автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Регулирование температурного режима грунтовых сооружений на Севере

На правах рукописи

ЦВИК Аркадий Михайлович

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ГРУНТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СЕВЕРЕ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 2003

Работа выполнена в Красноярской государственной архитектурно-строительной академии

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор С.И. Панов

Научный консультант: кандидат технических наук И.А. Максимов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ю.М. Гончаров

кандидат технических наук,

доцент А.П. Попович

Ведущая организация : ОАО "СибНИИГ" (Сибирский научно-

исследовательский институт гидротехники) (г. Красноярск)

Защита состоится Л J октября 2003 года в 16 00 часов на заседании диссертационного совета Д212.096.01 в Красноярской государственной архитектурно-строительной академии по адресу:

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82, КрасГАСА, ауд. К-120. Тел.: (8-391-2) 44-58-53, fax: (8-3912) 44-58-60, E-mail: root@gasa.krs.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КрасГАСА.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, подписанный составителем и заверенный гербовой печатью организации просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан: /& сентября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, профессор В.Н. Шапошников

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.П«те*4ург м

оэ Mft^ mJjQ^ :

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основания грунтовых сооружений на Севере характеризуются сложными геокриологическими условиями - наличием сплошной или островной мерзлоты, сквозных или замкнутых таликов, стратификацией температуры. Опыт проектирования, строительства и эксплуатации фунтовых сооружений на Севере показывает, что проблемы эффективного использования несущей способности и строительных свойств мерзлых и оттаивающих грунтов в качестве оснований инженерных сооружений не решены в полной мере до сих пор.

В настоящее время нормативные документы регламентируют два принципа строительства сооружений на многолетнемерзлых основаниях - с сохранением мерзлого состояния грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения или в оттаянном (оттаивающем) состоянии. Требование СНиП 2.02.04-88 о проектировании сооружений только по одному из названных принципов приводит к необходимости разработки весьма дорогостоящих специальных мероприятий.

Опыт эксплуатации грунтовых сооружений на Севере свидетельствует, что возможны и экономически целесообразны конструктивные решения, при которых в основании сооружения возможно сохранение как мерзлых, так и талых грунтов. Использование этого (третьего) принципа вызывает наибольшие затруднения при строительстве на Севере гидротехнических сооружений, тепловое влияние которых на мерзлые основания особенно велико. Обязательным условием таких решений является обеспечение температурной, статической и фильтрационной устойчивости грунтов на границах сопряжения талых и мерзлых зон основания. Как правило, это возможно лишь при соответствующем регулировании температурного режима. Разработка и научное обоснование принципов строительства подобных сооружений является весьма важной народнохозяйственной задачей, направленной на повышение надежности и экономической целесообразности строительства инженерных сооружений на Севере.

Новые разработки по активному управлению температурным режимом фунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготов-

ке мерзлых и таломерзлых оснований гидросооружений позволят значительно сократить сроки приспособляемости сооружения к природным условиям площадки строительства, существенно повысить надежность технических решений и в ряде случаев внесут существенные корректировки в проекты и технологии строительных работ.

Актуальность работы также подтверждается отсутствием достаточно полных и обоснованных нормативных документов по проектированию плотин на сложных таломерзлых основаниях.

Целью диссертационной работы является разработка и научное обоснование конструктивно-технологических решений и методов по регулированию температурного режима грунтовых сооружений и таломерзлых оснований в процессе их строительства и последующей эксплуатации на Севере.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задами:

- обобщен отечественный и зарубежный опыт управления температурным режимом таломерзлых оснований грунтовых гидросооружений, а также выполнен анализ результатов определения теплофизических характеристик фунтов;

- изучены существующие методы расчетов замораживания-оттаивания фунта с помощью терморегулирующих устройств;

- предложены апробированные методики расчетов замораживания-оттаивания фунтов и разработана методика расчета фильтрационно-тем-пературного режима фунтовых плотин с использованием численных методов;

- получены, обобщены и проанализированы результаты натурных исследований эффективности работы глубоких замораживающих устройств на опытном полигоне ВГЭС-3;

- разработаны и обоснованы новые конструктивно-технологические решения по управлению температурным режимом фунтовых сооружений с помощью терморегулирующих устройств;

- разработаны рекомендации по инженерной подготовке оснований гидросооружений на Севере с учетом особенностей их геокриологического строения.

При решении основных задач использованы методы исследования.:

- инструментальные натурные наблюдения на действующих объектах;

- обобщенный анализ экспертных оценок состояния сооружений;

- инструментальные исследования на опытном полигоне Вилюйской ГЭС-3;

- математическое моделирование фильтрационно-температурного режима грунтовых плотин, управляемого с помощью терморегулирующих устройств.

Достоверность результатов работы обеспечена:

- использованием методов исследований, соответствующих современному состоянию прикладной теплофизики, геофильтрации и геокриологии;

- удовлетворительной сходимостью результатов расчетов с данными натурных наблюдений;

- использованием метрологически аттестованных стандартных измерительных приборов и специально изготовленных влагостойких термогирлянд.

Научная новизна работы:

- сформулированы основные положения регулирования температурного режима таломерзлых оснований грунтовых гидросооружений с учетом особенностей их геокриологического строения;

- разработаны конструктивно-технологические решения по управлению температурным режимом грунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований, учитывающие особенности их геокриологического строения;

- впервые обобщены и обоснованы конструктивно-технологические решения, позволяющие совмещение двух принципов строительства в одном створе, как по высоте сооружения, так и по его длине, т.е. при строительстве плотин комбинированного типа (Принцип III);

- разработаны и научно обоснованы методики расчетов замораживания-оттаивания грунта с помощью терморегулирующих устройств и выбора их оптимальных параметров;

- выявлен комплекс основных факторов, влияющих на управление температурным режимом грунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований гидросооружений, и определены количественные значения наиболее значимых из них.

Практическая значимость работы в том, что применение новых конструктивно-технологических решений по управлению температурным режимом грунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований гидросооружений на Севере позволяет:

- обоснованно выбрать принцип строительства гидросооружений;

- повысить несущую способность грунтов основания плотин мерзлого или комбинированного типов и обеспечить их водонепроницаемость;

- обеспечить водонепроницаемость мерзлотной противофильтрационной завесы в основании и теле грунтовых гидросооружений;

- предотвратить неравномерные деформации плотин талого типа, вызванные неравномерными осадками оттаивающих льдистых фунтов основания;

- обеспечить самоуплотнение предварительно оттаянных трещиноватых скальных фунтов под действием собственного веса;

- проводить инъекционные работы по упрочнению предварительно оттаянных фунтов основания гидросооружений.

Реализация результатов исследований. Приведенные в диссертации результаты исследований, частично внедрены и внедряются при проектировании, строительстве и эксплуатации Усть-Хантайской, Курейской, Вилюйской, Колымской, Мамаканской, Усть-Средне-Канской, Тельмамской, Нижне-Бурейской, Верхне-Колымской, Амгуэмской, Тельмамской, Адычанской, Ка-тунской и других ГЭС на Севере, а также могут быть использованы при выборе и обосновании конструктивно-технологических решений фундаментов зданий и промышленных сооружений в этих районах. Личный вклад автора состоит в следующем:

-сформулированы основные положения регулирования температурного режима таломерзлых оснований фунтовых гидросооружений с учетом особенностей их геокриологического строения;

-разработаны конструктивно-технологические решения по управлению температурным режимом фунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований фунтовых сооружений;

-предложена методика расчета фильтрационно-температурного режима гидросооружений с использованием апробированных методов замораживания-оттаивания фунтов.

Автор считает своим долгом поблагодарить сотрудников АК "АЛРОСА" С.Н.Долгих, А.М.Сухно, представивших натурные данные по температурному режиму гидросооружений, научных руководителей С.И. Панова и И.А. Максимова за советы и замечания.

На защиту выносятся:

- результаты исследований по изучению эффективности работы глубоких охлаждающих устройств различных типов на опытном полигоне Вилюйской ГЭС-3;

- конструктивно-технологические решения по управлению температурным режимом 1рунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований с учетом геокриологических особенностей их строения;

- методики и результаты расчетов формирования фильтрационно-температурного режима оснований сооружений, управляемого с помощью терморегулирующих устройств, и выбора их оптимальных параметров.

- рекомендации по инженерной подготовке оснований сооружений на Севере.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались:

- на заседаниях технического совета ОАО "ЛЕНГИДРОПРОЕКТ" (Санкт-Петербург, 1995-2002 г.г.);

- на заседаниях научно-технического совета ОАО ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева (Санкт-Петербург, 1995-2000 г.г.);

- на научно-технических конференциях КрасГАСА (Красноярск,2001-2003 г.г.);

- на научно-технической конференции НГАСУ им. В.В. Куйбышева (Новосибирск, 2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы (133 наименования), включая 152 страниц компьютерного текста, в том числе 43 рисунка и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обосновывается актуальность темы, формулируются цель и задачи, научная новизна и практическое значение работы, приводится краткое описание структуры диссертации.

