. - С. 115-122.

8. Блинов И.Ф., Золотое JLA., Смирнов ЕА., Кулешов А.П., Быкадоров АА

9. Организация мониторинга на сооружениях Загорской ГАЭС. М: Гидротехническое строительство, 1994. - № 7,- С. 33-36.

10. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA® Статистический анализ и обработка данных в среде Windows® - М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 1997.

11. Бритвин С.О., Иващенко И.Н., Блинов И.Ф., Магрук В.И., Черненко В.Н.

12. Безопасность сооружений Загорской ГАЭС, возведённых на нескальном основании. М.: Гидротехническое строительство, 2001. - № 9. - С. 12-15.

13. Бронштейн В.И., Грошев Т.Е., Юдкевич А.И. Построение математической модели и оценка напряжённо-деформированного состояния склона основных сооружений Загорской ГАЭС: Труды международной конференции. СПб.: 2001. -С. 18-22.

14. Bungum Н., Rusbo Т., Njorteberg Е. Precise contionus monitoring of jeismik velocitu variations and their possible connection to solid Earh tides. J. Ceophus. Res. 82. 1977. № 33.

15. Василевский А.Г. Отечественный и зарубежный опыт контроля за безопасностью напорных гидротехнических сооружений. — М.: Гидротехническое строительство, 1996.-№3.-С. 4-7.

16. Василевский А.Г., Добрынин С.Н., Тихонова Т.С. Методики экспертных оценок безопасности ГТС ГЭС на основе компьютерных технологий. М.: Гидротехническое строительство, 2001. - № 2. - С. 6-9.

17. Веланишскис И.М., Агатов И.О. Из опыта проектирования и строительства Кайшадорской ГАЭС. — М.: Гидротехническое строительство, 1985. — № 4. — С. 3335.

18. Вознесенская А.И., Восковская Л.Т. и др. Дискуссионные вопросы стратиграфии плейстоцена Клинско-Дмитровской

19. Вознесенский Е.А. Динамическая неустойчивость грунтов. М.: 1999. - 264 с.

20. Волосов СХ. Опыт выявления периодического сейсмического сигнала от Нурекской ГЭС: Физика Земли. М.: Известия АН СССР, 1980. -№ 11.

21. Галаганов OJL, Гусева Т.В., Мишин AJ3. Передерни В.П. Исследование спутниковых технологий для решения геодинамических и геоэкологических задач.-М.:Наука и технология в России, 2003.- № 4-5 С 12-16.

22. Генике А.А., Черненко В.Н. Исследования деформационных процессов Загорской ГАЭС спутниковыми методами. — М.: Геодезия и картография, 2003. № 2. - С. 2733.

23. Генике АЛ., Черненко В.Н. Комплексные исследования на локальных геодинамических полигонах. М.: Геопрофи, 2003. - № 2. - С. 11-15.

24. Горецкий Г.И. Формирование долины р.Волги в раннем и среднем антропогене. -М.: 1966.-412 с.

25. Гусев Г.А. и др. Нагрузочные эффекты при деформационных наблюдениях: Физика Земли. М.: Известия АН СССР, 1999. - № 6. - С. 3-4.

26. Гуффеншефер СЛ., Успенский Н.В. и др. Отчёт Загорской гидрогеологической партии о комплексной геологической съёмке масштаба 1:200 000 в пределах листа 0-37-ХХХШ. М.: 1964.

27. Джегер И. Механика горных пород и инженерные сооружения. М.: Издательство Мир, 1975.-С. 254.

28. Доценко Т.П. Гидроаккумулирующие электростанции в энергосистеме Европейской части страны и перспектива строительства ГАЭС. М.: Гидротехническое строительство, 1985. - № 4. - С. 5-8.

29. Зарецкий Ю.К., Воробьёв В.И. Оценка длительной устойчивости склона Загорской ГАЭС. М.: Гидротехническое строительство, 1991. - № 1. - С. 35-39.

30. Зарецкий Ю.К., Карабаев М.И. Краткое описание математической модели системы сооружение-основание. М.: БЭС, 1998. - вып. 1. - С. 75-78.

31. Зилинг Д.Г. Погребённые речные долины Европейской части РСФСР' и их инженерно-геологическое значение. М.: Инженерная геология, 1988.

32. Золотарёв Г.С., Ерыш И.Ф. Проблемы инженерной геологии и защиты Черноморского побережья и Горного Крыма. М.: Инженерная геология, 1985. -№2.

