Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме

Горохов, Михаил Евгеньевич

Гидротехническое строительство

автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме

кандидата технических наук: Горохов, Михаил Евгеньевич
город: Нижний Новгород
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.23.07

Диссертация по строительству на тему «Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме»

Автореферат диссертации по теме "Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме"

Горохов Михаил Евгеньевич

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА

' КАМЕННО-ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИН ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КОНВЕКЦИЕЙ ВОЗДУХА В НИЗОВОЙ ПРИЗМЕ

Специальность: 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МАЙ 2011

Москва-2011

4845740

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Соболь Станислав Владимирович доктор технических наук, профессор Анискин Николай Алексеевич кандидат технических наук, доцент Куликов Вячеслав Петрович ООО СПИИ "Гидроспецпроект"

Защита состоится «17» мая 2011 г. в часов 50 минут на заседании диссертационного совета Д 212.138.03 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 107066, г. Москва, ул. Спартаковская, д.2/1, ауд. 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета

Автореферат разослан « » апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Г.В. Орехов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Территория севера и северо-востока России, простирающаяся на 11 млн км2 и составляющая 64 % площади страны, подвержена влиянию сурового северного климата и занята вечной мерзлотой (криолитозона). На этой территории сосредоточены основные запасы гидроэнергоресурсов, освоение которых дает возможность обеспечить дешевой электроэнергией развивающиеся отрасли экономики. Здесь построены Мамаканская, Вилюйская-1, II, Усть-Хантайская, Курейская, Колымская ГЭС. Завершается строительство Светлинской ГЭС (Вилюйская ГЭС-Ш), строится Усть-Среднеканская ГЭС, в стадии проектирования находятся Тельмамская, Амгуэмская, Канкунская, Мокская, Эвенкийская (Туруханская) и другие гидроэлектростанции.

Опыт освоения гидроэнергоресурсов северо-востока показал, что наиболее экономичным типом подпорных сооружений гидроузлов являются плотины из местных материалов, в частности, каменно-земляные.

Расположение в зоне вечномерзлых пород является серьезным фактором риска повреждения плотин. Основная причина повреждений грунтовых плотин — недоучет криогенных процессов в теле, основании и в районах примыканий, связанных с изменениями условий теплообмена, температурного режима, физико-технических свойств мерзлых пород, приводящими к развитию термокарста, термоэрозии, наледеобразованиям и т.п.

Анализ работы гидроузлов промышленного водоснабжения в Якутии свидетельствует о том, что более 40% отказов (разрушений) случилось из-за нарушения температурного режима сооружений. Причем в первые три года эксплуатации произошло до 53% отказов, между тремя и пятью годами -31%, остальные - в последующие годы.

Для безаварийной, надежной эксплуатации каменно-земляных плотин в суровых климатических условиях необходимо регулировать их температурный режим с учетом многообразия и взаимосвязи процессов тепло- и массопереноса, протекающих в элементах плотины, основании и зонах сопряжения с бортами долины. Разработка методов такого регулирования является актуальным направлением исследования для северного гидротехнического строительства.

Исследования велись в составе АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» по темам: «Изучение, прогнозирование и регулирование процессов взаимодействия гидроузлов и водохранилищ с окружающей средой в сложных природных условиях», 2007-2008 гг., № гос.рег. 01200703961; «Исследования процессов взаимодействия речных гидроузлов с основаниями и берегами в сложных природных условиях», 2009-2010 гг., № гос.рег. 01200902465; в составе ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по проблеме «Температурно-криогенный режим грунтовых плотин в северной строительно-климатической зоне», госконтракт № П534 на 2010-2012 гг.,

№ гос.рег. 01201001756; а также в составе договорных НИР практической направленности «Выполнить расчеты по оценке и прогнозу фильтрационно-термического режима и статической устойчивости ограждающих дамб хвостохранилищ, дамб маневровых емкостей Мирнинского, Айхальского, Удачнинского, Нюрбинского ГОКов, плотин Иреляхского и Сытыканского гидроузлов» с Акционерной компанией «Алмазы России-Саха», 20052007 гг., «Регулирование температурного режима проектируемой каменно-земляной плотины Тельмамского гидроузла» с ОАО «Ленгидропроект», 2010 г. и др.

Цель работы. Диссертационная работа имеет целью разработку и теоретическое обоснование метода регулирования температурного режима каменно-земляной плотины, основанного на управлении конвекцией воздуха в низовой призме, для обеспечения нормальной, безаварийной эксплуатации сооружения в суровых природно-климатических условиях криолитозоны.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 Изучить и проанализировать известные методы и предложения по регулированию температурного режима грунтовых плотин в криолитозоне.