В главе 1 рассматривается современное состояние проблемы, приводится анализ отечественного и зарубежного опыта строительства на Севере, обобщаются специфические особенности климатических условий и геокриологическо-

го строения оснований гидросооружений, рассматриваются принципы использования мерзлых, талых и таломерзлых грунтов в качестве оснований гидросооружений и способы управления температурным режимом грунтов с помощью терморегулирующих устройств.

Опыт проектирования, строительства и эксплуатации грунтовых сооружений иа Севере, рассмотренный в работах Ю.М.Гончарова, Р.М.Каменского, В.И.Макарова, Г.В.Порхаева, ГШ.Сальникова, Н.А.Цытовича и др., показывает, что проблемы эффективного использования несущей способности и строительных свойств мерзлых и оттаивающих грунтов в качестве оснований инженерных сооружений не решены в полной мере до сих пор.

Опыт гидротехнического строительства на Севере для нужд тепло- и гидроэнергетики, водоснабжения, создания шламо- и хвостохранилищ, рассмотренный в работах Г.Ф.Биянова, Н.А.Бучко, Я.А.Кроника, Л.И.Кудоярова, Г.И.Кузнецова, В.Л.Купермана, В.И.Макарова, И.А.Максимова, Ю.Н. Мызни-кова, Б.А.Оловина, М.П.Павчича, В.М.Плотникова, Г.А.Распопина, Е.А.Смирнова, В.И.Титовой, Л.Н.Торопова, Н.Г.Трупака, В.А.Турчиной, C.B. Ухова, Р.В.Чжана, Г.С.Шадрина и других, показывает, что выбор типа плотины, конструктивных особенностей противофильтрационных устройств и сопряжения плотины с основанием, береговыми склонами и водосбросными сооружениями, в основном, определяются природными условиями площадки и тепловым состоянием грунтов системы "плотина-основание', которое формируется в процессе строительства и длительной эксплуатации гидроузла.

Требование СНиП 2.02.04-88 о проектировании сооружений только по одному из двух принципов строительства сооружений на таломерзлых основаниях приводит к необходимости разработки дорогостоящих мероприятий. Вместе с тем, опыт эксплуатации грунтовых гидросооружений на Севере, рассмотренный в работах И.А.Максимова, Ю.Н.Мызникова, Н.А.Тена, Б.Е.Полдомасова, Р.В.Чжана, А.П.Якушкина и др., а также результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований показывают, что в ряде случаев, при соответствующем обосновании, возможно совмещение двух принципов строительства в одном створе, как по высоте сооружения, так и по его длине. При этом обязательным условием таких решений является обеспечение температурной, статической и фильтрационной устойчивости фунтов на границах сопряжения

талых и мерзлых зон основания при максимально возможных сезонных колебаниях нулевой изотермы. Протаивание или промерзание фунтового материала в зоне их сопряжения не должны приводить к недопустимым фильтрационно-суффозионному выносу грунтов и большим потерям воды при ее фильтрации.

Создание и поддержание необходимого температурного режима фунтов системы "плотина-основание" при этом может обеспечиваться с помощью специальных терморегулирующих устройств. Разработка подобных устройств и научное обоснование методов регулирования температурного режима тапо-мерзлых оснований является важной народнохозяйственной задачей, направленной на повышение надежности и экономической целесообразности строительства инженерных сооружений на Севере. В этом случае тип плотины определяется температурным режимом фунтов системы "плотина-основание", качественным показателем которой является наличие или отсутствие фильтрационного потока.

Активное управление температурным режимом фунтов системы "плотина-основание" достигается с помощью использования сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ) различного типа, а также с помощью холодильных машин, рассмотренных в работах H.A. Бучко, В.В. Знаменского, P.M. Каменского, И С. Клейна, В.И. Макарова, И.А. Максимова, А.И. Пеховича, В.М. При-дорогина, Б.В. Проскурякова, Г.А. Распопина, В.И. Титовой, Н.Г. Трупака, В.А. Турчиной, С.М. Филипповского, Х.Р. Хакимова, Р.В. Чжана, Г.С. Шадрина и других авторов. Наибольшее применение получили воздушные и жидкостные СОУ с вынужденной конвекцией теплоносителя и жидкостные и парожидкост-ные СОУ с естественной конвекцией теплоносителя, а также конструкции, использующие естественное и (или) принудительное движение холодного воздуха в крупнопористых фунтах и каменной наброске.

Тип СОУ, его конструктивные и эксплуатационные параметры назначаются на основании теплотехнических расчетов с учетом конкретных природных условий и поставленной цели по управлению температурного режима фунтов мерзлого и комбинированного типов плотин.

Способ строительства с предварительным оттаиванием многолетнемерз-лых фунтов известен с 1930 г. Однако обоснование возможности и условий применения его было дано лишь в 1958 г. В.Ф.Жуковым. Наиболее широкое

распространение в практике строительства получили способы гидро-, паро- и электрооттаивания. Выбор способа оттаивания определяется инженерно-геологическим строением массива, наличием местных источников тепла и скоростью процесса оттаивания.

Опыт гидравлического оттаивания и состояние проблем водно-тепловой мелиорации обобщены П.А.Богословским, В.Г.Гольдтманом, В.В.Знаменским,

A.И.Пеховичем, Г.З.Перльштейном, С.Д.Чистопольским и другими. Значительный вклад в создание, теоретическое обоснование и внедрение методов гидро-отгаивания внесли сотрудники института мерзлотоведения СО АН СССР, Агрофизического института, Гидроспецпроекта, НИИОСП и другие.

Результаты анализа и обобщения исследований позволили сформулировать цель и задачи диссертационной работы.

В главе 2 приводится критический обзор методов расчета замораживания-оттаивания грунта с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований гидросооружений, рассматриваются существующие методы определения расчетных теплофизических и фильтрационных характеристик фунтовых материалов гидросооружений и методы теплотехнических расчетов по обоснованию формирования необходимого фильтрационно-температурного режима фунтовых гидросооружений.

Практическое применение при проектировании мерзлотных завес с помощью СОУ различных типов получили методики, предложенные Н.А.Бучко,

B.В.Знаменским, Р.М.Каменским, А.А.Коноваловым, В.И.Макаровым, И.А.Максимовым, В.М.Придорогиным, С.М.Филипповским и другими.

Основы теории замораживания фильтрующих фунтов с помощью холодильных машин изложены в трудах А.И.Пеховича, Б.В.Проскурякова, Н.Г.Трупака, Х.Р.Хакимова, Г.С.Шадрина и других.

Методы расчета фильтрационно-температурного режима фунтовых плотин приведены в работах П.А. Богословского и его учеников А.К.Битюрина, Е.С.Гоголева, Е.Н.Горохова, С.В.Соболя, А.П.Ставровского, Ю.Н.Станкевича, А.Ф.Февралева, Г.Л.Шульца, А.В.Янченко и других.

Вместе с тем анализ применяемых методов расчетов фильтрационно-температурного режима гидросооружений, управляемого с помощью терморегулирующих устройств, показывает, что наличие фильтрующих таликов оп-

ределяет необходимость разработки специальных способов регулирования температурного режима таломерзлых оснований и методов расчета их температурного режима.

Для талых плотин расчетами фильтрационно-температурного режима определяются положение депрессионной поверхности и границ зон талых и мерзлых грунтов, расход, напоры, скорость и температура фильтрационного потока системы "плотина-основание" на любой задаваемый период, а также обосновываются конструктивно-технологические решения элементов плотины и места их рационального размещения.

В этом случае тепловое состояние гидросооружений оценивается на основе решения нестационарной двух- или трехмерной задачи теплопроводности для конкретной расчетной области с заданием соответствующих начальных и граничных условий. Теплотехническими расчетами учитываются также способ инженерной подготовки основания, поэтапное возведение плотины и наполнение водохранилища и др.

Для двухмерной расчетной модели (рис.1) процесс теплопередачи и тепло-массопереноса в основании и теле талой плотины в любой момент времени описывается следующими уравнениями теплопроводности с соответствующими начальными и граничными условиями:

в талой нефильтрующей зоне —^ = аТ1 (—+ —у-); (1)

дт дх ду

в талой фильтрующей зоне

с „Г в (/с д'г.1 с.у. ' дх дх

дх у ду ду

(2)

в мерзлой зоне

(3)

на границе раздела талой и мерзлой зон £;(т)

<« ,(£(г),г = <г.,(£(г), г = I,

¿„= f Z)

' fr*'

J£

Рис.1. Схема к расчету температурного и фильтрационного режима плотины

(5)

на подводной поверхности ABB1 (контур питания) Л,=А, J'

на поверхности кривой депрессии B'D (для точек свободной поверхности и водоупора,) h,=y. dhi/dn =0 (6)

на контуре стока DD1 h,=h2; (7)

дп

на "сухой" поверхности В'СС DD Я,, на границе различных грунтов

lTMJ = 'TMJ+^^I ~ • 1 ^tmj _ а

^-¿¿--¿тмм дп

.dh, dhM к/ - км

&TMJ '-.Ю-'тмЛх.У.г).