33. Золотое Л .А., Иващенко И.П., Радкевич Д.Б. Оперативная количественная оценка уровня безопасности эксплуатируемых гидротехнических сооружений. М.: Гидротехническое строительство, 1997. - № 2. - С. 40-43.

34. Золотое JLA., Иващенко И.П., Семенков BJVL Качественная оценка надёжности плотин: ГТС. -1989. -№ 6. С. 8-11.

35. Зубарев В.В. Аккумулирующие электростанции и их использование в энергосистемах. М.: Информэнерго, 1986. - Серия 4. - Вып. 4.

36. Иванов И.П. Оценка глинистых грунтов на оползневых склонах и откосах: Труды международной конференции. СПб.: 2001.

37. Иващенко И.Н. Инженерная оценка надёжности грунтовых плотин: Библиотека : гидротехника и гидроэнергетика. М.: Энергоатомиздат, 1993. - вып. 105. - 144 с.

38. Ильин ЮЛ, Рубин ОД., Лгалов В.В. Оценка состояния конструкций под турбогенераторы и влияние на них вибрационных нагрузок. М.: БЭС, 2001. — Вып. 9.-С. 60-67.

39. Калинин Э.В. Исследование напряжённого состояния важнейшая проблема инженерной геодинамики: Теоретические проблемы инженерной геологии. — М.: 1999.

40. Каныгин Л£ч Черненко BJL, Магрук B.EL, Яновский А.П. Фильтрационный режим сооружений Загорской ГАЭС в период временной эксплуатации. М.: Гидротехническое строительство. 1996. - № 7. - С. 26-30.

41. Карлсон АА, Клементьев B.C., Черненко В.Н. Геодезический контроль устойчивости склонов и сооружений Загорской ГАЭС. М.: Гидротехническое строительство, 2000. - № 4. - С 32-34.

42. Кириллов А. П., Николаев В.Б., Рубин О .Д., Лукша Л.К. Методика расчёта массивных конструкций на действие поперечных сил: Четвёртое научно-техническое совещание Гидропроекта (Москва, 13-16 апреля 1982 г.). — М.: Гидропроект, 1982, 105 с.

43. Клабуков В.М.,. Черненко В.Н. Методы инструментального обследования фильтрационных расходов в дренажных системах водоприёмников и зданий ГЭС и ГАЭС М.: БЭС, 2000. - Вып. 7. - С. 288-293.

44. Кожевников А.В., Кожевникова В.И. и др. Стратиграфия подмосковного плейстоцена: Бюллютень Московского общества испытателей природы (Отделение геологии). 1979. - Вып. 2. - Т. 54.

45. Котюжан А.И., Юдкевич А.И. Устойчивость склонов на Загорской ГАЭС: Уроки изысканий, проектирования, строительства. М: Гидротехническое строительство, 1988.-№6.-С. 22-28.

46. Лазуков Г.И., Судакова Н.Г. и др. Анализ ледниковых отложений Клинско-Дмитровской возвышенности в связи с проблемами стратиграфии и палеографии: Новейшая тектоника, новейшие отложения и человек. М.: 1982. — С. 86-100.

47. Leick F. GPS Satellite Surbeying. 2 nd Edition: John Wiley, New-York. -1995. 560 p.

48. Лисичкин C.E. Особенности расчёта массивных железобетонных конструкций. -М: Гидротехническое строительство, 1996. — № 9. С. 45-49.

49. Лисичкин С.Е., Ивонтьев А.В., Пономарёв Д.И. Расчётные исследования компенсационного участка напорных сталежелезобетонных водоводов. — М: БЭС, 2002. Вып. 10. - С. 64-71.

50. Лобач АЛ Построение и анализ регрессионной прогнозной модели осадок гидротехнических сооружений на нескальных основаниях — М.: БЭС, 2003. Вып. 12.-С. 3-8.

51. Ляпичев Ю.П. Оценка достоверности математических моделей грунтов для численных расчётов поведения грунтовых плотин. М: БЭС, 2000. — Вып. 6. — С. 184-191.

52. Ляпичев Ю.П. Применение метода конечных элементов в расчётах грунтовых плотин. М: Изд-во РУДН, 1982. - 80 с.

53. Ляпичев ЮЛЬ Проектирование и строительство современных высотных плотин. -М.: Изд-во РУДН, 2004. 275 с.