2 Разработать метод регулирования температурного режима каменно-земляной плотины, основанный на управлении конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

3 Сформулировать математическую модель, модернизировать программный комплекс Nord3D (разработанный на кафедре гидротехнических сооружений ННГАСУ) для применения к расчетному прогнозу температурного режима каменно-земляной плотины с учетом регулирования (управления) конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

4 Выполнить расчетно-теоретические исследования температурного режима талых (фильтрующих) и мерзлых (нефильтрующих) каменно-земляных плотин с учетом регулирования их температурного режима путем управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме разработанным методом для обоснования его технической эффективности.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1 Предложен новый метод регулирования температурного режима каменно-земляных плотин, возводимых в криолитозоне. Метод основан на управлении конвекцией воздуха в низовой упорной призме плотины.

2 Впервые в температурных расчетах каменно-земляных плотин учтен процесс искусственного регулирования движения воздуха в порах каменной наброски низовой призмы.

3 Подвергнут модернизации программный комплекс Nord3D, разработанный на кафедре гидротехнических сооружений ННГАСУ для расчета температурного режима каменно-земляных плотин, а именно:

- разработан редактор автоматизированной подготовки данных для расчета температурного режима каменно-земляных плотин по программе Nord3D из системы AutoCad;

- перестроена (адаптирована) программа расчетов Nord3D применительно к прогнозу регулируемого температурного режима каменно-

земляной плотины с учетом управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме на основе заранее составленного сценария такого управления;

- усовершенствован редактор визуализации расчетных температурных полей с учетом включения мероприятий по регулированию конвекции воздуха в низовой призме плотины.

4 Впервые получены результаты прогноза температурного режима талой (фильтрующей) и мерзлой (нефильтрующей) каменно-земляных плотин с учетом его регулирования путем управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме. Доказано, что регулирование дает положительный эффект обеспечения бесперебойной работы противофильтрационного грунтового элемента в штатном проектном режиме эксплуатации как талой (фильтрующей), так и мерзлой (нефильтрующей) плотин.

Выполненные исследования имеют расчетно-теоретический характер. Достоверность научных результатов, полученных в работе, подтверждается соответствием их современным научным представлениям о поведении каменно-земляных плотин в криолитозоне, использованием апробированных методик расчетов, качественной и количественной сходимостью прогнозных температурных полей с натурными данными по конкретным объектам.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный метод регулирования температурного режима каменно-земляных плотин при его применении позволяет обеспечить штатный (проектный) режим эксплуатации плотин в суровых природно-климатических условиях криолитозоны, а модернизированный программный комплекс - провести расчетный прогноз и обосновать температурный режим каменно-земляных плотин в условиях его регулирования. Результаты работы предназначены для использования при проектировании, строительстве и эксплуатации гидроузлов различного назначения с каменно-земляными плотинами в северо-восточных районах страны.

Внедрение результатов исследований осуществлено в процессе их проведения. По заказу АК «Алмазы России-Саха» выполнены прогнозные расчеты на долгосрочный период температурного режима грунтовых (в том числе каменно-земляных) плотин и дамб хвостовых хозяйств Удачнинского, Мирнинского, Айхальского, Нюрбинского горнообогатительных комбинатов, плотин Иреляхского и Сытыканского гидроузлов, в том числе с регулированием температурного режима при участии автора; результаты переданы в компанию для использования в мониторинге безопасности сооружений. Разработанный метод регулирования температурного режима применен к талому и мерзлому вариантам каменно-земляной плотины Тельмамского гидроузла; результаты переданы в ОАО «Ленгидропроект» для использования при вариантном проектировании плотины. Модернизированный программный комплекс Ыоп130 задействован в прогнозе температурного режима грунтовых массивов вдоль нефтепровода «Восточная Сибирь - Тихий океан» по заданию ООО «Центр исследований

экстремальных ситуаций». Элементы работы использованы также в учебном процессе ННГАСУ путем включения в спецкурсы и применения при выполнении выпускных квалификационных работ по специальности «Гидротехническое строительство».

Апробация работы проведена в виде докладов и обсуждений основных результатов на конференции «Сессия молодых ученых», Н.Новгород, 2008 г.; научном конгрессе Международного научно-промышленного форума «Великие реки», Н.Новгород, 2004, 2010 гг.; симпозиуме «Аюуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений», Н. Новгород, 2007 г.; всероссийской конференции «Актуальные проблемы строительной отрасли», Новосибирск, НГАСУ, 2008 г.; в ОАО «Институт ЯкутНиПроалмаз», Мирный, 2006 г.; в ОАО «Ленгидропроект», С.-Петербург, 2010 г.; в ООО «Центр исследований экстремальных ситуаций» (ЦИЭКС), Москва, 2010 г.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 11 научных работах, в том числе в трех изданиях, рекомендованных ВАК.