1А* + А„Ч.

дп

(8)

(9)

на боковых границах расчетного сечения AF и ü'E = ^- = 0; (10)

границе расчетного сечения EF ~ 0; ^ = 0;

на нижнеи начальные условия tmMj(x,y,0)=j(x,y)

(И) (12)

где t - температура грунта, °С; г - время, час; ду - текущие координаты точки рассматриваемой области, м; а - температуропроводность грунта в естественном состоянии, м2/с; а1 - температуропроводность грунта, насыщенного водой, м2/с; у„ с, - объемный вес и удельная теплоемкость воды, кг/м3 и Дж/(кг °С); уь С/- объемный вес и удельная теплоемкость грунта, насыщенного водой, кг/м3 и Дж/(кг °С); к - коэффициент фильтрации грунта, м/с; А - пьезометрический напор, м; Л - теплопроводность грунта, Вт/(м °С); Оф - теплота фазовых переходов грунтовой влаги в единице объема, Дж/м3; </£4/г - скорость продвижения границы талой или мерзлой зоны, м/с; п - нормаль к границе раздела талой и мерзлой зон; Р(у,х) - функция, характеризующая годовой ход изменения температуры воды по глубине водохранилища, °С; ^(т) - функция, характеризующая годовой ход изменения температуры наружного воздуха по месяцам, °С; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 °С); йс„ и Ла, - соответственно, глубина и теплопроводность снежного покрова, м и Вт/(м °С); /(ху) - функция, характеризующая начальное температурное поле системы "плотина-основание", °С; т, м - индексы, обозначающие талое или мерзлое состояние грунта; / -индекс слоя грунта с однородными свойствами.

Задача теплопроводности решается методом конечных разностей по явной и неявной схемам. Конечно-разностные аналоги дифференциальных уравнений приведены в диссертации. Решение уравнений осуществляется методом последовательных приближений по схеме Гаусса-Зейделя (метод итераций).

В период фазового перехода грунтовой влаги в элементарном блоке с номером /,) температура его постоянна и равна 1ф, а теплофизические характеристики Лис являются переменными и на момент времени тИ определяются по формулам: X*, = [Ли (1 -а11)+Лта11 ], ,, с* = [си (1 - )+ста„ ,, (13)

Значение а,, для случая, когда идет процесс оттаивания или промораживания фунта определяется, соответственно по формулам:

"ли

л-1

Р»Уа

(И)

Процесс фазового перехода фунтовой влаги в порах контролируется льди-стостью и в блоке продолжается в течение времени уАт. Значение V определя-

ется из условия:

I',

с=1

(15)

где р - удельная теплота фазового превращения грунтовой влаги, Дж/кг; w - влажность грунта в долях единицы; у№- плотность скелета грунта, кг/м3.

Теплофизические характеристики влажных дисперсных материалов и грунтов, применяемых в строительстве дамб и плотин в криолитозоне, приведены в работах И.В.Корытовой, Я.А.Кроника, С.Г.Лосевой, А.А.Огаркова, В.Г.Пантелеева, Ю.А.Попова, В.И.Щербачева, Н.А.Цытовича и других.

Коэффициенты фильтрации талых и оттаявших грунтов гидросооружения определяются опытным путем в натурных или лабораторных условиях.

Прогноз фильтрационно-температурного режима системы "плотина-основание" осуществляется по следующему алгоритму:

1. Задаются начальные исходные данные и начальный шаг по времени, исходя из условия устойчивости расчетной схемы.

2. Решается фильтрационная задача, т.е. вычисляется распределение пьезометрических напоров в каждой узловой точке.

3. По найденным значениям напоров в узлах сетки определяются проекции скорости фильтрации, исходя из разностного представления формулы Дарси.

4. При наличии фазового перехода пересчитываются на каждый расчетный шаг по времени коэффициенты теплопроводности и объемной теплоемкости.

5. Решается тепловая задача, т.е. вычисляется распределение температур в грунтовых зонах, а также воды и воздуха в поровом пространстве с учетом теплообмена между этими средами.

6. Для следующего момента уточняется расчетный шаг по времени и цикл расчетов повторяется с п.2.

Программа расчетов составлена на алгоритмическом языке Фортран применительно к IBM PC и включает подпрограммы: ввода исходных данных, фильтрационных расчетов, тепловых расчетов и выдачи результатов. Общее управление осуществляется с помощью головной программы.

Для обоснования ф°РмиР°вания необходимого фильтрационно-температурного режима системы «плотина-основание», регулируемого с помощью соответствующих конструктивно-технологических решений и терморегули-рующих устройств, выполняются специальные теплотехнические расчеты.

Для плотин мерзлого и комбинированного типов теплотехническими, гидро- и аэродинамическими расчетами определяются:

- глубина погружения в грунт замораживающих колонок;

- наименьший диаметр льдогрунтового цилиндра, образующегося в течение первого зимнего сезона вокруг замораживающей колонки, при наличии или отсутствии фильтрации воды в промораживаемом грунте;

- расстояние между колонками линейной системы СОУ;

- рациональные параметры применяемого типа СОУ;

- температура теплоносителя по длине замораживающей колонки;

- мощность и количество вентиляторов для воздушного СОУ;

- тип калориферов и их количество, мощность насоса и вентилятора для жидкостного СОУ с вынужденной конвекцией теплоносителя;

- конструкция и площадь поверхности наружного теплообменника для жидкостного и парожидкостного СОУ с естественной конвекцией теплоносителя.

Тепловое состояние грунтов системы "плотина - основание - СОУ" оценивается на основе решения трехмерной сопряженной задачи теплопроводности для конкретной расчетной области с заданием начальных и граничных условий. Охлаждающее воздействие СОУ учитывается заданием граничного условия 1 рода на поверхности фунтового теплообменника и теплофизическими характеристиками талых и мерзлых фунтов. Температура на поверхности фунтового теплообменника может быть задана по обобщенному методу расчета замораживания фунта различными типами СОУ, приведенному в работах Н.А.Бучко, В.И.Макарова, И.А.Максимова и других.

Результаты исследований позволили разработать методику расчета фильт-рационно-температурного режима фунтовых плотин талого, мерзлого и комбинированного типов.

В главе 3 приводятся результаты экспериментальных исследований по изучению эффективности работы замораживающих устройств различных типов на опытном полигоне Вилюйской ГЭС-3 (рис.2). В проекте плотины ВГЭС-3 предусматривалось устройство мерзлотной завесы на глубину 65-70 м с помощью сезонно действующих охлаждающих устройств (СОУ), предназначенной для предотвращения оттаивания левобережного склона в приплотинной зоне.

Практика отечественного гидростроительства не имеет аналогов мерзлотных завес такой глубины. В связи с этим был создан специальный опытный полигон по испытанию глубоких СОУ. Результаты исследований предполагалось

использовать также при проектировании Адычанской, Усть-Среднеканской, Амгуэмской и других ГЭС на Севере. Строительство полигона осуществлено УС ВГЭС-3 и БСУ Гидроспецстрой по проекту Ленгидропроекта, разработанному с учетом рекомендаций ВНИИГ, СибВНИИГ, ЛТИХП, Гидроспецпроекта и других организаций.

а) б)

в)

у] ►

_ О«4!

00У5 I -*

У I ►

» ™ <!| ч Т>

>у.з \ А и

I

1200

Л. 1200

" 1 ► * * ч

С«4

СОУ-1 | А

Рис. 2. Конструктивная схема опытного полигона на строительной площадке Вилюйской ГЭС-3

а) поперечный разрез по склону левобережного примыкания, б) типовая геокриологическая колонка по оси СОУ, в) схема расположения СОУ и температурных скважин СОУ1 - воздушная, СОУ 2 - жидкостная с принудительной конвекцией керосина, СОУЗ - тоже с естественной конвекцией керосина, СОУ4 и СОУ5 - парожидкостные, Т1-Т16-термометрические скважины, 1...5 - слои твердомерзлых, пластичномерз-лых и талых пород.

Целью натурных исследований на полигоне является оценка эффективности работы различных СОУ глубиной до 100 м и проверка адекватности существующих расчетных моделей.

Местоположение опытного полигона в непосредственной близости от примыкания левобережной плотины (рис.2а) было выбрано с учетом его размещения в пределах проектируемой мерзлотной завесы сооружения. На основной рабочей площадке полигона (размером 85x15 м) были размещены 5 сква-жинных СОУ и 16 термометрических скважин глубиной более 100 м (рис.2в).