54. Ляхтер BJVL, Золотое ЛЛ^ Иващенко ИЛ., Янчер В.Б. Оценка надёжности гиросооружений: М.: Гидротехническое строительство, 1985. - № 2. - С. 6-13.

55. Малаханов В.В., Марчук МЛ., Серков АЛ. Критерии безопасности эксплуатационных деформаций грунтовых плотин: М: Гидротехническое строительство, 1985. - № 6. - С. 12-17.

56. Малик Л.К. Безопасность гидротехнических сооружений и перспективы развития гидротехники в России. М.: География и природные ресурсы, 2000. - № 2. - С. 1113.

57. Марчук А.Н., Савич А.И. Надёжность высоких плотин с учётом геодинамических процессов. М.: Гидротехническое строительство, 1992. - № 11. - С. 1-4.

58. Маслов Н.П. Физико-техническая теория ползучести глинистых грунтов в практике строительства.-М.: 1984.

59. Меркулов А.В., Шлыков В.Г. Литологоминералогическое расчленение моренной толщи района строительства Загорской ГАЭС. М.: Геоэкология, 1996. - № 5. - С 55-64.

60. Мюллер Л. Механика строительных массивов. М.: Издательство Мир, 1971. - 254 с.

61. Мюллер Л. Оползень в долине Вайонт: Проблемы инженерной геологии. — М.: Издательство Мир, 1967. Выпуск 4. - С. 74-141.

62. Николаев В.Б., Рубин ОД. Совершенствование методов расчёта прочности железобетонных конструкций гидротехнических сооружений со строительными швами: Обзорная информация — Энергетика и электрификация. Серия 2 -Гидроэлектростанции. —1986. — Выпуск 2,

63. Олферьев А.Г. Новые данные о геологическом строении нижнемеловых отложений Подмосковья: Геология и полезные ископаемые центральных районов ВосточноЕвропейской платформы. ML: 1986. - С. 44-45.

64. Пик Л.И., Карлсон А.А., Бланк Л.М., Рыхальский Ю.К. Применение метода спутниковой геодезии при изучении подвижек склонов на Загорской ГАЭС. — М.: Гидротехническое строительство, 1996. № 12.

65. Плескан Н.К. Электроэнергетический сейсмический эффект: ДАН СССР. — 1986. -№6.-290 с.

66. Рассказов ЛД., Желанкин В.Г. Оценка надёжности каменно-земляной плотины. — М.: Гидротехническое строительство, 1986. — № 12. С. 11-15.

67. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Правдивей ЮЛЬ и др. Гидротехнические сооружения: Учебник для ВУЗов. М.: Стройиздат, 1996. - Часть 1. - 435 с: Часть 2. -344 с.

68. Ронжин И.С., Блинов И.Ф., Каныгин Л.Е., Черненко В.Н. Оснащённость сооружений Загорской ГАЭС контрольно-измерительной аппаратурой. — М.: Гидротехническое строительство, 1992. № 8.

69. Ронжин И.С., Каныгин Л.Е., Черненко В.Н. Натурные исследования фильтрации в плотинах эксплуатируемых гидроузлов: Серия Гидроэлектростанции. — М.: Информэнерго, 1992. 60 с.

70. Ронжин И.С., Каныгин Л.Е., Черненко B.EL Программа и состав натурных наблюдений за фильтрацией на Загорской ГАЭС: Сборник научных трудов Гидропроекта. 1990. - Вып. 135. - С. 99-108.

71. Рубин ОД., Ильин Ю.А., Лисичкин С.Е., Нефёдов А.В., Розанова Н.В.,Черненко

72. В.Н. Оценка напряжённо-деформированного состояния и прочности железобетонных конструкций компенсаторных секций напорных водоводов Загорской ГАЭС. М.: Гидротехническое строительство, 2001. - № 9. - С. 16-19.

73. Рубин О.Д., Ильин ЮЛ. и др. Оценка напряжённо-деформированного состояния и прочности компенсаторных секций КС-18 напорных трубопроводов Загорской ГАЭС. М.: Гидротехническое строительство, 2000.

74. Рубин О.Д., Ляпин О.Б., Ни В.Е. Усиление эксплуатационных подпорных сооружений. М.: Гидротехническое строительство, 1989. - № 12. - С 42-45.