Оформлена заявка на патент с формулировкой изобретения: «Плотина из грунтовых материалов». Заявка подана от лица ННГАСУ. Приоритет установлен Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Роспатент) от 06.07.2010 г., входящий номер 039662, регистрационный номер 2010127897.

Личный вклад соискателя заключается в постановке цели и формулировании задач диссертационного исследования, в разработке метода регулирования температурного режима, в подготовке (модернизации) программного комплекса для расчетов, в расчетно-теоретическом обосновании метода регулирования на конкретных объектах, в систематизации результатов теоретических исследований и подготовке выводов.

На защиту выносятся:

1 Положение о необходимости регулирования температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне.

2 Метод регулирования температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

3 Методика и программа компьютерного прогноза температурного режима каменно-земляной плотины талого и мерзлого типов в условиях его регулирования по разработанным сценариям.

4 Результаты расчетно-теоретических исследований регулируемого температурного режима для проектируемых талой (фильтрующей) и мерзлой (нефильтрующей) каменно-земляных плотин Тельмамского гидроузла, показывающие техническую эффективность предлагаемого метода регулирования.

приложения. Работа содержит 190 страниц основного текста, в том числе 18 таблиц и 112 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются ее цель, задачи исследования, излагается научная новизна и практическая значимость работы, описывается реализация результатов исследований, сообщается об апробации работы, указывается личный вклад автора, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены принципы строительства грунтовых плотин в криолитозоне, температурный режим действующих каменно-земляных и каменнонабросных плотин на момент их строительства и в период эксплуатации, рассмотрены варианты регулирования температурного режима каменно-земляных плотин конструктивно-технологическими методами. Актуализировано избранное направление исследований.

Строительство грунтовых плотин в криолитозоне ведется по двум принципам: по принципу I получается плотина мерзлого типа, ее называют нефильтрующей; по принципу II получается плотина талого типа, ее называют фильтрующей.

В грунтовых каменно-земляных плотинах, построенных в криолитозоне, протекают сложные процессы тепло-массообмена, определяющие температурный режим плотин в период их эксплуатации. Описанный в первой главе температурный режим в плотинах Усть-Хантайской, Вилюйской I, II, Колымской и Курейской гидроэлектростанций формировался при отсутствии его регулирования. Как показала практика эксплуатации этих плотин, основная причина возникновения нештатных ситуаций - недоучет криогенных процессов в теле плотин, их основаниях и в районах примыкания к берегам. Изложенное приводит к однозначному выводу о том, что температурный режим каменно-земляных плотин в криолитозоне имеет первостепенное значение в обеспечении их надежной, безаварийной эксплуатации.

В нашей стране в предшествующие годы научными коллективами многих организаций велись пионерные исследования температурного режима грунтовых плотин, возводимых в суровых климатических условиях. Этой теме, начатой трудами Е.В. Близняка, Б.В. Проскурякова, H.A. Цытовича, П.А. Богословского, Г.С. Шадрина, посвятили свои работы В.И. Белан, А.К. Битюрин, В.Н. Бухарцев, В.Д. Букатников, Г.Ф. Биянов, H.H. Гераськин, Е.С. Гоголев, A.JI. Гольдин, Я.В. Горелик, В.Н. Грандилевский, P.M. Каменский, O.A. Когодовский, И.Ф. Кривоногова, Я.А. Кроник, Г.И. Кузнецов, В.П. Куликов, В.И. Макаров, И.А. Максимов, Ю.Н. Мызников, Б.А. Оловин, С.И. Панов, В.А. Пехтин, JI.H. Рассказов, И.С. Соболь, C.B. Соболь, А.П. Ставровский, A.C. Тетельбаум, В.И. Титова, A.B. Февралев, Г.М. Фельдман, А.Б. Ферингер, Л.Н. Хрусталев, A.M. Цвик, Р.В. Чжан, Р.Т. Шугаева, Г.Л. Шульц, A.B. Янченко и другие ученые. Созданием методик прогнозирования температурного режима каменно-

земляных и каменнонабросных плотин занимались H.A. Мухетдинов, В.А. Жданов, И.С. Клейн, Ф.П. Хаглеев, E.H. Горохов, В.В. Агеева, H.A. Анискин, A.M. Цыбин и др. Теоретические разработки инженерных методов регулирования температурного режима земляных и каменно-земляных плотин представлены в публикациях и авторских свидетельствах

B.П. Ягина, И.А. Максимова, H.A. Мухетдинова, A.M. Цвика, С.В. Соболя, А.К. Бипорина, A.B. Февралева, E.H. Горохова, В.А. Пехтина, А.А Серова,

C.И. Панова и др.