На полигоне были испытаны воздушная, парожидкостные и жидкостные сезонно действующие охлаждающие устройства. При этом у всех испытанных СОУ размеры рабочих частей фунтовых теплообменников, а также параметры наружных теплообменников были одинаковыми. Для фиксации фоновых температур фунтов берегового склона на расстоянии 16 м от СОУ-5 была устроена специальная термометрическая скважина (рис.2б).

При проведении исследований осуществлялся непрерывный инструментальный контроль за температурным режимом фунтов в окрестности СОУ, за фоновым температурным состоянием берегового склона, а также за эксплуатационными параметрами охлаждающих установок в течение трех лет.

Проведенные исследования позволили:

- выявить основные закономерности пространственно-временного распределения температур в фунтовом массиве в окрестности пяти глубоких одиночных СОУ;

- ранжировать их при создании мерзлотной завесы глубиной до 100 м по возрастанию эффективности в следующем порядке - воздушное (СОУ1), жидкостное с естественной конвекцией теплоносителя (СОУЗ), парожидкостное (СОУ4,5), жидкостное с принудительной конвекцией теплоносителя (СОУ2).

- установить, что эффективность СОУ2 и СОУ5 различается в 1,5 - 2 раза;

- выявить, что для СОУ с принудительной конвекцией жидкого теплоносителя охлаждающее устройство эффективно работает в интервале глубин 2060 м, радиус замораживания фунтов в среднем составляет 2,8 м;

- установить, что на больших глубинах (60-90 м) эффективность работы по охлаждению фунта вокруг СОУ снижается в 2-2,5 раза в сравнении с результатами, полученными для вышерасположенного участка.

Результаты исследований позволяют рекомендовать при устройстве мерзлотной завесы глубиной 30-40 м использовать любой тип СОУ, а для глубинных завес до 60-70 м использовать СОУ2 и СОУ4,5.

В главе 4 приводятся конструктивно-технологические решения по регулированию температурного режима фунтовых гидросооружений мерзлого и комбинированного типов, а также примеры управления температурным режимом фунтов эксплуатируемых гидроузлов.

Управление температурным режимом фунтов низконапорной мерзлой плотины на многолетнемерзлом основании при наличии в нем неглубокого (до 10-И 5 м) замкнутого руслового талика осуществляется с помощью одного из указанных типов СОУ, устраиваемого с фебня плотины или в процессе ее возведения.

Управление температурным режимом средне- и высоконапорной мерзлой плотины на многолетнемерзлом основании при наличии в нем замкнутого или сквозного руслового талика с водоупором на глубине до 30-40 м рекомендуется осуществлять в соответствии с A.c. № 1486558 СССР с помощью двухъярусной комбинированной замораживающей системы (рис. 3).

1 - граница замкнутого талика; 2 - воздушное СОУ нижнего яруса; 3 - потерна; 4 -вертикальные колодцы верхнего яруса; 5- вентиляционные шахты; 6 - канал; 7- съемные крышки канала; 8 - отводящий (воздух) колодец; 9 - струенаправляющая вставка

Система включает: верхний ярус замораживающих колонок, установленных в ядре и выведенных на гребень плотины, охлаждающую потерну, расположенную в зоне сопряжения ядра с его основанием, и нижний ярус замораживающих колонок, заглубленных в основание на участке руслового талика на глубину, перекрывающую талик или до водоупора, а на береговых участках створа на глубину, обеспечивающую сохранение фунтов в мерзлом состоянии, определяемую расчетом. Замораживающие колонки верхнего и нижнего ярусов работают автономно. Опережающее замораживание основания позволяет переморозить подрусловой талик в строительный период.

Для обеспечения надёжного вентилирования потерны холодным воздухом в зимний период, продольная потерна по длине плотины сообщается с атмосферой с помощью нескольких проходных поперечных потерн, выведенных в нижний бьеф. Количество поперечных потерн определяется аэродинамическим и теплотехническим расчетами.

С помощью продольной потерны успешно решается задача сопряжения регулируемого мерзлого основания по всему напорному фронту плотины с нефунтовым противофильтрационным элементом тела плотины. Наличие потерны позволяет одновременно проводить цементационные работы, бурение скважин, монтаж СОУ и установку контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) при любых погодных условиях, что очень важно в условиях сурового климата.

Управление температурным режимом фунтов плотины комбинированного типа при наличии сквозного руслового талика с водоупором на глубине, превышающей максимально возможную глубину СОУ, рекомендуется осуществлять в соответствии с A.c. № 1338478 СССР с помощью двух поперечных мерзлотных завес (рис. 4), устраиваемых вдоль боковых фаниц талика под ядром, и продольной мерзлотной завесы, устраиваемой за пределами талика на береговых участках створа, с помощью СОУ. В пределах ширины талика устраивается цементационная или цементационно-мерзлотная висячие завесы. Поперечные мерзлотные завесы защищают боковые фаницы сквозного талика от теплового влияния фильтрационного потока, сохраняющегося в не полностью зацементированном или промороженном талике. Конструктивные элементы надземной части СОУ устраиваются, соответственно, в поперечных и продольной потернах, которые сообщаются между собой и с атмосферой.

А-А

Рис. 4. План-схема регулирования температурного режима основания плотины

1 - граница талика; 2 - СОУ продольной мерзлотной завесы; 3 - продольная потерна; 4- вентиляционные шахты продольной потерны; 5 - СОУ поперечных мерзлотных завес; 6 - поперечные потерны; 7 - вентиляционные шахты; 8 - поперечные потерны; 9 - вентиляционные шахты поперечных потерн; 10 - урез воды; 11 - цементационно-мерзлотная завеса; 12 - нижний контур мерзлотной завесы; 13 - негрунтовый проти-вофильтрационный элемент плотины

Сопряжение фунтового противофильтрационного устройства (экрана или ядра) или нефунтового элемента плотины с таломерзлым основанием осуществляется за счет использования продольной потерны, устроенной в зубе экрана или ядра.

Управление температурным режимом фунтов плотины комбинированного типа, включающей по напорному фронту в пределах руслового талика бетонную (талую) часть, а на многолетнемерзлых береговых участках створа - фунтовые (мерзлые) части плотины, осуществляется с помощью СОУ, устраиваемых в зонах сопряжения бетонной части с фунтовыми частями плотины.

Управление температурным режимом фунтов в зоне сопряжения фунтовой плотины с береговыми склонами осуществляется с помощью СОУ, устраиваемых с поверхности береговых склонов или из штолен, являющихся продолжением мерзлотной завесы фунтовой плотины.

Управление температурным режимом мерзлых фунтов основания по напорному фронту открытого водосброса осуществляется с помощью проходной вентилируемой потерны, расположенной под дном и в бортах канала, и двух рядов замораживающих колонок, заглубленных из потерны в основание.

Величина заглубления замораживающих колонок во всех случаях определяется соответствующими теплотехническими расчетами.

Результаты исследований позволяют рекомендовать рассмотренные способы управления температурным режимом фунтов при инженерной подготовке оснований плотин мерзлого и комбинированного типов.

В главе 5 рассматриваются результаты расчетных и натурных исследований формирования необходимого температурного режима гидросооружений мерзлого, талого и комбинированного типов, управляемого с помощью термо-регулирующих устройств.

В качестве примеров выбраны объекты, по которым имеются натурные данные по контролю за формированием их фильтрационно-температурного режима. Приведены следующие результаты расчетных и натурных исследований: - замораживания фунтов фильтрующего талика с помощью сезоннодействующих охлаждающих устройств в основании плотины водохранилища на р.Марха (Саха-Якутия);

- фильтрационно-температурного режима талой плотины хвостохранили-ща, регулируемого с помощью дренажа и охлаждающего устройства.

Подтверждена работоспособность применяемых конструктивно-технологических решений, эффективность работы СОУ, правильность выбора расчетной области и калибровки математической модели при уточнении исходных параметров и граничных условий.

Показана удовлетворительная сходимость результатов расчетов с данными натурных наблюдений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Результаты расчетно-теоретических, экспериментальных и натурных исследований, выполненные в диссертации, позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Сформулированы оснорные положения регулирования температурного режима таломерзлых оснований грунтовых гидросооружений с учетом особенностей их геокриологического строения.

2. На основе экспериментально-теоретических исследований процессов замораживания-оттаивания фунтовых массивов изучена эффективность работы терморегулирующих устройств различных типов, в частности сезоннодейст-вующих охлаждающих устройств для создания мерзлотных завес и устройств для оттаивания многолетнемерзлых фунтов. Разработаны рекомендации по применению терморегулирующих устройств в зависимости от конкретных условий строения таломерзлых оснований гидросооружений.

3. Разработаны новые конструктивно-технологические решения и предложены апробированные способы управления температурным режимом фунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований плотин мерзлого, талого и комбинированного типов.

4. Для научного обоснования управления температурным режимом таломерзлых фунтов с помощью терморегулирующих устройств и выбора их оптимальных параметров применены апробированные методики расчетов замораживания-оттаивания фунтов и разработана методика расчета фильтрационно-температурного режима плотин с использованием численных методов.

