автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Расчеты дренажей урбанизированных территорий методом фиктивной инфильтрации

На правах рукописи

Леонова Елена Николаевна

Расчеты дренажей

урбанизированных территорий методом фиктивной инфильтрации

05.23.07 - Гидротехническое строительство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006 г.

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии ордена Трудового Красного знамени комплексном научно-исследовательском и конструкторско-технологическом институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ФГУП «НИИ ВОДГЕО»)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Алексеев Владимир Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Покровский Геннадий Иванович, кандидат геолого-минералогических наук, Арбузов Александр Иванович

Ведущая организация:

ОАО «ЦНИИЭПжилища»

Защита состоится 17 мая 2006 г. в 10 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д. 303.004.01 в ФГУП «НИИ ВОДГЕО» по адресу: 119992, Москва, Г-48, ГСП-2, Комсомольский проспект, д. 42 стр. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «НИИ ВОДГЕО» тел. (495) 245-9787; факс (495)245-9627

Автореферат разослан 12 апреля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Зб-уя1^ Ю.В.Кедров

7487

Введение

Актуальность работы

Процесс подтопления освоенных территорий подземными водами в России уже длительное время носит повсеместный характер. Застройка городских территорий приводит к радикальному изменению гидрогеологической обстановки, в результате чего меняются уровенный и гидрохимический режим подземных вод. Загрязнение подземных вод и подъем их уровня сказывается практически на всех компонентах природы, находящихся в тесном взаимодействии. Последствия этих процессов наносят населению и народному хозяйству страны огромный, трудно поддающийся полному учету, экологический, социальный и экономический ущерб.

Борьбой с подтоплением, созданием и развитием методов, способов и средств инженерной защиты территорий от подтопления успешно занимаются во всем мире как отдельные ученые, их школы, так и специализированные организации.

Трудность в организации защиты от подтопления состоит в том, что оно формируется неявно и, главным образом, на уже освоенных территориях, в условиях городской застройки при наличии густой сети коммуникаций, в условиях интенсивного использования подземного пространства. Эти обстоятельства приводят к значительным трудностям как в прогнозировании процессов подтопления, так и в обосновании и реализации проектных решений по инженерной защите урбанизированных территорий от подтопления. С учетом высокой стоимости защитных сооружений решение проблемы подтопления городских территорий является одной из важнейших и трудоемких задач градостроительства.

Цель работы

Целью настоящей работы является повышение достоверности проектных решений при обосновании инженерной защиты городских территорий от подтопления путем разработки новых более совершенных методов расчетов дренажей.

Основные задачи диссертационной работы

— Разработка и исследование теоретических основ более точного, в

сравнении с используемыми, метода расчета дренажей городских

территорий (метода фиктивной инфильтра

— Получение расчетных зависимостей для оценки эффективности горизонтальных дренажей различного вида на застроенных территориях методом фиктивной инфильтрации;

— Получение расчетных зависимостей для оценки эффективности вертикальных дренажей различного вида методом фиктивной инфильтрации;

— Исследование нестационарной фильтрации к дренажным устройствам методом фиктивной инфильтрации;

— Сравнительный анализ точности предлагаемого метода с существующими методами расчета дренажей,-

— Апробация разработанных методов расчета на конкретных объектах;

— Оценка эффективности выполненных исследований.

Общая методика выполнения работ

— Обзор, обобщение и анализ материалов по методам расчетов дренажей;

— Разработка математических моделей, получение решений задач математической физики и аналитических зависимостей для расчетов дренажей городских территорий;

— Проведение численных экспериментов для оценки точности полученных расчётных зависимостей;

— Внедрение результатов исследований в практику инженерных расчетов систем инженерной защиты от подтопления;

— Анализ экономической эффективности мероприятий по инженерной защите территорий от подтопления.

Научная новизна работы

— Разработан новый метод расчёта дренажей городских территорий, который позволяет определить положение кривой депрессии во всей области влияния дренажа, в т. ч вблизи дрены;

— Найдены новые, более точные расчетные зависимости, позволяющие рассчитывать горизонтальные дренажи различного вида на городских территориях с учетом особенностей освоения подземного пространства, наличия противофильтрационных завес, стен в грунте и т.п.;

— Найдены новые зависимости, позволяющие рассчитывать разные виды вертикальных дренажей на городских территориях с учетом особенностей освоения подземного пространства;

— Разработан универсальный подход, позволяющий получать расчётные зависимости для пластов любой, в т. ч. и неограниченной мощности;

— Предложено обобщение метода фиктивной инфильтрации для нестационарных фильтрационных потоков к дренажам.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что разработанный научно-методический подход к обоснованию проектных решений по расчётам дренажей застроенных территорий может использоваться широким кругом специалистов научно-исследовательских и проектно-изыскательских организаций, органов охраны природы при проектировании, эксплуатации и экспертизе систем инженерной защиты от подтопления застроенных и застраиваемых территорий. При этом возрастает обоснованность проектных решений, снижаются капитальные затраты на строительство дренажей, эксплуатационные затраты на откачку дренажных вод.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались:

— на международной научной конференции «Каспий - настоящее и будущее» (г. Астрахань. 16-17 ноября 1995 г.);

— на международном симпозиуме маркшейдеров (г. Белгород, 1998 г.);

— в школе дренажа осушаемых земель международного сельскохозяйственного центра (г. Вагенинген, Нидерланды, август-ноябрь 1995 г.);

— на международных конгрессах «Зкватек» (г.Москва, 2000, 2002 г.г);

— на Всероссийской конференции «Современные проблемы гидрогеологии и гидромеханики» (г. Санкт-Петербург, 2002 г.).

Полученные в работе расчетные зависимости использовались при обосновании проектных решений по защите от грунтовых вод большого числа объектов в г. Москве и других городах России.

Основные положения, которые выносятся на защиту:

— Разработка и развитие теоретических основ метода фиктивной инфильтрации для расчетов дренажей городских территорий;

— Получение прогнозных зависимостей для расчета различных систем горизонтальных дренажей на застроенных территориях;

— Получение прогнозных зависимостей для расчета различных систем вертикальных дренажей на застроенных территориях;

— Оценка точности и применимости метода фиктивной инфильтрации для расчета дренажей.

— Использование метода фиктивной инфильтрации для расчета дренажей в водоносных пластах неограниченной мощности;

— Оценка экономической эффективности результатов выполненных исследований.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано восемь статей.

Объём работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций. Общий объем работы составляет 140 стр., включая 32 рисунка, 15 таблиц и список литературы из 81 наименования.

Основное содержание работы

В первой главе приводятся имеющиеся в литературе сведения о масштабах подтопления урбанизированных территорий и излагаются основы метода фиктивной инфильтрации, который, наряду с другими методами, может быть использован для расчета систем инженерной защиты городских территорий от подтопления

Наиболее полно вопросы, связанные с инженерной защитой застроенных и застраиваемых территорий, включая разработку методов расчетов, рассматриваются в трудах Абрамова С К., Алексеева В.С, БочевераФМ, Веригина H.H., Гамаюнова Н И., Дегтярева Б.М , Дзекцера Е С , Зильберга В С , Криксунова Ю Я., Куранова Н.П., Кузьмина В.В., Куваева А.А , Лапшина H.H., Муфтахова А Ж, Олейника А.Я., Покровского Г И., Расторгуева A.B., РомановаАВ, Хохлатова Э.М., Шевчика А.П., Шестакова В.М., Шульгина Д.Ф. и др

Процессы подтопления в настоящее время в нашей стране носят масштабный и угрожающий характер. В связи с этим проблема защиты застроенных территорий от фунтовых вод регулярно рассматривалась на коллегиях Госстроя России, в различных министерствах и ведомствах, а также на заседаниях Правительств многих городов, включая и Правительство Москвы Рассматривался этот вопрос и на межведомственной комиссии Совета Безопасности Российской Федерации.

Обобщая имеющиеся сведения по масштабам подтопления городов и населенных пунктов России, следует констатировать, что в настоящее время подтапливается более 90% городов России, а показатели ущерба от подтопления одного гектара земли городской территории лежат в пределах от 30 тыс до 120 тыс. долларов США.