75. Самарин Е.Н., Кудряшова Е.Б., Черненко В.Н. Оценка состояния длительной прочности грунтов противооползневой упорной призмы на Загорской ГАЭС: Ломоносовские чтения МГУ. -М.: 2000. С. 56-58.

76. Саргсян А.Е. Исследования сейсмостойкости сооружений АЭС, расположенных на неоднородном основании: Сборник научных трудов Гидропроекта. 1984. - Вып. 93.

77. Серебрянников Н.И., Родионов В.Г., Кулешов А.П. и др. Гидроаккумулируюцще электростанции: Строительство и эксплуатация Загорской ГАЭС. Издательство НЦЭИАС, 2000.-355 с.

78. Сковородкин Ю.П. и др. Вариации геофизических полей в зоне вибровоздействия как индикатор фильтрационных процессов: Физика Земли. М.: 1999. — № 6. — С. 36-45.

79. Соколов И.Б., Соломенцева EJV1. Влияние трещин на перераспределение напряжений в бетоне гидросооружений: Труды координационных совещаний по гидротехнике. -1970. Вып. 58. - С. 389-398.

80. Sceber G. Satellite Geodesy Edition W. de Gruyter, Berlin-New York. 2003. - 560 p.

81. Уолтере P. К. Разрушение плотин: Проблемы инженерной геологии. — М.: 1964. С. 372-377.

82. Фукуока М., Танигучи Т. Исследование оползней: Проблемы инженерной геологии. М.: 1964. - С. 277-283.

83. Хвастунов PJVL Экспертные оценки и их применение в энергетике. — М.: Энергоиздат, 1981.

84. Хорошева В.В. Влияние атмосферного давления на наклоны земной поверхности: Серия геофизика. М.: Известия АН СССР, 1958. -№ 1.

85. Хохлова П.В., Саргаян А.Е., Нейман Е.И. Обоснование метода расчёта защитной оболочки АЭС при динамических воздействиях на основе расчётных и экспериментальных исследований: Сборник научных трудов Гидропроекта. 1984. -№93.

86. Храпков А .А., Дурчева В.Н. Особенности определения критериев безопасности бетонных гидротехнических сооружений. М.: БЭС, 2000. — Вып. 7. - С. 93-98.

87. Царёв А.И., Иващенко И.Н., Малахов В.В., Блинов И.Ф. Критерии безопасности строительных сооружений как основа контроля их состояния. М.: Гидротехническое строительство, 1994. -№ 1.

88. Черненко В.Н. Загорская ГАЭС: её влияние на природную среду. М.: БЭС, 2003. -Вып. 12. - С. 395-399.

89. Юдкевич А.И. Комплекс сооружений Загорской гидроаккумулирующей станции на р. Кунье: Геология и плотины. — 1994. т. ХШ. - С. 16-69.

90. Декларация безопасности гидротехнических сооружений Загорской ГАЭС. п. Богородское, С-Посадский р-н, Московская обл., 2003.

91. Динамический расчёт специальных инженерных сооружений и конструкций: Справочник проектировщика под редакцией Б.Г. Коренева и АФ. Смирнова: Раздел 8. Речные гидротехнические сооружения (А.П. Кириллов и И.С. Шейнин). — М.: Стройиздат, 1986.

92. COSMOS/M 2.7 (128 k version), Stress, Vibration, Buckling, Dynamics, Fluid, Electromagnetic and Heat Transten Analysis, March, 2002, Structural Researched Analysis Corporation, Los Angeles, California.

93. Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений, РД 153-34.2-21.342-00: Департамент научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России». М.: 2000.

94. Применение спутниковых навигационных систем для определения деформаций плотин: Сборник материалов конференции Академии гражданской защиты, МТС России, 2001.

95. Проблемы инженерной геологии ГАЭС и водохранилищ с нестанционарным режимом: Под редакцией Г.С. Золотарёва. М.: 1983. — 266 с.

96. Проблемы инженерной геологии: Под редакцией Г.С. Золотарёва. М.: 1967. - Вып. 4.

97. Рекомендации по оценке надёжности гидротехнических сооружений (П-842-86, Гидропроект): Гидропроект. — М.: 1986. — 84 с.

98. Технико-экономическое обоснование Загорской ГАЭС: Гидропроект М.: 1967. -т.1. - Природные условия.

99. Технический проект Загорской ГАЭС: Гидропроект. М.: 1978. - т.1. - Природные условия.

Похожие работы

Строительство
05.23.00