5. В зависимости от инженерно-геологических условий и необходимости изменения свойств фунтов основания в требуемом направлении обоснованы

конструктивно-технологические решения и способы управления температурным режимом фунтов с помощью терморегулирующих устройств, позволяющие использовать I и II принципы строительства в соответствии со СНиП 2.02.04-88, а также совмещение двух принципов строительства в одном створе как по высоте, так и по его длине (Принцип III).

6. При устройстве мерзлотной завесы в талике с большим коэффициентом фильтрации фунта рекомендуется предусматривать мероприятия по уменьшению водопроницаемости фунта в пределах завесы до значений, при которых возможно промораживание фунта с помощью СОУ. Эти величины определяются теплотехническим расчетом по предлагаемой методике.

7. Разработаны инженерные предложения по совершенствованию конструкций фунтовых плотин мерзлого, талого и комбинированного типов и повышению их эксплуатационной надежности в суровых условиях Севера.

8. В период эксплуатации гидросооружений происходит частичное оттаивание фунтов под верховой призмой и промораживание - под "сухой" поверхностью плотины, приводящие к деформациям плотины мерзлого типа и ухудшению фильтрационного режима плотины талого типа. Рекомендуется предусматривать дополнительные мероприятия по обеспечению безопасной эксплуатации сооружений, разрабатываемые на основе теплотехнических расчетов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Цвик A.M. Гидравлические условия работы концевого участка крепления в нижнем бьефе совмещенной ГЭС / Толошинов А.В, Соловьева А.Г., Тома-шевский Б.А., Цвик A.M. // Гидротехническое строительство, 1995, №¡9, с.40-41.

2. Цвик А.М. Строительство Вилюйской ГЭС / Цвик A.M., Шерман М.М, Толошинов A.B. // Гидротехническое строительство, 1997, №8, с.29-32.

3. Цвик A.M. Строительство Вилюйской ГЭС / Толошинов А.В, Соловьева А.Г., Цвик A.M., Терешков Н.Н // Гидротехническое строительство, 2001, №11, с.56-63.

4. Цвик A.M. Экспериментальные исследования работоспособности глубоких сезоннодействующих охлаждающих устройств на опытном полигоне Вилюйской ГЭС-3 / Панов С.И., Максимов И.А., Цвик A.M., Толошинов A.B. // Гидротехническое строительство, 2002, №12, с.30-33.

5. Цвик A.M. Исследования надежности и эксплуатационной пригодности глубоких мерзлотных противофильтрационных завес на опытном полигоне Ви-люйской ГЭС-3 / Панов С.И., Максимов И.А., Толошинов А.В., Цвик A.M. // Вестник Красноярской государственной архитектурно-строительной академии: Сб. науч. тр., вып. 5. - Красноярск: КрасГАСА, 2002, с.45-51.

6. Цвик А.М. Совершенствование принципов строительства сооружений на сложных таломерзлых основаниях / Максимов И.А., Цвик A.M. // Вестник Красноярской государственной архитектурно-строительной академии: Сб. науч. тр., вып. 6. - Красноярск: КрасГАСА, 2003, с.188-198.

7. Цвик А.М. Расчетные и натурные исследования замораживания грунтов фильтрующего талика в основании плотины с помощью охлаждающих устройств / Максимов И.А., Цвик A.M., Долгих С.Н., Сухно А.М. И Вестник Красноярской государственной архитектурно-строительной академии: Сб. науч. тр., вып. 6. - Красноярск: КрасГАСА, 2003, с.163-178.

8. Цвик А.М. Прогноз формирования фильтрационно-температурного режима талой плотины хвостохранилища, регулируемого с помощью дренажа и охлаждающего устройства / Максимов И.А., Цвик A.M., Долгих С.Н., Сухно A.M. // Вестник Красноярской государственной архитектурно-строительной академии: Сб. науч. тр., вып. 6. - Красноярск: КрасГАСА, 2003, с. 178-188.

9. Цвик А.М. Способы создания цементационных завес в вечномерзлых скальных основаниях гидротехнических сооружений / Фрумкин В.Н., Цвик А.М., Федосеев В.И., Шишов И.Н., Шерман М.М. // Гидротехническое строительство, 2002, № 11, с. 38-45.

Соискатель:

Отпечатано на ризографе КрасГАСА, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 82. Тираж 100 экз. Заказ №

P1 47 3 2

Введение

1. Современное состояние проблемы

1.1. Специфические особенности природных условий и геокриологического строения оснований грунтовых гидротехнических сооружений на Севере

1.2. Принципы использования мерзлых и таломерзлых грунтов в качестве оснований гидросооружений

1.3 Применяемые в гидротехническом строительстве терморегу-лирующие устройства для создания мерзлотных завес

1.4 Применяемые способы оттаивания грунтов при инженерной подготовке таломерзлых оснований

2. Теплотехнические расчеты фильтрационно-температурного режима грунтовых гидросооружений на Севере

2.1. Критический обзор существующих методов расчета замораживания-оттаивания грунта с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований гидросооружений

2.2. Существующие методы определения расчетных теплофизиче-ских и фильтрационных характеристик грунтовых материалов сооружений

2.3. Теплотехнические расчеты по обоснованию формирования необходимого фильтрационно-температурного режима грунтовых сооружений

2.3.1 Общие положения

2.3.2 Исходные данные

2.3.3 Математическая модель

3. Результаты экспериментальных исследований по изучению эффективности работы охлаждающих устройств различных типов на опытном полигоне Вилюйской ГЭС

4. Конструктивно-технологические решения по регулированию температурного режима грунтовых гидросооружений мерзлого и комбинированного типов

4.1. Конструктивно-технологические решения по управлению температурным режимом грунтов плотин мерзлого типа

4.2. Управление температурным режимом грунтов в зоне сопряжения водосбросных сооружений с мерзлой плотиной и основанием.

4.3 Конструктивно-технологические решения по управлению температурным режимом грунтов плотин комбинированного типа

4.4 Примеры управления температурным режимом грунтов гидросооружений комбинированного типа

5. Результаты расченых и натурных исследований по замораживанию-оттаиванию грунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований гидросооружений на Севере

5.1. Расчетные и натурные исследования замораживания грунтов фильтрующего талика в основании плотины с помощью охлаждающих устройств

5.2. Прогноз формирования фильтрационно-температурного режима талой плотины хвостохранилища, регулируемого с помощью дренажа и охлаждающего устройства

Актуальность работы

Основания грунтовых сооружений на Севере характеризуются сложными геокриологическими условиями - наличием сплошной или островной мерзлоты, сквозных или замкнутых таликов, стратификацией температуры. Мерзлые грунты и скальные трещиноватые породы, как правило, обладают резким снижением несущей способности и высокой водопроницаемостью после оттаивания. Опыт проектирования, строительства и эксплуатации грунтовых сооружений на Севере показывает, что проблемы эффективного использования несущей способности и строительных свойств мерзлых и оттаивающих грунтов в качестве оснований инженерных сооружений не решены в полной мере до сих пор.

В настоящее время нормативные документы регламентируют два принципа строительства сооружений на многолетнемерзлых основаниях — с сохранением мерзлого состояния грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружения или в оттаянном (оттаивающем) состоянии. Требование СНиП 2.02.04-88 о проектировании сооружений только по одному из этих принципов приводит к необходимости разработки дорогостоящих мероприятий, таких как глубокое предпостроечное оттаивание, замена термопросадочных грунтов, использование специальных замораживающих устройств по созданию мерзлотных завес или мерзлых фрагментов оснований.

Вместе с тем, опыт эксплуатации грунтовых сооружений на Севере позволяет утверждать, что при определенных условиях технически возможны конструктивные решения, при которых одновременное использование мерзлых и талых грунтов в основании одного сооружения не приводит к существенным снижениям его эксплуатационной пригодности. Использование этого (третьего) принципа наиболее затруднено при строительстве на Севере гидротехнических сооружений, тепловое влияние которых на мерзлые основания особенно велико. Однако результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, а также опыт эксплуатации показывают, что для грунтовых гидросооружений при соответствующем обосновании допустимо использование талых и мерзлых грунтов в основании. При этом обязательным условием таких решений является обеспечение статической и фильтрационной устойчивости сопряжения талых и мерзлых зон тела плотины и его основания при максимально возможных сезонных колебаниях нулевой изотермы. Протаивание или промерзание грунтового материала в зоне их сопряжения не должны приводить к недопустимым фильтрационно-суффозионному выносу грунтов и большим потерям воды при фильтрации. Создание и поддержание необходимого температурного режима грунтов системы "плотина-основание" при этом может обеспечиваться с помощью специальных терморегулирующих устройств. Разработка подобных устройств и научное обоснование методов регулирования температурного режима таломерзлых оснований является весьма важной народнохозяйственной задачей, направленной на повышение надежности и экономической целесообразности строительства инженерных сооружений на Севере.