В силу разных причин эффективность мероприятий, направленных на предотвращение и защиту от подтопления застроенных территорий, в целом по России крайне низка Например, реализация схем инженерной защиты от подтопления конкретных городов, составляет не более 1-2% В последние годы активность работ, связанных с инженерной защитой застроенных территорий и объектов, резко возросла. Это, несомненно, связано как с совершенствованием нормативной и правовой базы по данной проблеме, так и с развитием рыночных отношений, требующих более продуманного вложения средств в строительство и реконструкцию объектов. Сложившаяся ситуация повышает и требования к обоснованию проектных решений по инженерной защите от подтопления, что послужило объективной основой исследований, выполненных в данной работе.

В практике инженерных расчетов защиты от подтопления локальных объектов, как правило, используются аналитические и, главным образом, численные методы расчета плановой фильтрации подземных вод к дренажным устройствам. При этом приближения, которые принимаются в связи с явной пространственностью фильтрационного потока вблизи дрен, лежат в рамках широко известного и хорошо зарекомендовавшего себя метода фильтрационных сопротивлений. Особенностями этого метода в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, а так же для различных типов дренажей, посвящены работы Абрамова С К, Аверьянова С Ф , Борисова Ю П., Бочевера Ф М., Бывальцева И М., Веригина Н Н , Лапшина Н Н , Куранова Н П , Муфтахова А Ж., Нумерова С.Н , Олейника А Я , Шевчика А П , Шестакова В.М , Шульгина Д.Ф. и др.

При всех достоинствах метода фильтрационных сопротивлений, он обладает одним, часто несущественным, недостатком: положение кривой депрессии

определяется с достаточной для практических целей точностью на некотором расстоянии от дрены Причем, это расстояние тем больше, чем больше мощность водоносного горизонта, от подземных вод которого защищается объект В предельном случае, когда мощность водоносного горизонта достаточно велика (стремится к бесконечно большой величине) метод фильтрационных сопротивлений не может быть использован.

Данное обстоятельство нередко приводит к серьезным затруднениям обоснования расчетных схем с использованием метода фильтрационных сопротивлений, особенно при ограниченности материалов изысканий в районе защищаемого объекта (например, отсутствие глубоких скважин, вскрывающих весь водоносный горизонт) Таким образом, метод фильтрационных сопротивлений имеет ограничения по области своего применения, в частности, для расчетов защитных дренажей локальных объектов, где дренаж располагается в непосредственной близости от защищаемого объекта, особенно при водоносных горизонтах большой мощности.

В работе рассматриваются подходы, позволяющие, с одной стороны, сохранить преимущества метода фильтрационных сопротивлений, а с другой -преодолеть его недостатки. Это обеспечивается использованием метода фиктивной инфильтрации, идею которого впервые предложил Куранов Н П В основу метода фиктивной инфильтрации положен тот же принцип, что и в методе фильтрационных сопротивлений- пространственность потока вблизи дрены заменяется плановостью этого потока, а возникающие при этом ошибки компенсируются, а точнее, сглаживаются путем введения обоснованных гипотез При этом, принципиальное отличие двух методов состоит в том, что если метод фильтрационных сопротивлений профильную деформацию потока сносит на линию границы дрены, то в методе фиктивной инфильтрации учет профильной составляющей фильтрационного потока производится не на границе (те. не в граничном условии краевой задачи), а во всей области фильтрации (т.е. в основном уравнении плановой фильтрации). Это обстоятельство позволяет, сохранив преимущества метода фильтрационных сопротивлений, преодолеть указанные выше недостатки

В главе приводится обзор работ, где излагаются приемы и способы, используемые при решении конкретных задач, которые следует отнести к методу фиктивной инфильтрации Этот обзор позволяет сформулировать основные цели и задачи диссертационной работы и наметить основные пути их решения

Во второй главе диссертационной работы подробно излагаются способы расчета дренажей горизонтального типа методом фиктивной инфильтрации, формулируются краевые задачи для расчетов различных видов горизонтальных дренажей, находятся аналитические решения для целого ряда типовых условий.

В работе показано, что пространственные задачи расчета дренажей для целей защиты застроенных территорий от под топления могут решаться на основе уравнения типа Буссинеска для свободной поверхности фильтрационного потока или уровня грунтовых вод Н(х,у,1) = к(х,у,Н,1)

где к(х,у,г,1) - напор фунтовых вод в произвольной точке потока с координатами х,у,г\ кх,ку - коэффициенты фильтрации вдоль соответствующих осей; / - положение кровли водоулора или слабопроницаемого основания; к6,8 -коэффициент фильтрации и мощность слабопроницаемого основания; // -водоотдача водовмещающих пород водоносного горизонта, который подтапливает защищаемый дренажем объект; о) - инфильтрационное питание на застроенной территории, отражающее как естественную, так и техногенную составляющую, в т.ч. утечки из водонесущих коммуникаций и т. п.; И^ - напор на подошве слабопроницаемого слоя.

Уравнение (1) при £ = 0 носит название уравнения Буссинеска. При е * 0 оно представляет собой основное уравнение метода фиктивной инфильтрации. Само название метода (фиктивная инфильтрация) возникло потому, что функция е входит в уравнение Буссинеска дополнительным слагаемым как и инфильтрационное питание, однако на самом деле этого питания нет (оно фиктивно). Присутствует же эта функция е в уравнении для расчета кривой депрессии Н — Н(х,у,() именно потому, что таким образом учитывается различие

между напором И и уровнем грунтовых вод Н (ДА = Я - /г). Последнее обстоятельство и лежит в основе сведения задач пространственного потока фильтрации к плановым потокам или двухмерных профильных задач к одномерным.

(1)

(2)

Тх = кхН\ Ту = куН; А/г = Н-И

Если в уравнении (1) функция е является известной, то методика расчета дренажей может быть сведена к интегрированию уравнения (1) с краевыми условиями, отражающими особенности расположения дренажных сооружений, гидрогеологических и инженерно-геологических условий и т.п.

При разработке метода фильтрационных сопротивлений для решения задач фильтрации к дренажным сооружениям величина фильтрационного сопротивления определяется путем сравнения точного решения какой-либо базовой задачи притока к дренажу с таковой, найденной методом фильтрационных сопротивлений Этот же прием используется в данной работе для нахождения функции фиктивной инфильтрации В качестве базовой задачи выбрано решение Б.С. Шержукова для притока подземных вод к одиночной горизонтальной дрене, которая моделируется в виде вертикальной щели, находящейся в произвольной точке напорного потока.

Такой подход позволил рекомендовать для расчета горизонтальных дренажей функцию фиктивной инфильтрации е в уравнении (1) в виде:

с=4 "1плЬ (3)

А (1-0.5 Ь)(сИЬ7-со$пЬ)

где г - , г = у[х2 + у2 - расстояние от любой точки фильтрационного

потока до проекции на вертикальную плоскость, проходящую через линию дрены, Д - мощность фильтрующей обсыпки горизонтальной дрены, к которой происходит приток фунтовых вод, Ъ - доля водоносного горизонта, занятая фильтрующей частью дрены, ц - удельный дебит дрены (т.е. дренажный расход, приходящийся на

единицу длины дрены).

Величина удельного дебита в задачах инженерной защиты от подтопления, как правило, неизвестна и определяется из решения задачи.

Нетрудно заметить, что особенности функции (3) состоят в том, что на линии дрены она принимает максимальное значение (сИЬг\^0 =1), а при удалении от дрены

достаточно быстро стремится к нулю {сИЬг\гш0-*«>). Этот факт, отражающий особенности деформации пространственного потока вблизи дрены, позволяет считать формулу (3) универсальной для любого вида горизонтального дренажа и использовать полученный вид функции при решении любых задач притока к горизонтальным дренам в условиях, допускающих схематизацию, приводящую к однородным фунтам.

Детально изучена еще одна особенность метода фиктивной инфильтрации по сравнению с методом фильтрационных сопротивлений, связанная с оценкой притока к дренажу.