Результаты многих исследований были использованы в практике проектирования гидроузлов различного назначения на Севере.

Регулирование температурного режима грунтовых плотин мерзлого типа осуществляется с помощью сезоннодейсгвующих охлаждающих устройств (СОУ). С помощью этих устройств в теле и основании плотины создаются противофильтрационные мерзлотные завесы, исключающие пагубную для плотин фильтрацию воды. Основной причиной, приводившей неоднократно к авариям на мерзлых плотинах, являлось нарушение цельности мерзлотной завесы в теле плотины и ее сопряжении с вечномерзлым основанием. Это происходило, прежде всего, из-за низкой надежности замораживающих устройств. В некоторых случаях, как, например, на Иреляхской и Сытыканской плотинах, основание, начиная со стороны водохранилища, протаяло на глубину ниже мерзлотной завесы и под ней происходит интенсивная фильтрация воды, которую трудно предотвратить. Сложившаяся ситуация способствует укоренению в инженерных кругах мнения о непреодолимости трудностей на пути практического достижения надлежащей надежности мерзлых плотин посредством известных и экономически приемлемых технических решений по конструктивно-технологическому регулированию их температурного режима.

Регулирование температурного режима грунтовых плотин талого типа предлагалось осуществлять для предотвращения образования многолетней мерзлоты в оголовке противофильтрационнош устройства (выше кривой депрессии) до деятельного слоя (перелеток) в гребне плотины; перемерзания переходных зон; перемерзания дренажей (если они есть); просадок в теле плотины в результате образования временных слоев мерзлых пород с последующим оттаиванием в процессе строительства и эксплуатации сооружения. Несмотря на просматривающиеся достоинства существующих предложений по регулированию температурного режима талых грунтовых плотин конструктивно-технологическими методами, нельзя не отметить ряд отрицательных факторов, присущих им. Это необоснованность прогнозными температурными исследованиями; конструктивная сложность; высокая затратность (стоимость) не только на этапе строительства, но и на этапе эксплуатации сооружения; невысокая (неопределенная) надежность обогревающих устройств. В силу указанных причин эти предложения практического воплощения в северном гидроэнергостроительстве не получили.

Сложность и практическая бесперспективность регулирования температурного режима каменно-земляных плотин конструктивно-технологическими методами отмечалась учеными и практиками вместе с очевидной необходимостью регулирования. Напротив, наиболее действенным и приемлемым направлением признается регулирование температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме.

Во второй главе проанализированы возможности регулирования температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне путем управления конвекцией воздуха в низовой призме. Предложен и описан новый комбинированный метод.

В низовой призме фильтрующей каменно-земляной плотины желательно круглый год поддерживать положительную температуру, чтобы профильтровавшаяся вода через ядро (экран) не замерзала и беспрепятственно отводилась в нижний бьеф. В нефильтрующей плотине, наоборот, для поддержания в мерзлом состоянии ядра в низовой призме желательна круглый год отрицательная температура. Поэтому в теплый период года поступление внешнего воздуха в низовую призму фильтрующей плотины должно допускаться, а в нефильтрующей плотине - прекращаться. В холодный период года, наоборот, поступление внешнего воздуха в низовую призму фильтрующей плотины должно прекращаться, а в нефильтрующей плотине - допускаться.

Изучив предлагавшиеся приемы регулирования температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне путем управления конвекцией воздуха в низовой призме, явившиеся в свое время новыми и перспективными, нельзя не отметить тот факт, что они не были обоснованы ни расчетно-теоретическими, ни модельными, ни натурными исследованиями и остались на уровне предложений. При этом открылись возможности для развития и совершенствования метода регулирования температурного режима каменно-земляных плотин путем управления движением воздуха в низовой призме. А для внедрения метода в проектную и эксплуатационную практику осталась необходимость его расчетно-теоретического обоснования.