Проблема эффективного использования мерзлых и таломерзлых грунтов в качестве оснований гидротехнических сооружений до настоящего времени полностью не решена. Недостаточно разработаны вопросы:

- управления температурным режимом грунтов при инженерной подготовке оснований плотин мерзлого типа;

- предпостроечного оттаивания, уплотнения и упрочнения грунтов оснований плотин талого типа;

- управления температурным режимом грунтов при инженерной подготовке оснований плотин комбинированного типов;

-управление температурным режимом грунтов в зонах сопряжения водосбросных сооружений с мерзлой плотиной, основанием и береговым склоном;

-обеспечения статической устойчивости и фильтрационной прочности многолетнемерзлых грунтов термопросадочного основания при их оттаивании фильтрационным потоком в процессе эксплуатации гидросооружений и др.

Это не позволяет в полной мере использовать в строительстве такие положительные свойства мерзлых грунтов, как водонепроницаемость и более высокая прочность по сравнению с талыми грунтами. Однозначно выбрать наиболее экономичный способ инженерной подготовки основания и осуществлять управление процессами по формированию необходимого температурного режима грунтов системы «плотина-основание» в период строительства и длительной эксплуатации гидроузлов. Новые разработки по управлению температурным режимом грунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке мерзлых и таломерзлых оснований гидросооружений являются актуальными. Они позволят значительно сократить сроки приспособляемости сооружения к природным условиям площадки строительства, существенно повысить надежность технических решений и в ряде случаев внесут существенные корректировки в проекты и технологии строительных работ.

Актуальность работы также подтверждается отсутствием достаточно полных и обоснованных нормативных документов по проектированию плотин на сложных таломерзлых основаниях.

Цель исследований заключалась в разработке и научном обосновании конструктивно-технологических решений по регулированию температурного режима грунтовых сооружений и таломерзлых оснований в процессе их строительства и последующей эксплуатации на Севере.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- обобщен отечественный и зарубежный опыт управления температурным режимом грунтов с помощью терморегулирующих устройств при инженерной подготовке оснований грунтовых гидросооружений;

- изучены существующие методы расчетов замораживания-оттаивания грунта с помощью терморегулирующих устройств;

- выполнен анализ методов определения теплофизических характеристик грунтов;

- получены, обобщены и проанализированы результаты экспериментальных исследований эффективности работы глубоких замораживающих устройств на опытном полигоне ВГЭС-3;

- обоснованы и разработаны новые конструктивно-технологические решения по управлению температурным режимом грунтовых сооружений с помощью терморегулирующих устройств;

- разработан метод выбора оптимальных параметров процессов замораживания-оттаивания грунтов с помощью терморегулирующих устройств;

-разработаны рекомендации по инженерной подготовке оснований гидросооружений на Севере с учетом особенностей их геокриологического строения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы.

10. Результаты работы докладывались и обсуждались:

- на заседаниях Технического Совета ОАО "ЛЕНГИДРОПРОЕКТ" (Санкт-Петербург, 1995-2002 гг.);

- на заседаниях Научно-Технического Совета ОАО ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева (Санкт-Петербург, 1995-2000 гг.);

- на научно-технических конференциях КрасГАСА,Красноярск,2001-2003гг.; - на научно-технической конференции НГАСУ им. В.В. Куйбышева (Новосибирск, 2003 г.).

11. Основное содержание диссертации, ее результатов и выводов довольно полно опубликованы в научной печати.

12. Результаты исследований частично внедрены и внедряются при проектировании, строительстве и эксплуатации Усть-Хантайской, Курейской, В илюйской, Колымской, Мамаканской, Усть-Среднеканской, Тельмамской, Ниж-не-Бурейской, Верхне-Колымской, Амгуэмской, Тельмамской, Адычанской, Катунской и др. ГЭС, а также могут быть использованы при выборе и обосновании конструктивно-технологических решений фундаментов зданий и промышленных сооружений на Севере.

13. Дальнейшие исследования следует проводить в направлении разработки способов и методов расчета оттаивания грунтов с помощью терморегули-рующих устройств при инженерной подготовке таломерзлых оснований для промышленных зданий и гидротехнических сооружений на Севере.

1. А.с. № 1486558 СССР. Мк4А1Е02В 7/06. Замораживающая система грунтовой плотины // Кузнецов Г.И., Максимов И.А. Максимова А.Г. (СССР). 4217944-29-15; заявлено 30.03.87, опубл. 1989. Бюл. №22.

2. А.с. № 1714030 СССР Мк4А1Е02В 7/06. Плотина из грунтовых материалов // Балясников Г.Г., Максимов И.А. (СССР) 4841062/15; заявлено 24.06.90, опубл. 23.02.92. Бюл. №7.

3. А.с. 1338478 СССР. МКл4 Е02В 7/06. Замораживающая система в основании плотины. // Кузнецов Г.И., Максимов И.А., Максимова А.Г. (СССР). — 3945444/29-15; заявлено 15.08.85, опубл. 1987, бюл. №34. - 254 е., (ДСП).

4. Андрианов П.И. Температуры замерзания грунтов.// Труды Дальневосточной комплексной экспедиции. Комиссия по изучению вечной мерзлоты. / АН СССР. 1936, вып. 1, с. 25-45.

5. Анисимов В.А. Экспериментальное исследование жидкостной замораживающей системы. Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура,1983, №9, с.92-96.

6. Бахолдин Б.В. Выбор оптимального режима замораживания грунтов в строительных целях. — М.: Госстройиздат, 1963. — 71 с.

7. Белан В.И. Влияние фильтрации на температурный режим вечномерз-лых береговых примыканий плотин из грунтовых материалов:Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. — JL, 1980. 21 с.

8. Биянов Г.Ф., Когодовский О.А., Макаров В.И. Грунтовые плотины на вечной мерзлоте. Якутск: Ин-т мерзлоттоведения СО РАН СССР, 1989.-152 с.

9. Биянов Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте. — М.: Энергия, 1975. 184 с.

10. Богословский П.А. Аналитический расчет термического режима фильтрующей земляной плотины. — в кн.: Материалы секции гидротехн. Сооружений совещ.-семинара по стр-ву на вечномезлых грунтах. Магадан — Красноярск, 1964, вып. 1, с. 21-40.

11. Богословский П.А. Исследование температурного режима земляных плотин в условиях распространения вечномерзлых грунтов. В сб.: Научные докл. высш. школы. Стр-во. — М.: Сов. Наука, 1958, №1, с. 228-240.

12. Богословский П.А. К термическому расчету фильтрации земляных плотин. Тр. / ГИСИ, Горький, 1959, вып. 32, с. 49-62.

13. Богословский П.А. Расчет многолетних изменений температуры земляных плотин, основанных на толще мерзлых грунтов. Тр./ГИСИ, Горький, 1957, вып. 27, с. 123-175.

14. Богословский П.А., Соболь С.В. Прогноз размеров талика под водохранилищем. — В кн.: Материалы конф. и совещ. по гидротехн. / ВНИИГ. Гид-ротехн. Стр-во в районах вечной мерзлоты и сурового климата. Л.: Энергия, 1979, с. 31-35.

15. Бучко Н.А. Система критериев и обобщение зависимости для расчета процессов замораживания грунта с помощью сезоннодействующих охлаждающих устройств. Холодильная техника, 1978, №1, с. 19-22.

16. Бучко Н.А. и др. Применение термосвай для создания мерзлотных мерзлотных противофильтрационных завес.-Гидротехн. стр-во, 1975,№5,с.26-30.

17. Бучко Н.А. и др. Исследование тепловых режимов грунтовых массивов при промораживании их линейными системами сезоннодействующих охлаждающих устройств. Тр. координац. совещ. по гидротехн./ ВНИИГ, Л., 1976, вып. 111, с. 58-61.

18. Бучко Н.А., Турчина В.А. Искусственное замораживание грунтов. Обзор. -М., 1978.-64 с.

19. Ведерников Л.Е. Мерзлотные процессы в теле и основании плотины на р. Мяундже. Тр./ВНИИ-1,1963, том XXII, с. 179-239.

20. Вялов С.С., Докучаев В.В., Шейнкман Д.Р. Подземные льды и сильнольдистые грунты как основания сооружений. Л.: Стройиздат, 1976. - 168 с.

21. Вялов С.С. Принцип управления геокриологическими условиями при строительстве в области многолетнемерзлых горных пород. — II Международная конф. по мерзлотоведению. Докл. и сообщ. Якутск, 1973, вып. 7, с. 151-188.

22. Вялов. С. С. и др. Использование парожидкостных термосвай в качестве опорных конструкций сооружений. — Материалы к III Международной конф. по мерзлотоведению. Новосибирск, 1979, с. 88-95.

23. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. Л.: Стройиздат, 1969, - 104 с.