В основе метода фильтрационных сопротивлений лежит гипотеза, предполагающая такую ошибку в определении уровня фунтовых вод вблизи дрены, которая позволяет, вместе с тем, точно определить дебит дренажа по этому ошибочному (фиктивному) уровню фунтовых вод, т.к. при определении дебита дренажа метод фильтрационных сопротивлений позволяет вместо напора фильтрационного потока к{х,уъг,{) у дрены использовать уровень фунтовых вод Н{х,у,{) При методе фиктивной инфильтрации этот прием не может быть использован, поскольку именно вблизи дрены профильная составляющая потока велика и функция ДИ-Н-И имеет максимальное значение. Однако, поскольку она, в соответствии с формулой (2), напрямую связана с функцией фиктивной инфильтрации е, то, как показано в работе, дебит дренажа так же определяется через эту функцию, а именно:

где цс - расчетное значение удельного дебита совершенной дрены, которое определяется также, как в методе фильтрационных сопротивлений, через функцию уровня грунтовых вод, - удельный фиктивный дебит дренажа, поступающий в дрену с одной или другой ее стороны. При этом

где /± - фаница области фильтрации, находящаяся по одну или другую сторону дрены

С гидротехнических позиций смысл формулы (4) состоит в том, что часть притока к дренажу, которая вызвана введением в основное уравнение фиктивной инфильтрации, тоже является фиктивной и должна вычитаться из общей составляющей дебита дренажа.

В указанной постановке рассмотрены и решены задачи оценки эффективности работы горизонтальных дренажей различного вида, которые широко применяются

(4)

(5)

как для защиты локальных объектов (однолинейный, двухлинейный, кольцевой и др.), а также для защиты отдельных микрорайонов городов и населенных пунктов (систематический). При этом рассмотрены различные варианты сочетания дренажа с противофильтрационной завесой, полупроницаемой завесой, фильтрационной прорезью и т п.

Все полученные расчетные зависимости выражаются через элементарные функции, а также содержат специальные функции, представляющие собой первый и второй интегралы от функции фиктивной инфильтрации, заданной формулой (3) В силу этого как непосредственные вычисления, так и разработка численной программы расчетов по этим формулам не представляет трудностей.

Полученные расчетные зависимости и их сравнение с аналогичными, полученными методом фильтрационных сопротивлений, полностью подтверждают теоретические предпосылки о хорошей сходимости результатов расчетов кривой депрессии вдали от дрены. Кроме того, расчеты подтвердили теоретическую предпосылку об универсальности метода фиктивной инфильтрации, включая случай водоносных горизонтов неограниченной мощности. Этот факт математически демонстрируется следующим образом: в расчетные зависимости входят функции

1 X X

Ф0=-е Ф, = |Ф0ф ф2 = |ф,ф. (6)

Ч о о

которые для пласта неограниченной мощности (Ь —> 0) принимают элементарные выражения:

Ф0 = —Ф, = аШфс Ф2 = хатами - 0,51п(1 + х2), (7) 1 + х

т.е. специальные функции Ф0,Ф,,Ф2 переходят в элементарные функции, через которые и выражаются все зависимости, полученные для горизонтальных дрен в сочетании с другими защитными сооружениями.

В работе отдельно выписаны решения для водоносных горизонтов ограниченной и неограниченной мощности. Следует также отметить универсальность полученных решений, одинаково пригодных как для совершенных, так и несовершенных дренажей, поскольку степень несовершенства дренажа также выражается через значения функции фиктивной инфильтрации.

Третья глава посвящена разработке методики расчета и получению расчетных зависимостей для вертикального дренажа.

Функция фиктивной инфильтрации получена из базового решения, описывающего фильтрацию к скважине в напорном однослойном пласте с фильтровой частью дрены 1, находящейся на расстоянии с от кровли пласта при мощности водоносного горизонта т.

Функция фиктивной инфильтрации, вид которой рекомендуется для расчета вертикальных дренажей, представлена в виде:

_ в

' 2 л12Ь

с+1

п—\

0 +

с +1 + 2пт с + 2пт

[(с +1 + 2«от)2 + г2 [(с + 2 пт)2 + 7г ]

с +1 - 2пт

с - 2 пт

[(с +1 - 2пт)2 + г2[(с - 2пт)2 + г2 ]7г

\Уг

с-£• Ь = — = — - 7 = — I' т т' /

(8)

При достаточно большой мощности водоносного горизонта по отношению к фильтровой части дрены (¿->0) функция фиктивной инфильтрации преобразуется в элементарную функцию:

2 пЬ

с +1

г*

(9)

Так же как и для горизонтального дренажа расчет дебита скважины по методу фиктивной инфильтрации рассчитывается из выражения:

в = вс-Оф-, Ое=-2ягекН^- ; еф = ]гегаг,

(10)

где Яф - радиус области фильтрации, в которой работает дренажная скважина.

В работе получены решения для дренажных скважин (в т ч имеющих степень несовершенства по характеру вскрытия пласта) при различных условиях на границе г = И Рассмотрены различные частные случаи полученных расчетных зависимостей (одиночная скважина в неограниченном в плане пласте, одиночная скважина с круговым контуром питания, непроницаемой границей, систематический вертикальный дренаж и т д)

Отдельно выписаны решения для водоносных горизонтов неограниченной мощности.

В изложенном в первых трех главах работы материале детально рассматриваются вопросы повышения точности расчетов дренажей по сравнению с методом фильтрационных сопротивлений. Это связано с тем, что данный метод хорошо изучен, точность его достаточна для инженерных расчетов в рекомендованной для него области использования, и он широко применяется в настоящее время при численных и аналитических решениях.

Вместе с тем, оценка точности метода фиктивной инфильтрации представляет интерес и вне связи с методом фильтрационных сопротивлений, а непосредственно путем сравнения полученных решений с имеющимися точными решениями для некоторых типов задач. Эти вопросы рассматриваются в четвертой главе работы, где также дается обобщение метода фиктивной инфильтрации на случай нестационарной фильтрации к дренажным сооружениям.

Функция фиктивной инфильтрации для задач горизонтального дренажа в общем нестационарном виде записывается следующим образом:

При г -»• оо формула (11) переходит в (3).

- пх\1т I - е"*хеф + пл4т

\

(11)

Анализ формулы (11), выполненный в широком диапазоне параметров, показал, что переход от нестационарного случая к стационарному (те. от формулы (11) к формуле (3)) осуществляется, как правило, при работе дренажа уже в течение первых часов или суток Это позволило рекомендовать для расчетов работы дренажей в нестационарном режиме зависимость (3) вместо (11). Аналогичный вывод справедлив и для вертикального дренажа.

С использованием этой гипотезы методом фиктивной инфильтрации получены решения некоторых нестационарных задач притока к горизонтальным и вертикальным дренам При этом искомое решение представляется в виде-

Я = Я,+Я,, (12)

где М1 - решение стационарной задачи, Я, - дополнительный член, учитывающий нестационарную составляющую потока. Такой подход позволяет, во-первых, свести задачу к отысканию лишь функции Я,, поскольку Н1 определялась при решении задач в главах 2 и 3, а во-вторых, для отыскания функции Я, получить более простые краевые задачи, в уравнение которых уже не входят функции фиктивной инфильтрации Решение стационарной задачи Нз при отыскании функции Я, входит лишь в начальное условие при Г = 0. Поскольку решения этих краевых задач хорошо известны в смежных областях, то они завершают решение задач нестационарной фильтрации, используя (12).

В работе детально изложен указанный подход при решении ряда задач для нестационарного случая. В частности, приведены решения для систематического горизонтального дренажа, одиночной скважины и др.

Оценка точности метода фиктивной инфильтрации выполнялась на примерах сравнения точных и приближенных решений. Некоторые результаты этих сравнений даны в таблицах 1 и 2, а так же приведены на рисунках 1 и 2 Они полностью подтверждают теоретические предпосылки о высокой точности метода фиктивной инфильтрации и преимуществах перед методом фильтрационных сопротивлений. Использование метода фиктивной инфильтрации и методические приемы получения аналитических решений для разных типов дренажей могут быть в полной мере применимы и при разработке численных методов расчетов.