На основании совокупности известных идей в диссертационной работе предлагается метод регулирования температурно-фильтрационного режима каменно-земляной плотины, основанный на управлении термогравитационной конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

Существо метода регулирования заключается в следующем. Для фильтрующей (талой) плотины (рисунок 1) целью регулирования является недопущение перемерзания переходных зон со стороны низовой призмы, а также уменьшение замерзания верхней части ядра в период эксплуатации плотины. Регулирование обеспечивается следующими мероприятиями:

а) для снижения естественной конвекции воздуха в низовой призме и, тем самым, уменьшения глубокого охлаждения призмы в холодный период

года откос низовой призмы покрывается плащом, слоем мелкого камня (карьерная мелочь или песчано-гравийная смесь);

б) для гарантированного поддержания части низовой призмы вблизи переходной зоны в талом состоянии в низовой призме с помощью воздухонепроницаемого экрана, выполненного из прорезиненной ткани или сцементированного камня, создается зона сезонноактивной конвекции («труба»), которая включается в действие в теплый период года;

в) верхний вход в «трубу» снабжается открывающимся-закрывающимся ангаром, нижний вход - таким же ангаром или временным воздухонепроницаемым покрытием.

1 - талое ядро из суглинка или центральная зона из супеси с переходными зонами; 2 -верховая каменно-наброснзя призма; 3 - переходная зона с ВБ; 4 - переходная зона с НБ; 5 - «плащ» (карьерная мелочь или песчано-гравийный грунт); б - воздухонепроницаемый экран; 7 - зона низовой призмы с сезонноразвитой конвекцией; 8 - ангар; 9 - зона установки съемного воздухонепроницаемого покрытия (или ангара) Рисунок 1 - Регулирование температурного режима талой каменно-землянной плотины предлагаемым комбинированным способом

Включение системы в работу осуществляется следующим образом.

В теплый период года ангар, находящийся на гребне плотины, открывается, дополнительно на низовом откосе в месте выхода «трубы» снимается воздухонепроницаемое покрытие (или открывается ангар), после чего возникает проточная конвекция в зоне низовой призмы из крупнозернистой каменной наброски. Для усиления конвекции в нижнем ангаре возможно создание разряжения до минус 1 кгс/м2 (например, с помощью вытяжных вентиляторов). Это разрежение приведет к возникновению эффекта аэродинамической трубы между экраном, водой нижнего бьефа в низовой призме и ядром, с повышенными скоростями движения воздуха в порах этой «трубы» в нужный - теплый период года.

В холодный период года ангар на гребне плотины закрывается, дополнительно внизу низового откоса устанавливается воздухонепроницаемое покрытие (или закрывается там ангар), после чего проточная конвекция в зоне низовой призмы прекращается. Остается возможной только ограниченная термогравитационная конвекция, вызванная плотностной стратификацией порового воздуха из-за разностей его температур.

Для нефилыпрующей (мерзлой) плотины (рисунок 2) регулирование температурного режима осуществляется аналогично, как для талой плотины, за исключением того, что ангар, находящейся на гребне плотины, открывается в холодный период года, дополнительно внизу низового откоса снимается воздухонепроницаемое покрытие (или открывается ангар). В теплый же период года верхний ангар закрывается, дополнительно на низовом откосе устанавливается воздухонепроницаемое покрытие (или закрывается нижний ангар).

1 - мерзлое ядро из суглинка или центральная зона из супеси с переходными зонами; 2 -верховая каменно-набросная призма; 3 - переходная зона с ВБ; 4 - переходная зона с НБ; 5 - «плащ» (карьерная мелочь или песчано-гравийный грунт); 6 - воздухонепроницаемый экран; 7 - зона низовой призмы с сезонноразвитой конвекцией; 8 - ангар; 9 - зона

установки съемного воздухонепроницаемого покрытия (или ангара) Рисунок 2 - Регулирование температурного режима мерзлой каменно-землянной плотины предлагаемым комбинированным способом

Помимо основной функции применением описанного метода минимизируется заполнение пор низовой призмы льдом из-за осадков и сублимации.

С целью не снижения устойчивости низовой призмы, для регулирования температурного режима каменно-земляной плотины предлагается воздухонепроницаемый экран выполнить так, как показано на рисунке 3, причем отметка этого экрана со стороны ядра должна быть ниже, чем в месте сопряжения его с низовым откосом. Для исключения свободной круглогодичной конвекции воздуха в низовой призме низовой откос покрывается воздухонепроницаемым покрытием, который дополнительно предотвращает попадание атмосферных осадков и талой воды в низовую призму. Аналогично верхний вход в зону с сезонно-развитой конвекцией снабжается открывающимся-закрывающимся ангаром, нижний вход - таким же ангаром или временным воздухонепроницаемым покрытием (рисунок 3). Включение системы в работу производится таким же образом.

Для оценки технической эффективности метода привлечена доказательная база в виде математической модели температурного режима каменно-земляной плотины (талой и мерзлой), представленной в следующей главе диссертации.