24. Гоголев Е.С. Температурное состояние фильтрующей плотины с ядром на мерзлом основании. Тр. V Всесоюзного совещ.-семинара по обмену опытом стр-ва в суровых климатических условиях. Красноярск, 1968, т. 8, вып. 1., с. 120-135.

25. Гольдман В.Т., Знаменский В.В., Чистопольский С.Д. Гидравлическое оттаивание мерзлых горных пород. Тр. / ВНИИ-1, 1970, т. XXX.

26. Гончаров Ю.М. Опыт строительства и эксплуатации зданий на пространственных фундаментах в вечномерзлых грунтах //11 сб. тр. ЯкутПНИИС-Якутск, 2002.

27. Горохов Е.Н. Метод расчета температурного режима каменно-земляной плотины с учетом сублимационного ледонакопления в наброске. — Изв. / ВНИИГ, 1986, т. 188, с. 74-80.

28. Грандилевский В.Н. Термический режим тела и фильтрующего основания водосливной плотины. Тр. II Всесоюзного совещ. по стр-ву на вечно-мерзлых грунтах. Красноярск - Норильск, 1962, с. 128-135.

29. Григорян С.С. и др. Количественная теория геокриологического прогноза. изд. МГУ, 1987. - 266 с.

30. Демидов А.Н. Плотина Вилюйского гидроузла. М., 1973.-64с.- (Тр. Гидропроекта, № 34).

31. Жданов В.А. К исследованию температурно-влажностного режима низовой призмы каменно-набросной плотины. -Изв. ВУЗов. Сер.Стр-во и архитектура, 1974, №10 ,с.88-94.

32. Зайцев B.C., Таскаев В.А., Яницкий П.А. // Междуведомственный сборник научных трудов: Инженерно-геологическое изучение и оценка мерзлых, промерзающих и протаивающих песчаных и крупнообломочных грунтов. /ВНИИГ им Б.Е. Веденеева, 1990, с. 109-112.

33. Знаменский В.В. Расчет теплообмена в воздушных колонках грунтовых мерзлотных завес. -Тр./ВНИИ-1 ,1967 ,т.26 , с.117-134.

34. Инструкция по проектированию гидротехнических сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов. ВСН 30-83 / Минэнерго СССР, л.:1983,100 с.

35. Каменский Р.М. Теплотехнический расчет ледогрунтовой противо-фильтрационной завесы плотин с учетом взаимного влияния колонок. -Гидротехн.стр-во, 1971, №4,с.З 8-41.

36. Каменский P.M. Термический режим плотины и водохранилища Вилюйской ГЭС.- Якутск, 1977. 91с.

37. Карелоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел.-М.: Наука, 1964,-214с.

38. Клейн И.О. Расчет температурного режима каменно-набросной плотины с учетом свободной конвекции воздуха в низовой призме. В кн.: Научные исследования в области гидротехн. Тр. / ВНИИВОДГЕО. М., 1977, вып.61, с.55-58.

39. Клейн И.С. .Титова В.И. ,Родованская М.С. К оценке стабилизированного температурного режима вертикального ядра каменно-земляной плотины. -Тр. / ВНИИВОДГЕО.М. ,1980, с.26-29.

40. Коновалов А.А. К методике определения температур вечномерзлого грунта, охлаждаемого установками системы Гапеева, -В сб.: Стр-во в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера. /Красноярский Промстройниипроект, Красноярск, 1972, вып.23, с.119-137.

41. Кривоногова Н.Ф., Зискович В.Е., Кузнецов А.Л. Роль мерзлотных условий в практике проектирования гидротехнических сооружений. Материалы к III Международной конф. по мерзлотоведению. Новосибирск,1979, С.38-49.

42. Кроник Я.А., Демин Н.И. Расчет температурного режима плотин из местных материалов методом конечных элементов. Гидротехн. стр-во. -М.:Энергия,4:979 ,№5, с.26-30.

43. Кроник Я.А. Криогенные процессы и явления в грунтовых сооружениях и их основаниях. -Материалы к III Международной конф. по мерзлотоведению. Новосибирск,1979 ,с.204-213.

44. Кудояров Л.И., Павчич М.П., Радченко В.Г. Плотины из грунтовых материалов в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты. — Л.: Энергия, 1973,- 132с.

45. Кудояров Л.И. Основные направления эффективности строительства плотин на Севере. Гидротехническое строительство, 1983, №7.

46. Кузнецов Г.И. Криогенные процессы и устойчивость хвостохранилищ на многолетнемерзлых основаниях. В кн.: Проблемы инженерного мерзлотоведения в гидротехническом строительстве. М.: Наука, 1986, с. 67-75.

47. Кузнецов А.Л., Цокуренко К.М., Бучко Н.А. Результаты натурных исследований опытных термосвай для плотины Анадырской ТЭЦ. Тр./Гидропроекта,1976, №51, с 110-115.

48. Куперман В.Л., Мызников Ю.Н., Плотников В.М. Усть-Хантайские плотины. М.: Энергия,1977.-151с.

49. Куперман В.Л., Мызников Ю.Н., Торопов Л.Н. Гидротехническое строительство на Севере. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 304 е.: ил.

50. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. -М.:Госэнергоиздат,1959. 414с.

51. Макаров В.И. Противофильтрационные мерзлотные завесы в грунтовых плотинах мерзлого типа. Строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений в Западной Якутии. Новосибирск: Наука, 1979, с. 26-51.

52. Макаров В.И. Создание противофильтрационных элементов в земляных плотинах мерзлого типа посредством жидкостных замораживающих устройств (термосифонов): Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -М., 1978,-21 с. (МГМИ).

53. Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве. Новосибирск: Наука, 1985.- 168 с.

54. Максимов И.А. Расчет замораживания грунта в фильтрующем основании плотины (продольная мерзлотная завеса) воздушными колонками. -Изв./ВНИИГ, 1981, т. 149 ,с. 18-22.

55. Максимов И.А. Методика расчета скорости замораживания-оттаивания грунта на контакте с фильтрующим русловым таликом. Изв. / ВНИИГ, 1981, т. 149, с.23-27.

56. Максимов И.А. Расчет промерзания фильтрующего основания грунтовой плотины в районах Крайнего Севера. Изв./ВНИИГ,1981, т. 146, С.-53-58.

57. Максимов И.А., Долгих С.Н., Сергиевский В.В. Опыт эксплуатации мерзлых плотин. -М., «Горный журнал», 1995, с. 58-60.

58. Максимов И.А., Кузнецов Г.И., Максимова А.Г. Натурные наблюдения за геотермическим режимом русловой плотины хвостохранилища Надеждин-ского металлургического завода. Отчет по договору №29-537, № гос. per. 01820091802, Красноярск, 1985, 116 с.

59. Максимов И.А., Цвик А.М. "Совершенствование принципов строительства сооружений на сложных таломерзлых основаниях'У/Вестник Красноярской государственной архитектурно-строительной академии: Сб.науч.тр. Вып. 6, Красноярск: КрасГАСА, 2003, с. 188-198.

60. Мелентьев В.А. Зарубежный опыт проектирования и эксплуатации хвостохранилищ обогатительных фабрик цветной металлургии. // Обзорная информация. Сер. Обогащение руд цв. Металлургии, вып. 2. М.: М-во цв. Металлургии СССР, 1984, - 44 е., 19 рис.

61. Моисеев И.С. Расчеты земляных плотин, сооружаемых в условиях вечной мерзлоты. В кн.: Опыт проектирования, стр-ва и эксплуатации гидростанций в Сибири, Иркутск: Иркутское кн. Изд-во, 1961,с. 128-136.

62. Моисеев И.С. Расчет температурного режима земляных плотин в районах распространения многолетней мерзлоты. В кн.: Тр./МИСИ.,М.,1959, №29, с.281-293.

63. Мухетдинов Н.А.; Термический режим низовой призмы каменно-набросной плотины. Изв. /ВНИИГ, 1969 , т. 90 ,с.275-294

64. Мызников Ю.Н., Полдомасов Б.Е. Подготовка многолетнемерзлого основания каменно-земляной плотины прорезанного подрусловым таликом.- -Энерг.ст-во, 1981, №4,с.47-53.

65. Насберг В.М. Определение коэффициентов фильтрации неводонасы-щенных грунтов методами наливов и нагнетаний в скважины и шурфы. — Изв. / ТНИСГЭИ, т. 17.1967, с. 72-96.

66. Насонов И.Д. Замораживание фильтрующих горных пород. М.: Недра, 1968.-188с.

67. Ничипорович А. Д. Плотины из местных материалов. — М., Стройиз-дат,1973. 320с.

68. Оносовский В.В. Разработка способов контроля и прогноза работоспособности систем замораживающих устройств на инженерных сооружениях Адычанской ТЭЦ. Отчет о НИР по теме 827-545-П88. ЛТИХП, Л., 1988. 19 с.