Таблица 1

Сравнение решений для расчетов кривой депрессии при работе систематического дренажа, АН = (р, (х,т)

<Р, х-* х~ Ь

0,01 0,05 0,08 0,1 0,2 0,5 0,8 1

0,1 <Р> 2,933 5,081 5,831 6,246 8,000 11,902 14,002 14,402

<Рг 2,946 5,089 5,839 6,254 8,008 11,910 14,010 14,410

4,585 5,361 5,922 6,286 7,986 11,886 13,986 14,386

0,5 <Р\ 2,917 4,965 5,563 5,847 6,730 7,876 8,339 8,422

<Рг 2,942 4,986 5,584 5,869 6,753 7,903 8,371 8,455

<Рг 6,491 6,646 6,758 6,831 7,171 7,951 8,371 8,451

1 Ч>\ 2,903 4,941 5,532 5,810 6,660 7,670 8,015 8,070

VI 2,942 4,984 5,581 5,863 6,730 7,788 8,169 8,234

7,356 7,433 7,489 7,526 7,696 8,086 8,296 8,336

3 2,850 4,862 5,436 5,705 6,507 7,399 7,674 7,714

2,942 4,984 5,581 5,862 6,730 7,783 8,161 8,225

<Р> 8,742 8,768 8,787 8,799 8,856 8,986 9,056 9,069

5 Ч>\ 2,804 4,804 5,373 5,638 6,422 7,277 7,531 7,567

<Рг 2,942 4,984 5,581 5,863 6,730 7,783 8,161 8,225

<Рг 9,390 9,406 9,417 9,424 9,458 9,536 9,578 9,586

-решение методом фиктивной инфильтрации, <рг - точное решение,

А ТТ 'ЛП — Ш

(р.-решение методом фильтрационных сопротивлений; АН = ——;со =—;

соЬ к

2 Ь-междренное расстояние, т- расстояние от дрены до водоупора, АН - превышение кривой депрессии над дреной.

Таблица 2

Результаты расчетов максимальных ошибок при вычислении дебитов вертикального

У /

дренажа (неограниченный по мощности горизонт, сЛ =0.05)

1/ /я 0,001 0,002 0,01 0,02 0 1

II 0*Л-0т •100% 0,020 0,037 0,15 0,27 1 02

От

/ - длина фильтра скважины, расположенного в верхней части водоносного горизонта,

Я - расстояние до контура питания, дебит скважины, рассчитанный методом

фиктивной инфильтрации, Ог - дебит скважины, рассчитанный из точного решения

«-я

«

Рисунок 1 - Графики относительной погрешности метода фиктивной инфильтрации

при сравнении с точными решениями (систематический горизонтальный дренаж)

Рисунок 2 - График максимальной относительной погрешности метода фиктивной

инфильтрации при расчетах кривой депрессии вертикальной скважины при наличии

контура питания я

Основной особенностью численной реализации такой модели является необходимость учета резкого изменения функции s(x)b окрестности дрены. Этот факт может быть учтен путем более частой разбивки сетки в придренной области, что и без этого рекомендуется для получения необходимой точности в расчетах из-за значительных изменений напоров в этой области. При этом узловые точки должны размещаться точно на скважинах или на линии дрен с дискретизацией, сопоставимой с радиусом дренажных сооружений. Эти требования могут быть удовлетворены при использовании неортогональных сеток на основе балансового метода конечных элементов Он сочетает в себе расчеты локального баланса для фрагмента области фильтрации, относящегося к узлу, и допущение о полиноминальном распределении напоров при постоянстве параметров внутри элементов Такой подход реализован на языке Фортран-90 в виде программы «Oilfem» для более общего случая, позволяющего рассматривать не только однофазную фильтрацию, но и трехфазную (вода-воздух-нефтепродукты) (авторы программы Расторгуев A.B., Куранов П Н ) В работе даны многовариантные расчеты дренажа 20-22-этажного жилого комплекса «Сетунь» в г. Москве.

Разработка новых более точных методов расчетов дренажей, как правило, основана на энтузиазме и личной инициативе исследователей. В связи с этим может представлять интерес попытка оценить экономическую эффективность такого рода работ Результаты исследований по методу фиктивной инфильтрации дают такую возможность в сравнении с методом фильтрационных сопротивлений В пятой главе работы показано, что экономический эффект £(руб.), получающийся за счет уточнения глубины заложения дрены по более совершенной методике может быть вычислен по формуле:

E = AC(ha)-Löp-AHp (13)

где ДС(/г^) - изменение сметной стоимости строительных работ при устройстве погонного метра, например, горизонтального дренажа на единицу гпубины заложения дрены; Läp - общая длина защитного дренажа, \Нр - разность

отметок заложения дренажа по двум методам расчета.

Läp и АНр рассчитываются на основе анализа соответствующей

гидрогеологической, топографической и проектно-строительной информации

Величина ДС(А,>) может быть определена на базе экономических оценок. В частности, эта величина может быть получена, например, на основе данных по сметной стоимости устройства горизонтального дренажа для труб разного диаметра из различных материалов. Исследования показали, что функция АС(/г^) слабо

зависит от материала дренажных труб и в этом смысле функция Дможет считаться универсальной для любого материала дренажных труб На рисунке 3 представлена функция ДС(Аг() для горизонтального дренажа при максимальной

расчетной мощности фильтрующей обсыпки для различных диаметров дренажных труб Этот график получен на основе данных, приведенных в таблице 3

Рисунок 3 - График функции изменения сметной стоимости строительства

горизонтального дренажа на единицу глубины заложения дрены (для одного погонного

метра) в ценах 1984 г.

Расчеты экономического эффекта по формуле (13) на разных объектах показывают, что он лежит в пределах 2-6% от сметной стоимости строительства дренажа, достигая иногда 10% и более процентов. Учитывая достаточно высокую стоимость устройства дренажа (см. табл. 3), этот показатель следует считать высоким.

Таблица 3

Сметная стоимость устройства горизонтального дренажа тыс. рув /км

(асбестоцементные трубы, цены 1984 г )

Гпубина Диаметр труб, мм

заложения, м 150 200 300 400 500

24.79 26,97 31,85 36.88 45.45

2 27,32 29,11 32,99 36,88 44,13

27,85 30.19 35.09 39.98 48,65

36,53 38,70 43,10 47,34 55,21

34,03 36.29 41.00 45,99 55.08

48,86 51,18 55,89 60,71 69,49

38.66 41.16 46.07 50.93 60.04

59,63 62,45 67,82 73,03 82,29

43.28 45,77 50,71 55,56 64.65

70,38 73,33 79,34 85,06 94,77

В числителе - стоимость при минимальном количестве фильтрующей обсыпки, в знаменателе - при максимальном, с учетом накладных расходов и плановых накоплений

Основные выводы и рекомендации

1. Масштабные процессы подтопления урбанизированных территорий, повышение требований к обоснованию проектных решений по инженерной защите городских территорий, населенных пунктов, отдельных объектов, а так же все интенсивней развивающиеся процессы освоения подземного пространства диктуют необходимость совершенствования научно-методической и прикладной базы по расчетам защитных сооружений. Наиболее часто в практике защиты подземных объектов от грунтовых вод используется дренаж.

2. Обоснование проектных решений по защите подземной инфраструктуры от подтопления с использованием дренажных сооружений в настоящее время производится, как правило, на основе комплексных расчетов с использованием компьютерной технологии на базе вычислительных программ плановой или пространственной фильтрации к этим сооружениям. Расчеты дренажей при плановой фильтрации строятся, главным образом, с использованием метода фильтрационных сопротивлений, который позволяет с достаточной для инженерной практики точностью учитывать пространственную деформацию потока у дрен и определять дебит дренажа. При этом данный метод приводит к погрешностям расчета кривой депрессии в области, прилегающей к дрене. Область, где погрешности в расчете кривой депрессии

значительны, тем больше, чем больше мощность водоносного горизонта, в котором расположены дрены и который, в большинстве своем, является причиной подтопления защищаемой территории. Поскольку на урбанизированных территориях дрены чаще всего располагаются в непосредственной близости от защищаемого объекта, то нередки случаи, когда весь защищаемый объект или отдельные его элементы располагаются как раз в той области, где расчет кривой депрессии приводит к существенным ошибкам. Последнее обстоятельство может служить основанием для принятия ошибочных решений по защите от грунтовых вод.