а) для талой каменно-землянной плотины; б) для мерзлой каменно-землянной плотины

1 - ядро; 2 - верховая каменно-набросная призма; 3 - переходная зона с ВБ; 4 — переходная зона с НБ; 5 - воздухонепроницаемое покрытие; б - воздухонепроницаемый экран; 7 - зона низовой призмы с сезонноразвитой конвекцией; 8 - ангар; 9 - зона установки съемного воздухонепроницаемого покрытия (или ангара) Рисунок 3 - Регулирование температурного режима предлагаемым комбинированным способом для районов с повышенной сейсмической активностью

В третьей главе диссертации сформулирована прогнозная модель температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне, которая включает в себя физическую, математическую и численную модели.

Применение прогнозной модели нацелено на получение температурных профилей и векторных полей фильтрации в вертикальных поперечных сечениях плотины на различные моменты времени прогноза с учётом природно-климатических особенностей района строительства и процесса колебания уровня верхнего бьефа.

Согласно общей физической модели температурный режим в грунтовых зонах плотины формируется под влиянием теплопроводности, конвективного переноса тепла при фильтрации воды, таяния-замерзания поровой влаги (льда или воды); в призмах из каменной наброски - под влиянием межпороЕой конвекции воздуха, конвекции воды, фазовых превращений поровой влаги, теплопроводности каменной наброски, теплообмена внутри ее отдельностей, теплообмена между отдельностями и содержимым пор.

Математическая модель представлена дифференциальными уравнениями (таблица 1), справедливыми для фиктивной среды с физическими характеристиками, соответствующими среднеинтегральным

параметрам реальной среды. Уравнения систематизируются по элементам плотины: для низовой призмы; для грунтового противофильтрационного элемента, мелкодисперсных слоев переходной зоны, основания и берегового массива примыкания; для верховой призмы плотины. В общем случае рассмотрена трехмерная постановка задачи тепло-и массопереноса.

В уравнениях (1-12): Я, - коэффициент теплопроводности; $ к Т -температура скелета каменной наброски и порового воздуха; / - время; V, -первая производная по времени 5/5/; Я - относительная льдистость каменной наброски, представляющая собой отношение веса льда в некотором объеме каменной наброски к весу воды в том же объеме; Ь - скрытая теплота плавления льда и замерзания воды. Ь=336 кДж/кг; р, - плотность; и,, и у, и,- компоненты вектора скорости фильтрации воздуха; й, - насыщенноть пор каменной наброски 1-м веществом; У1/г - оператор Гамильтона; С, -

удельная теплоемкость; /3- коэффициент объёмного расширения воздуха; уа - удельный вес атмосферного воздуха вблизи плотины (в пределах её высоты); ЛТ— разность температуры воздуха в каменной наброске и вне её -температуры атмосферного воздуха Та {&-Т = Т-Та)\ Р- избыточное давление над атмосферным; К- коэффициент фильтрации; Н- напор; Уу, V, - компоненты вектора скорости фильтрации воды; а„ - коэффициент теплоотдачи с единицы поверхности поровых каналов.

В уравнениях (1-12) индексы обозначают принадлежность: а-атмосфере; в - воздуху; гр - грунту; к - камню; н - каменной наброске; ж -жидкости (воде); л - льду; м - мерзлому грунту; т - талому фунту; х,у,г -прямоугольным декартовым координатам; г - /-вому веществу; / - времени.

Краевые условия (начальные и граничные) должны быть назначены для расчетов фильтрации воды в водоупорном грунтовом элементе плотины, в основании; полей давления воздуха и плотности водяного пара в надводных зонах упорных призм; ■ полей температуры (скелетообразующих и движущихся фаз) во всей плотине, ее основании.

Начальные условия. Начальное температурное состояние каменно-земляной плотины назначается по данным натурных наблюдений или, например, по результатам предварительного (на конец строительного периода) прогноза. За начальное температурное состояние в основании принимается среднемноголетнее температурное поле, существовавшее до возведения плотины. В начальный момент времени низовая призма предполагается или сухой, т.е. в ее порах отсутствует вода и лед, или используются натурные данные о содержании поровой влаги в низовой призме. Так как в основании и грунтовом водоупорном элементе (ядре или экране) плотины рассматривается установившаяся фильтрация, то начальные значения напора в этих элементах принимаются произвольными. То же относится и к верховой призме.