69. Оловин Б.А., Медведев Г.А. Динамика температурного поля плотины Вилюйской ГЭС -Новосибирск.-Наука ,1980,-47с.(СО АН СССР. Ин-т мерзлотоведения).

70. Панов С.И., Максимов И.А., Цвик A.M., Толошинов А.В. "Экспериментальные исследования работоспособности глубоких сезоннодействующих охлаждающих устройств на опытном полигоне Вилюйской ГЭС-3",//Гидротехническое строительство, 2002, №12.

71. Панов С.И., Толошинов А.В., Цвик A.M. "Исследование влияния подтопления нижнего бьефа Вилюйской ГЭС-1,2 на деформации каменно-земляной плотины"// Гидротехническое строительство, 2003, № (в печати).

72. Павчич М., Радченко В.Г., Гинзбург М.Б. Противофильтрационные устройства и крепление откосов грунтовых плотин. М.: Энергоиздат 1982, вып.4 -104 с. - (Проектирование и строительство больших плотин).

73. Пантелеев В.Г., Жолнерович В.Г., Очарков А.А., Иванов А.А. Особенности возведения золоотвалов ТЭС при отрицательных температурах воздуха. — Изв. ВНИИГ, 1986, т. 189, с. 51-55.

74. Перлыптейн Г.З. Водно-тепловая мелиорация мерзлых пород на Северо-Востоке СССР. Новосибирск: Наука, 1979.

75. Петров В.Г., Лосев Е.Д. Плотина Колымской ГЭС.- Тр. / Гидропроекта, М., 1973, №34, 78 с.

76. Пехович А.И. Расчет скорости замораживания фильтрующего грунта рядом колонок после смыкания ледогрунтовых цилиндров.-Изв./ВНИИГ 1954.Т.51 ,с. 152-164.

77. Пехович А.И. Расчет скорости замораживания фильтрующего грунта рядом колонок до смыкания ледогрунтовых цилиндров.- Изв. /ВНИИГ, 1958, т.58, с. 187-200.

78. Пехович А.И., Разговорова Е.Л. Ледообразование под давлением в природе. Материалы к 1 Международной конф. по мерзлотоведению. Новосибирск, 1979, с.145-149.

79. Порхаев Г.В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами. М.: Наука, 1970. — 236с.

80. Придорогин В.М. Расчет промерзания грунта вокруг замораживающих колонок в плотинах мерзлого типа. В kh.:V Всесоюзное совещ. семинар по обмену опытом ст-ва в суровых климатических условиях. Красноярск, 1968, т.8, вып,1, с. 53-58.

81. Проскуряков Б.В. Тепловой расчет замораживающей скважины в фильтрующем грунте. Изв. / ВНИИГ, Л., 1951 ,т.45 , с.3-16.

82. Распопин Г.А. Гидротехнические сооружения. Мерзлотные завесы. -Уч. Пособие. Новосибирск: НГАСУ, 1999. 108 с.

83. Рекомендации по комплексному определению теплофизических характеристик строительных материалов. — М.: Стройиздат, 1987. 30 с.

84. Рекомендации по определению теплофизических характеристик торфяных грунтов и расчетам их промерзания и оттаивания. — М.: НИИОПС, 1978. -54 с.

85. Рекомендации по прогнозу теплового состояния мерзлых грунтов. -М.: Стройиздат, 1989. 73 с.

86. Рекомендации по проектированию золошлакоотвалов тепловых электрических станций. П 26-85/ВНИИГ. Л.: Изд-во ВНИИГ им Б.Е.Веденеева,1986.-127 с.

87. Рекомендации по проектированию и строительству плотин из грунтовых материалов для производственного и питьевого водоснабжения в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты. Л.: Стройиздат, 1976. - 112 с.

88. Рекомендации по расчетам температурного режима плотин из грунтовых материалов, возводимых в северной строительно-климатической зоне. П 15-84/ВНИИГ. Л., 1985. - 68 с.

89. Рекомендации по созданию противофильтрационных устройств в грунтовых плотинах мерзлого типа. М.: Ин-т Гидропроект, 1986. 90 с.

90. Розанов Н.Н. Плотины из грунтовых материалов. — М.: Стройиздат, 1983.- 296 е., ил.

91. Руководство по проектированию плотин из грунтовых материалов, возводимых в северной строительно-климатической зоне. ВНИИГ, JI.,1976. -64 с.

92. Юб.Руководство по расчету фильтрационной прочности грунтовых сооружений и оснований. П 59-94 / ВНИИГ С.П., 1995, 109 с

93. Сальников П.И. Об опыте строительства зданий на мерзлых грунтах в г.Чите // Опыт строительства оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах. М.: НИИОСП, 1981. — С.67-68.

94. Смирнов Е.А. Формирование температурного режима и деформации низовой призмы плотины Вилюйской ГЭС. Тр. координац. совещ. по гидро-техн. /ВНИИГ. Л. ,1975 ,вып.Ю1, с. 110-116.

95. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов. / Госстрой СССР. М.: АПП ЦИТП, 1991.-56 с.

96. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах / М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1990 52 с.

97. П.Сысоев Ю.М., Кузнецов Г.И. Проектирование и строительство золоот-валов. М.: Энергоиздат, 1990. - с. 249.

98. Теоретические основы тепло- и хладотехники: ЧII. Теплообмен, Учеб. пособие / Под общ. ред.* Э.И. Гуйго. Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. - 187 с.

99. Теплофизические свойства горных пород. Под ред. Проф. Ершова Э.Д. М.: изд-во МГУ, 1984. - 203 с.

100. Н.Титова В.И. и др. Рекомендации по проектированию и строительству плотин из грунтовых материалов для производственного и питьевого водоснабжения в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты. Тр. / ВНИИВОДГЕО, М.: Стройиздат, 1976 - 123 с.

101. Толошинов А.В., Соловьева А.Г., Томашевский Б.А., Цвик A.M. "Гидравлические условия работы концевого участка крепления в нижнем бьефе совмещенной ГЭС'У/Гидротехническое строительство, 1995, №9.

102. Пб.Толошинов А.В., Цвик А.М., Шерман М.М. "Строительство Вилюйской ГЭС11,// Гидротехническое строительство, 1997, №8.

103. Толошинов А.В., Соловьева А.Г., Цвик A.M., Терешков Н.Н. "Строительство Вилюйской ГЭС",// Гидротехническое строительство, 2001, №11.

104. Трупак Н.Г. Строительство земляных плотин на вечномерзлых грунтах. Гидротехн. стр-во. М.,1970, №9, с.8-11.

105. Трупак Н.Г. Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений. М.: Недра, 1979. - 334 с.

106. Февралев А.В., Янченко А.В. Расчет температурного режима водосливной плотины и ее фильтрующего основания.- Материалы конф. и совещ. по гидротехн. / ВНИИГ. Гидротехн. стр-во в районах вечной мерзлоты и сурового климата. Л.: Энергия, 1979, с.95-100.

107. Филипповский С.М. Расчет замораживающей колонки с учетом изменения температурного теплоносителя по глубине.-Гидротехн. стр-во, 1961, №2, с.42-43.

108. Филипповский С.М. Использование воздуха с естественной отрицательной температурой для замораживания грунтов. Тр. / Сев. отд. ин-та мерзлотоведения, 1962, вып.2 ,с.59-65.

109. Хакимов Х.Р. К вопросу об учете влияния фильтрационного потока при замораживании грунтов. —Гидротехн. стр-во, 1952, №9, с. 12-16.

110. Цытович Н.А., Ухова Н.В., Ухов С.В. Прогноз температурной устойчивости плотин из местных материалов на вечномерзлых основаниях, Л.: Стройиздат,! 972.-141 с.

111. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. М.: Высш.школа,1973, -446с.

112. Цытович Н.А., Кроник Я.А., Лосева С.Г Теплофизические свойства грунтовых смесей, используемых в северном плотиностроении. Тр. коорди-нац. совещ. по гидротехн. /ВНИИГ. Л. ,1977, вып. 117, с.90-93.

113. Чжан Р.В. Проектирование, строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений низкого напора в криолитозоне (на примере Якутии). -Изд-во института мерзлотоведения СО РАН, Якутск, 2000. — 160 с.

114. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М.: Физматгиз, 1962. 456 с.

115. Шадрин Г.С. Исследования замораживания фильтрующих грунтов.-В кн.: Ледотермические вопросы в гидроэнергетике. М.-Л.: Госэнергоиздат,1954, с. 187-207.

116. Шамсундар Н., Сиэрроу Е.М. Применение метода энтальпии к анализу многомерной задачи теплопроводности при наличии фазового перехода. Тр. американского о-ва инженеров-механиков: Русский пер. 1976, сер.С. ,т.97 ,№3, с. 14-23.

117. Шугаева Р.Т. Расчет температурного режима земляных плотин с учетом послойного их возведения. Изв. ВНИИГ, 1971, т. 96, с. 218-224.