Для повышения точности обоснования проектных решений, строящихся на расчетной базе плановой фильтрации к дренажам, предложено вместо метода фильтрационных сопротивлений использовать метод фиктивной инфильтрации, основы которого разработаны ранее и использованы, развиты и конкретизированы в настоящей работе.

Расчет дренажей предложено строить на основе решения краевых задач плановой фильтрации (для кривой депрессии) с дополнительным членом, названным фиктивной инфильтрацией. Этот член в уравнении фильтрации характеризует влияние дрены на положение кривой депрессии вследствие преобразования пространственного потока фильтрации у дрены в плановый поток. Поскольку метод фильтрационных сопротивлений те же факторы переносит из пространственной области на линию дрены, а метод фиктивной инфильтрации - на свободную поверхность, то данная гипотеза определяет преимущества метода фиктивной инфильтрации в отношении точности расчетов.

Показано, что дебит несовершенных дренажных сооружений может рассчитываться по формулам плановой фильтрации к совершенным дренам с вычитанием притоков, определяемых величиной фиктивной инфильтрации. Этот вывод позволяет оценивать дебиты несовершенных дренажей, в т ч. скважин, используя решение фильтрации к совершенным сооружениям.

Найдены зависимости для функции фиктивной инфильтрации, которые рекомендовано использовать для расчетов горизонтальных и

вертикальных дренажей. Вид этих функций представлен аналитическими выражениями, таблицами и графиками.

7 Поставлены и решены методом фиктивной инфильтрации краевые задачи стационарной фильтрации к горизонтальным дренажам в различных гидрогеологических условиях, в т ч. в сочетании с другими защитными сооружениями типа « стена в фунте» и др. При этом рассмотрены разные виды горизонтальных дренажей (однолинейный, двухлинейный, систематический и др.). Аналогичные исследования проведены для вертикальных дренажей, получены расчетные зависимости, позволяющие оценивать эффективность вертикальных дренажей для типовых схем.

8 Все найденные расчетные зависимости для горизонтальных и вертикальных дрен обладают тем свойством, что в отличие от метода фильтрационных сопротивлений, остаются справедливыми для потоков не только ограниченной мощности, но и неограниченных При этом все расчетные зависимости для потоков неограниченной мощности получены прямым предельным переходом при стремлении к бесконечности расстояния от дрены до водоупора.

9 Разработана методика решения задач нестационарной фильтрации методом фиктивной инфильтрации. В основе ее лежит метод, позволяющий выделить стационарную составляющую потока и отдельно нестационарную, стремящуюся со временем к исчезающее малой величине На ряде типовых схем фильтрации к дренажным сооружениям горизонтального и вертикального типа показана методика решения задач нестационарной фильтрации и получены соответствующие расчетные зависимости.

10 Дана оценка точности решений фильтрации подземных вод к дренажам, найденных методом фиктивной инфильтрации; получены зависимости и построены графики максимальной относительной ошибки, возникающей при расчетах кривой депрессии и дебита дренажа для некоторых классов задач. Проведенные исследования показали, что в большинстве случаев погрешность полученных приближенных решений составляет не более 1-2%, возрастая в некоторых случаях до 7-12%

11. Дано обобщение опыта расчета дренажей на застроенных территориях с точки зрения влияния уточнения методов расчета дренажей на стоимость

систем инженерной защиты от подтопления локальных объектов. Показано, что использование метода фиктивной инфильтрации приводит не только к повышению степени обоснованности проектных решений, но и к экономии средств при строительстве систем инженерной защиты до 2-10% от общей стоимости строительства.

Направление дальнейших исследований автор видит в расширении возможностей метода фиктивной инфильтрации как в части более строгого учета инженерно-геологического строения водовмещающих пород (неоднородные фунты), так и в части применения этого метода к другим типам дренажей (кольцевые, пластовые, лучевые, вакуумные, вентиляционные и др )

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1 Leonova Е„ Drainage calculation method for urban areas. International Institute for land reclamation and improvement / ILPI. Annual report, 1995.

2. Куранов H П., Копейкина Л H , Леонова E.H., Расторгуев А В , Куранов П.Н., Верле C.B. Прогнозные расчеты инженерных мероприятий по стабилизации уровня фунтовых вод при освоении подземного пространства Тезисы докладов, IV Международный конфесс «Экватэк» -М, 2000.

3 Леонова Е Н. К расчету дренажей застроенных территорий. Тезисы докладов. Международная конференция маркшейдеров, - Белгород, 1998.

4. Куранов Н.П, Расторгуев А В., ШевчикА.П., КуксинС.И., Кумов П.В., Куранов П.Н., Леонова E.H. Инженерная защита городов Поволжья от подтопления на примере г. Саратова,: Материалы конференции «Возрождение Волги», - Нижний Новгород, 2000

5 Куранов Н.П., Куранов П.H , Кузьмин В.В , Кумов П В , Криксунов Ю Я, Леонова Е H , Расторгуев A.B. Современные методы расчета систем инженерной защиты от подтопления застроенных территорий, - М. Стройклуб, № 5, 2001

6 Куранов H П , Леонова Е Н. Об одном методе сведения трехмерных задач к плановым при расчетах дренажей различного типа Материалы конференции «Современные проблемы гидрогеологии и гидромеханики», -Санкт-Петербург, 2002.

7. Алексеев B.C., Куранов Н П., Леонова E.H. Расчеты вертикального дренажа методом фиктивной инфильтрации., - М; Проблемы инженерной геоэкологии Сб. трудов, вып. 2, изд. ЗАО «ДАР\ВОДГЕО», 2002.

8. Алексеев B.C., Куранов Н.П., Леонова E.H. Метод фиктивной инфильтрации как один их эффективных методов расчетов дренажей на городских территориях. Сб. трудов «Гидромеханика и инженерная гидрогеозкология»;- Вып. № 6, НИИ ВОДГЕО, М„ 2004.

Автор выражает свою искреннюю благодарность научному руководителю, д.т н , проф Алексееву B.C., а также всем друзьям и коллегам, своему отцу, д.т.н., проф Куранову Н.П., которому с любовью посвящается эта работа.

Подписано в печать 05, Ок. 2006 года. Заказ № //. Формат 60х90/16'. Усл. печ. л. . Тираж /50 экз. Отпечатано на ризографе в отделе оперативной печати и информации Химического факультета МГУ

f

I

í'

i ¡

í

¡ !

I

'l

I

74 87

Введение. ф 1. Подтопление застроенных территорий и основы метода фиктивной инфильтрации.

1.1. Масштабы подтопления и основные методы инженерной защиты урбанизированных территорий.

1.2. Существующие методы расчета дренажей.

1.3. Теоретические основы метода фиктивной инфильтрации.

2. Расчёты горизонтальных дренажей методом фиктивной инфильтрации.

2.1. Оценка функции фиктивной инфильтрации для горизонтальных дрен и особенности расчёта дебита дренажа.

2.2. Расчеты горизонтальных дренажей в водоносных горизонтах ограниченной мощности.

2.2.1.Общая постановка и решение задачи.

2.2.2. Расчеты горизонтальных дренажей методом фиктивной инфильтрации.

2.3. Расчеты горизонтальных дренажей в водоносных горизонтах ф полуограниченной мощности.

2.3.1. Общее решение задачи.

2.3.2.Частные решения задач.

3. Расчёты вертикальных дренажей методом фиктивной инфильтрации.

3.1. Оценка функции фиктивной инфильтрации для вертикального дренажа и особенности расчёта дебита вертикальных дрен — скважин.