Подводная зона верховой призмы Грунтовые водоупорный элемент, основание и береговой массив Низовая призма и надводная зона верховой призмы плотины

9 Уравнения теплопере-носа << •о в X л Уравнения теплопереноса Уравнения теплопереноса

О В> !1 ю ю И о X 3 3 л ёй Е 8 я ш X я ш ш § Уравнения движения парогазовой смеси » ю II п О % и « со &В « ? » 2 В § 1 я » 3 я я а в 111 5 о Ч Я » Л

< к я < + < 4 Я < ч 5 + < N Я < II 0 ^ II 1 * < ^ II 1 * < ч * II 1 * <1 а; < "ч + < "ч + < V ч + ар* "ч II 1 а Я Г 5 I а 0 * < II < и < * + < ч < ч V_' + < N £ < N <<Э + й Я 1 + Ъ ь а < Я < К + 0 ч я < ч з + < я < 3 II р ^ II 1 * < * а: и 1 * < 4 а: и 1 * < N ¡С о < Чэ II < н •8 <! к + < ч ■Й < ч йэ + < N <5 N + "й а о- ^ (м < И < * £ < * + < V ■а < ч Чо + < 1 «р йэ + ч^ < ч <о + ч^ < л < <о II г-< + < ч /—Ч г-< ч & + г- < & с Со <1 н к» + ^ 1 % + л. 1 Ъ . > ч ! ы + 1 < 1 \ 1 + < ц + < + > + < «3 р с: Ч: И 1 + ^ < ^ ч + н х- ^ + ч < ^ ~ + 2 < 1 + ч та > ч ч 1* II 1 1 ^ + м £ 1! * * з < 1 ^ Ч! П + та + ч > •Э 1 "1 > X1 5 < I -ц ,< 3 1 ^ 1 1 < 1ч < н < и + < ч < ч ■—' + < < ы + Ч х|> > 1 а о < < Ч ч < ч + я 1с: __< ч и 1 <? й .о- Ч ■ 1 о ^ < II < < й + < Чг < V & < + Я >4 1 «о + > 3 о 1 в- А < < II < ч ? < 1—• + < < V + < + Я Я 1 -55

_< >0 ч ъ II о

(9а) (10а) о ОО 0\ 1л з м 8

Аналогичны уравнениям (9) и (10) 11 - г 14 1? I! 1| * § £ О » я ¥ ё X в- § «Ь а " I * § ё 5 я 11 11 II В ю ¿1 2 «51 - н + е -о I 1 а р ё ? п I 3 п — о ^ 1 ^ Ы 1 + тз а р V ж О ?

■е-•е-

Граничные условия для температурной задачи назначаются следующим образом (рисунок 4).

1 - плотина; 2 - верхний бьеф; 3 - нижний бьеф; 4 - ядро; 5 - ангар на гребне плотины; 6 -воздухонепроницаемый экран; 7 - «плащ» (карьерная мелочь или песчано-гравийный грунт); 8 - съемное покрытие (или открывающийся ангар); 9 - направление нормали к воздухонепроницаемой границе Рисунок 4 - Граничные условия при постановке задач теплопереноса и фильтрации воздуха в расчетной области каменно-земляной плотины (идентифицированы номерами уравнений, приведенных в тексте. В круглых скобках для задачи теплопереноса, в квадратных - для задачи фильтрации воздуха)

На верхней границе:

а) на смоченной поверхности сооружений задается условие I рода:

3 = 9{x,y,z,ty,T = T{x,y,z,t), (13)

причем в верхнем бьефе - в зависимости от глубины воды и времени:

& = T = TBB(y,t), (14)

а в нижнем бьефе - от времени:

5 = г = гж(0; (15)

б) на сухой поверхности сооружений задается условие III рода. Тепловой поток через поверхность надводных откосов плотины или берега в этом случае будет равен:

- Я • V,^ = а(9п -ТЛ), (16)

где Я - коэффициент теплопроводности материала откоса: Л = Л„ -для каменной наброски или Я = Лгр - для грунтовых откосов; 1 - нормаль к

поверхности откоса плотины или берега; а - коэффициент теплоотдачи от атмосферного воздуха, имеющего температуру Тл, к поверхности сооружения, имеющей температуру Эп.

На боковых границах расчетной области принимается одномерность теплового потока (адиобатическая поверхность):

V,5 = 0; V7 = 0; (17)

Vz& = 0; УгТ = 0. (1В)

На нижней границе (которая выбирается на таком расстоянии от основания, чтобы за период времени, в течение которого исследуется температурный режим сооружения, значения температуры на нижней границе расчетной области не изменились бы) задается условие I рода:

■9(x,y,z,t) = const; T(x,y,z,t) = const. (19)

Граничные условия фильтрации воздуха в порах каменной наброски (при вычислении избыточного давления воздуха в порах) задаются следующим образом:

• на необводненных откосах обеих призм плотины, при свободной конвекции воздуха в порах каменной наброски избыточное над атмосферным давление равно нулю:

P(x,y,z,t) = 0. (20)

• на гребне (см. рисунок 4) в зоне ангара:

а) когда ангар открыт для управления конвекцией в «аэродинамической» трубе, принимается либо условие (20), либо, если в ангаре будут подключены вытяжные вентиляторы (для усиления эффекта управления конвекцией воздуха в «аэродинамической трубе»), условие:

P(x,y,z,t) = -N; (21)

где N - величина избыточного (пониженного) над атмосферным давления воздуха в ангаре;

б) когда ангар закрыт (для исключения проточной конвекции в «аэродинамической трубе» в соответствующий период по схеме регулирования):

0, (22) где U, - составляющая вектора скорости фильтрации воздуха, нормальная к границе; / - нормаль к этой границе.