3.2. Расчеты вертикального дренажа в водоносных горизонтах ограниченной мощности методом фиктивной инфильтрации.

3.2.1. Общее решение задачи.

3.2.2. Некоторые частные решения.

1" 3.3. Расчет вертикальных дренажей методом фиктивной инфильтрации в полуограниченной области.

4. Обобщение метода фиктивной инфильтрации на случай решения задач нестационарной фильтрации и оценка точности метода при расчетах дренажей. ф 4.1. Обобщение метода фиктивной инфильтрации.

4.2. Оценка точности метода фиктивной инфильтрации при расчетах дренажей.

5. Опыт расчёта дренажей методом фиктивной инфильтрации.

5.1. Особенности реализации численных моделей фильтрации к дренажам с использованием метода фиктивной инфильтрации.

5.2. Расчёты дренажей для защиты локальных объектов от грунтовых вод.

5.3. Некоторые обобщения опыта работ по расчёту дренажей для защиты локальных объектов.

Актуальность работы

В последние десятилетия процесс подтопления освоенных территорий подземными водами в России принял повсеместный характер. Застройка городских территорий приводит к радикальному изменению гидрогеологической обстановки, в результате чего меняются уровенный и гидрохимический режим подземных вод. Загрязнение подземных вод и подъем их уровня сказывается практически на всех компонентах природы, находящихся в тесном взаимодействии. Последствия этих процессов наносят огромный, иногда трудно поддающийся полному учету, экологический, социальный и экономический ущерб.

Трудность в организации защиты от подтопления состоит в том, что оно формируется постепенно, на первых стадиях незаметно и, главным образом, на уже освоенных территориях, в условиях городской застройки при наличии густой сети коммуникаций и в условиях их интенсивной эксплуатации.

Предупреждение критической ситуации является, безусловно, основным принципом защиты подтопляемых территорий. Однако на сегодняшний день подтопление стало реальностью на огромных площадях нашей страны и мира в поселениях и на прилегающих к ним сельскохозяйственных угодьях. Решение этой проблемы выросло в настоящее время в серьезную проблему в нашей стране и в целом ряде других стран.

Цепь работы

Целью настоящей работы является повышение достоверности проектных решений при обосновании инженерной защиты от подтопления путем разработки новых более совершенных методов расчетов дренажей застроенных территорий.

Основные задачи диссертационной работы

-разработка и исследование теоретических основ расчета дренажей застроенных территорий методом фиктивной инфильтрации;

-получение расчетных зависимостей для оценки эффективности горизонтального дренажа на застроенных территориях методом фиктивной инфильтрации;

-получение расчетных зависимостей для оценки эффективности вертикального дренажа методом фиктивной инфильтрации;

-сравнительный анализ точности данного метода с существующими приближенными методами расчета дренажей;

-обобщение метода фиктивной инфильтрации для нестационарных процессов фильтрации подземных вод к дренажным сооружениям; -численная реализация разработанной методики расчёта дренажей; -апробация результатов исследований на конкретных объектах.

Методика выполнения работ

-обзор, обобщение и анализ материалов по методам расчетов дренажей; -составление математических моделей и получение аналитических зависимостей для расчетов дренажей различных видов; -сравнение точности полученных расчётных зависимостей путём сравнений с имеющимися решениями; -изучение особенностей гидрогеологических условий на конкретных объектах, их схематизация, выбор параметров для расчётов гидротехнических сооружений, применяемых для защиты от подтопления территорий.

Научная новизна работы

-исследован новый метод расчёта дренажей, который позволяет определить положение кривой депрессии с большой точностью в том числе вблизи дрены; -найдены более точные зависимости, позволяющие рассчитывать разные виды горизонтальных дренажей (однолинейный, двухлинейный, систематический в сочетании с противофильтрационными завесами) в различных гидрогеологических условиях;

-найдены новые зависимости, позволяющие рассчитывать разные виды вертикальных дренажей в условиях городской застройки; -разработан универсальный подход, позволяющий получать расчётные зависимости для потоков ограниченной и неограниченной мощности.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что разработанный научно-методический подход к обоснованию проектных решений по расчётам дренажей застроенных территорий может использоваться широким кругом специалистов научно-исследовательских и проектно-изыскательских организаций, органов охраны природы при проектировании, эксплуатации и экспертизе систем инженерной защиты от подтопления застроенных и застраиваемых территорий.

При этом возрастает обоснованность проектных решений, снижается риск необоснованных капитальных затрат на строительство и эксплуатацию дренажей.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались:

-на международной научной конференции «Каспий - настоящее и будущее» г. Астрахань, 16-17 ноября 1995 г.); -на международном симпозиуме маркшейдеров (г. Белгород, 1998 г.); -в школе дренажа осушаемых земель международного сельскохозяйственного центра (г. Вагенинген (Нидерланды), август-ноябрь 1995 г.); -на международных конгрессах «Экватек» (г. Москва, 2000,2002 гг.); -на Всероссийской конференции «Современные проблемы гидрогеологии и гидромеханики (г. Санкт-Петербург, 2002 г.). Полученные в работе расчетные зависимости использовались при обосновании проектных решений по защите от грунтовых вод промплощадки проектируемого завода по переработке твердых бытовых отходов (Московская обл., Ногинский район), на ряде объектов г. Москвы: здании концерна «Лукойл», жилого комплекса «Сетунь», жилого дома в микрорайоне «Тимирязевский» и др.

Основные положения, выносимые на защиту:

-разработка и развитие теоретических основ метода фиктивной инфильтрации; -получение более точных прогнозных зависимостей для расчета различных систем горизонтальных дренажей на застроенных территориях; -получение более точных прогнозных зависимостей для расчета различных систем вертикальных дренажей на застроенных территориях; -оценка точности и применимости метода фиктивной инфильтрации для расчета дренажей.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано восемь статей. Объём работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций. Общий объем работы составляет 140 страниц, включая 32 рисунка, 15 таблиц и список литературы из 81 наименования.

Основные выводы и рекомендации

1. Масштабные процессы подтопления урбанизированных территорий, повышение требований к обоснованию проектных решений по инженерной защите городских территорий, населенных пунктов, отдельных объектов, а также всё интенсивней развивающиеся процессы освоения подземного пространства диктуют необходимость совершенствования научно-методической и прикладной базы по расчётам защитных сооружений от подтопления. Из всего арсенала гидротехнических сооружений наиболее часто в практике защиты подземных объектов от грунтовых вод используется дренаж.

2. Обоснование проектных решений по защите подземной инфраструктуры от подтопления с использованием дренажных сооружений в настоящее время производится, как правило, на основе комплексных расчётов с использованием компьютерной технологии на базе вычислительных программ плановой или пространственной фильтрации к этим сооружениям. Расчёты дренажей при плановой фильтрации строятся, главным образом, с использованием метода фильтрационных сопротивлений, который позволяет с достаточной для инженерной практики точностью учитывать пространственную деформацию потока у дрен и определять дебит дренажа. При этом данный метод приводит к погрешностям расчёта кривой депрессии в области, прилегающей к дрене. Область, где погрешности в расчёте кривой депрессии значительны, тем больше, чем больше мощность водоносного горизонта, в котором расположены дрены и который, в большинстве своём, является причиной подтопления защищаемой территории. Поскольку на урбанизированных территориях дрены чаще всего располагаются в непосредственной близости от защищаемого объекта, то нередки случаи, когда весь защищаемый объект, или отдельные его элементы располагаются как раз в той области, где расчёт кривой депрессии приводит к существенным ошибкам. Последнее обстоятельство может служить основанием для принятия ошибочных решений по защите от грунтовых вод.

3. Для повышения точности обоснования проектных решений, строящихся на расчётной базе плановой фильтрации к дренажам, предложено вместо метода фильтрационных сопротивлений использовать метод фиктивной инфильтрации, теоретические основы которого разработаны ранее и использованы, развиты и конкретизированы в настоящей работе.

4. Расчёт дренажей предложено строить на основе решения краевых задач плановой фильтрации (для кривой депрессии) с дополнительным членом, названным фиктивной инфильтрацией. Этот член в уравнении плановой фильтрации характеризует влияние дрены на положение кривой депрессии из-за деформации пространственного потока фильтрации у дрены в плановый поток. Поскольку метод фильтрационных сопротивлений те же факторы переносит из пространственной области на линию дрены, а метод фиктивной инфильтрации - на свободную поверхность, то данная гипотеза определяет преимущества метода фиктивной инфильтрации в смысле точности расчетов.

5. Показано, что дебит несовершенных дренажных сооружений может рассчитываться по формулам плановой фильтрации к совершенным дренам с вычитанием притоков, определяемых величиной фиктивной инфильтрации. Этот вывод позволяет оценивать дебиты несовершенных дренажей, в т.ч. скважин, используя решение фильтрации к гидродинамически совершенным сооружениям.

6. Найдены зависимости для функции фиктивной инфильтрации, которые рекомендовано использовать для расчётов горизонтальных и вертикальных дренажей. Вид этих функций представлен аналитическими выражениями, таблицами и графиками. Кроме того, подробно табулированы два интеграла от этих функций.

7. Поставлены и решены методом фиктивной инфильтрации краевые задачи стационарной фильтрации к горизонтальным дренажам в различных гидрогеологических условиях, в т.ч. в сочетании с другими защитными сооружениями типа «стена в грунте» и др. При этом рассмотрены разные виды горизонтальных дренажей (однолинейный, двухлинейный, систематический и др.). Аналогичные исследования проведены для вертикальных дренажей, получены расчётные зависимости, позволяющие оценивать эффективность вертикальных дренажей для типовых схем .

8. Все найденные расчётные зависимости для горизонтальных и вертикальных дрен обладают тем свойством, что, в отличие от метода фильтрационных сопротивлений, остаются справедливыми для потоков не только ограниченной мощности, но и неограниченных. При этом все расчётные зависимости для потоков неограниченной мощности получены прямым предельным переходом при стремлении к бесконечности расстояния от дрены до водоупора.

9. Разработана методика решения задач нестационарной фильтрации методом фиктивной инфильтрации. В основе её лежит метод, позволяющий выделить стационарную составляющую потока и отдельно нестационарную, стремящуюся со временем к исчезающее малой величине. На ряде типовых схем фильтрации к дренажным сооружениям горизонтального и вертикального типа показана методика решения задач нестационарной фильтрации и получены соответствующие расчётные зависимости.

10. Дана оценка точности решений фильтрации подземных вод к дренажам, найденных методом фиктивной инфильтрации, получены зависимости и построены графики максимальной относительной ошибки, возникающей при расчётах кривой депрессии и дебита дренажа для некоторых классов задач. Проведенные исследования показали, что в большинстве случаев погрешность полученных приближенных решений составляет не более 1-2%, возрастая в отдельных случаях до 7-12%.

11. Дано обобщение опыта расчёта дренажей на застроенных территориях с точки зрения влияния уточнения методов расчёта дренажей на стоимость систем инженерной защиты от подтопления локальных объектов. Показано, что использование метода фиктивной инфильтрации может привести при той же степени обоснованности проектных решений к экономии средств при строительстве систем инженерной защиты до 6-10% от общей стоимости строительства.

Направление дальнейших исследований автор видит в расширении возможностей метода фиктивной инфильтрации как в части более строгого учёта инженерно-геологического строения водовмещающих пород (неоднородные грунты), так и в части применения этого метода к другим типам дренажей (кольцевые, пластовые, лучевые, вакуумные, вентиляционные и др.). Широкое внедрение этого метода в практику численных расчётов позволит отказаться от использования метода фильтрационных сопротивлений, повышая надёжность и точность расчётов.

1. Абрамов С.К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве. М.: Стройиздат, 1973.

2. Прогноз и предотвращение подтопления грунтовыми водами территорий при строительстве. Под ред. С.К. Абрамова. М.: Стройиздат, 1978.

3. Дегтярев Б.М., Дзекцер Е.С., Муфтахов А.Ж. Защита оснований зданий и сооружений от воздействия подземных вод. М.: Стройиздат, 1985.

4. Рекомендации по методике оценки и прогноза гидрогеологических условий при подтоплении городских территорий. М.: Стройиздат, 1983.

5. Методические рекомендации по прогнозированию подтопления берегов водохранилищ и использованию подтопленных земель. JL: ВНИИГ, 1978.

6. Рекомендации по прогнозам подтопления промышленных площадок грунтовыми водами. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1976.

7. Подтопление застраиваемых территорий грунтовыми водами и их инженерная защита. Сб. тезисов докладов к Всесоюзной научно-технической конференции в Ташкенте в 1978 г. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1978.

8. Гидрогеодинамическое обоснование прогноза подтопления городских территорий. Сб. статей. М.: Недра, 1985.

9. Рагозин АЛ. Оценка и картографирование опасности и риска от природных и техногенных процессов. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып.З, с. 16-41, 1993.

10. Розанов Н.Н. Оценка безопасности гидротехнических сооружений и риска возникновения аварийных ситуаций. В сб. «Гидротехника и инженерная геоэкология», вып. 6,2004.

11. Чуносов Д.В., Семенов Д.В. Оценка риска для территории г. Саратова вследствие проявления оползневых процессов. М., сб. трудов «Проблемы инженерной геоэкологии», вып.З, с.60-63,2002.

12. Верменко В.В., Куранов Н.П., Розанов Н.Н., Оценка риска аварий гидротехнических сооружений. М., сб. трудов «Проблемы инженерной геоэкологии», вып.1, с. 4-18,2002.

13. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М.: Наука, 1977.

14. Абрамов С.К., Кузнецова Н.А., Муфтахов А.Ж. Пластовые дренажи в промышленном и городском строительстве. М.: Госстройиздат, 1964.

15. Веригин Н.Н., Васильев С.В., Саркисян B.C., Шержуков Б.С. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород. М.: Недра, 1977.

16. Методы фильтрационных расчетов гидромелиоративных систем. Под ред. Н.Н.

17. Веригина. М.: Колос, 1970.

18. Борисов Ю.П. Определение дебита скважин при совместной работе нескольких рядов скважин. Тр. Моск. нефт. ин-та, вып. 8,1951.

19. Олейник А.Я. Геогидродинамика дренажа. Киев: Наукова думка, 1981.

20. Шестаков В.М. Теоретические основы подпора, водопонижения и дренажа. М.: МГУ, 1965.

21. Бочевер Ф.М. Теория и практические методы гидрогеологических расчетов эксплуатационных запасов подземных вод. М.: Недра, 1968.

22. Методические рекомендации по расчетам подпора грунтовых вод, подтопления земель и потерь воды на фильтрацию в районах каналов и водохранилищ. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1980.

23. Пивовар Н.Г., Бугай Н.Г., Рычко В.А. Дренаж с волокнистыми фильтрами. Киев: Наукова думка, 1980.

24. Куранов Н.П. Фильтрационные расчёты несовершенных водозаборов в безнапорных потоках при наличии инфильтрационного питания. В сб. «Водозаборные сооружения», М., ВНИИ ВОДГЕО, 1983.

25. Куранов Н.П., Колесникова Л.У. Расчёты защитных дренажей. В сб. «Гидрогеологические исследования и расчёты защиты подземных вод от загрязнения». М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1987.

26. Куранов Н.П. Прогнозы подтопления и дренирования застроенных территорий. Дисс. на соиск. уч. ст. д.т.н. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1987.

27. Муфтахов А.Ж. Гидродинамические основы прогноза подтопления промплощадок и фильтрационные расчеты защитного дренажа в сложных гидрогеологических условиях: Автореф. докт. дис. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1975.

28. Лыков А. В. Тепломассообмен. Справочник. М.: Энергия, 1972.

29. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964

30. Рекомендации по проектированию обратных фильтров гидротехнических сооружений. Л.: ВНИИГ, 1981.

31. Проектирование водозаборов подземных вод. Под ред. Ф.М. Бочевера. М.: Стройиздат, 1976.

32. Недрига В.П. Инженерная защита подземных вод от загрязнения промышленными стоками. М.: Стройиздат, 1976.

33. Кольцевые дренажи в промышленном и городском строительстве. Под ред. С.К. Абрамова. М.: Стройиздат, 1971.

34. Муфтахов А.Ж. Приток подземных вод к лучевому водозабору. В сб. «Водозаборныесооружения», тр. ВНИИ ВОДГЕО. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1983.

35. Чекалюк Э.Б. Распределение пластовых давлений в радиальном пласте при постоянном забойном давлении. НТС по добыче нефти. М.: Недра, 1968.

36. Камке Ф.И. Интегралы и ряды. М., Наука, 1967.

37. Прогнозы подтопления и расчёт дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях. Справочное пособие к СНиП, М.: Стройиздат, 1991.

38. Аверьянов С.Ф. Борьба с засолением орошаемых земель. М., 1978.

39. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М., 1984.

40. Бондаренко И.Ф. Физика движения подземных вод. JL, 1973.

41. Абрамов С.К., Биндеман Н.Н., Бочевер Ф.М., Веригин Н.Н. Влияние водохранилищ на гидрогеологические условия прилегающих территорий. М., 1960.

42. Бочевер Ф.М., Лапшин Н.Н., Орадовская А.Е. Защита подземных вод от загрязнения. М., 1979.

43. Бэр Я., Заславский Д., Ирмей С. Физико-механические основы фильтрации воды. М., 1971.

44. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.

45. Лыков А. В. Тепломассообмен. Справочник. М.: Энергия, 1972.

46. Веригин Н.Н. О фильтрации из каналов в сухой грунт. Доклады АН СССР, 1951,79, №4.

47. Веригин Н.Н. О течениях грунтовых вод при местной усиленной инфильтрации. ДАН СССР, т.20,1950, №5.

48. Веригин Н.Н. Вопросы геогидродинамики, актуальные для зоны влияния каналов и водохранилищ. Сб. «Прогнозы подтопления и проектирования мероприятий по его предотвращению». М„ ВНИИ ВОДГЕО, 1986

49. Муфтахов А.Ж. Приток подземных вод к кольцевому несовершенному горизонтальному дренажу. Изв. АН СССР, МЖГ, 1969, №1.

50. Муфтахов А.Ж. О фильтрации подземных вод к двухлинейным дренажам в двухслойных водоносных пластах со свободной поверхностью. Изв. АН СССР, МЖГ, 1970, №4.

51. Куранов Н.П. Линейные модели гидродинамической теории фильтрации. Доклады АН СССР. М., Наука, т. 278,1984, №2.

52. Куранов Н.П. О связи гидродинамической и гидравлической теорий фильтрации и способах их линеаризации при исследовании вопросов подтопления территорий грунтовыми водами. Сб. «Инженерная защита территорий». М., ВНИИ ВОДГЕО, 1982.

53. Веригин Н.Н., Шестаков В.М. Методы расчета движения грунтовых вод в двухслойной среде. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1954

54. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики. М., 1974.

55. Полубаринова-Кочина П.Я., Пряжинская В.Г., Пеньковский В.И. и др. Математические методы в вопросах орошения. М., 1969.

56. Чарный И.А. О методах линеаризации нелинейных уравнений типа уравнения теплопроводности. М., 1951.

57. Муфтахов А.Ж. Приток подземных вод к кольцевому несовершенному горизонтальному дренажу. М., 1969.

58. Муфтахов А.Ж. О фильтрации подземных вод к двухлинейным дренажам в двухслойных водоносных пластах со свободной поверхностью. М., 1970.

59. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. М., МГУ, 1995.

60. Методические указания по прогнозу подтопления городских территорий грунтовыми водами и комплекс мероприятий по их защите. М., 1985.

61. Михайлов Г.К. Применение модели предельно-анизотропных грунтов для оценки решении некоторых краевых задач о движении грунтовых вод по водоупору. М., 1953.

62. Чайлдс Э. Физические основы гидрологии почв. JL, 1973.

63. Шейдеггер А. Физика течения через пористые среды (пер. с англ.). М., 1960

64. Lockington D.A., Parlang J.-Y., Parlang M.B., Selker J. Similarity solution of the Boussinesq equation. Advanced in Water Resources, 2000,23.

65. Chen Z.-H., Bodvarssan G.S., Witherspoon P.A., Yortsos Y.C. An integral equation formulation for the unconfined flow of groundwater with variable intel conditions. Trans. Porous Media, 1995,18.

66. Lockington D.A. Response of unconfined aquifer to sudden change in boundary head. J. Irrig. Drainage Eng., 1997,123.

67. Parlang J.-Y. On solving the flow equation in unsaturated soils by optimization: Horizontal infiltration. Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1975,39.

68. Parlang M.B., Prasad S.N., Parlang J.-Y., Romkens M.J.M. Extension of the Heaslet-Alksne technique to arbitrary soil water diffusivities. Water Resources Res., 1992,28.

69. Parlang J.-Y., Barry D.A., Parlang M.B., Hogarth W.L., Haverkamp R., Ross P.J., Ling L., Steenhuis T.S. New approximate analytical technique to solve Richards equation for arbitrary surface boundary conditions. Water Resources Res., 1997,33.

70. Parlang J.-Y., Hogarth W.L., Govindaraju R.S., Parlang M.B., Lockington D.A. On an exact analytical solution of the Boussinesq equation. Trans. Porous Media, 2000.

71. Harbaugh, A.W. and McDonald, M.G., 1996, User's documentation for MODFLOW-96, anupdate to the U.S. Geological Survey modular finite-difference ground-water flow model U. S. Geological Survey Open-File Report 96-485,56 p.

72. Расторгуев A.B. Куранов П.Н. Моделирование миграции легких углеводородов с учётом защемления. Сб. «Гидротехника и инженерная гидрогеоэкология», М.: ЗАО «ДАР-ВОДГЕО», вып.6, 2004.

73. Рекомендации по определению капитальных вложений и эксплуатационных расходов для сооружений инженерной защиты от подтопления территорий городов. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1987г.

74. Леонова Е.Н. Методика расчета дренажей на городских территориях. Труды школы дренажа осушаемых земель международного сельскохозяйственного центра. Вагенинген, Нидерланды, 1995.

75. Леонова Е.Н. К расчету дренажей застроенных территорий. Тезисы докладов Международная конференция по маркшейдерскому делу, Белгород, 1998.

76. Куранов Н.П., Расторгуев А.В., Шевчик А.П., Куксин С.И., Кумов П.В., Куранов П.Н., Леонова Е.Н. Инженерная защита городов Поволжья от подтопления на примере г. Саратова. Материалы конференции «Возрождение Волги», Нижний Новгород, 2000.

77. Куранов Н.П., Куранов П.Н., Кузьмин В.В., Кумов П.В., Криксунов Ю.Я., Леонова Е.Н., Расторгуев А.В., Современные методы расчета систем инженерной защиты от подтопления застроенных и застраиваемых территорий, М.: Стройклуб, №5,2001.

78. Куранов Н.П., Леонова Е.Н. Об одном методе сведения трехмерных задач к плановым при расчетах дренажей различного типа. Материалы конференции «Современные проблемы гидрогеологии и гидромеханики», Санкт-Петербург, 2002.

79. Алексеев B.C., Куранов Н.П., Леонова Е.Н. Расчеты вертикального дренажа методом фиктивной инфильтрации, М.: Проблемы инженерной геоэкологии. Сб. трудов, вып.2, 2002.

80. Порядок определения стоимости проектных работ для строительства в г. Москве, 4-я редакция, МРР-3.2.06.04-00., М., 2000.

81. Алексеев B.C., Куранов Н.П., Леонова Е.Н. Метод фиктивной инфильтрации как один из эффективных методов расчётов дренажей на городских территориях. В сб. «Гидротехника и инженерная гидрогеоэкология», ЗАО «ДАР-ВОДГЕО», вып.6.