При горизонтальном гребне условие (22) запишется в виде:

иу=-~<УуР + уА/ЗЬТ) = 0. (23)

• на гребне вне ангара (см. рисунок 4) принимается граничное условие (20);

• в зоне съемного покрытия низового откоса (см. позицию 8 на рисунке 4)

а) когда покрытие разобрано (откос открыт для проникновения атмосферного или выхода порового воздуха согласно схеме регулирования), принимается условие (20);

б) когда покрытие собрано (откос закрыт для проникновения воздуха), принимается условие (22);

• на внутренних воздухонепроницаемых границах (границах по контакту каменой наброски с основанием или по поверхности бьефов; по контакту каменной наброски с ядром, с поверхностью берега или воздухонепроницаемого экрана, образующего «аэродинамическую трубу» внутри низовой призмы) составляющая вектора скорости движения воздуха, нормальная к границе, должна быть равна нулю - условие (22).

Граничные условия фильтрации воды принимаются следующим образом:

• на непроницаемых для воды границах:

V,// = 0, (24)

где / - нормаль к границе;

• на границах водных бассейнов:

Н (х, у, z) = const. (25)

1 - ядро; 2 и 3 - боковые призмы из каменной наброски; 4 - верхний бьеф; 5 - нижний бьеф; 6 - граница раздела между мерзлыми и талыми фунтами; 7 - боковые и нижняя

границы расчетной области; 8- нормаль к границе Рисунок 5 - Граничные условия при постановке задачи фильтрации воды в расчетной области каменно-земляной плотины (идентифицированы номерами уравнений в тексте)

Граничные условия фильтрации воды для расчетной схемы каменно-земляной плотины (рисунок 5) назначаются, исходя из условий (24) и (25), следующим образом:

• на обводненном откосе плотины и дне водохранилища:

Я = Я,, (26)

• на обводненном откосе и дне нижнего бьефа:

Н = Н2, (27)

где Htw Н2- уровни воды в верхнем и нижнем бьефах;

• на низовой грани ядра предполагается распределение пьезометрического напора:

Н2 <//=//(>■,/)<Я,-АЛ, (28)

где Ah - падение напора по линии депрессии;

• на боковых и нижней границах и границах зон оттаивания -условие (24);

• для боковых границ:

VxH = 0; (29а)

VZH = 0. (296)

Для численного решения задачи температурного режима каменно-земляной плотины применен традиционный для кафедры гидротехнических сооружений ННГАСУ метод конечных разностей. Реализована неявная схема, в которой при аппроксимации дифференциальных операторов по пространственным переменным используются только значения какой-либо функции «Ф» для искомого («настоящего») момента времени. Для аппроксимации дифференциального оператора по временной переменной применена двухслойная схема, при которой используется значение функции только для искомого («настоящего») и предыдущего («прошлого») моментов времени. Таким образом, производная аппроксимируется шагом назад.

В четвертой главе представлен программный комплекс Nord3D численного моделирования температурного режима каменно-земляных плотин, разработанный в ННГАСУ и модернизированный автором. Модернизация программного комплекса Nord3D осуществлена применительно к прогнозу регулируемого температурного режима каменно-земляной плотины с учетом управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

Программный комплекс (ПК) Nord3D написан на языке программирования Visual Basic v. 6.0 фирмы Microsoft и структурно состоит из трех функционально независимых блоков: блока подготовки исходных данных EdilColors; вычислительного блока, представленного программой Nord3DCalc; блока графической обработки данных численного моделирования, представленного программой Nord3DView.

Программа EdilColors подвергнута модернизации в диссертационной работе: подготовка данных автоматизирована на основе их обработки в системе AutoCAD.

Программа Могс13ВСа1с осуществляет выполнение двух задач: определения теплофизических (и других) свойств грунтовых материалов, слагающих объект исследования, и задания внешних возмущающих факторов, характерных для природноклиматических условий района размещения объекта; собственно моделирования температурно-фильтрационного режима исследуемого объекта на основе численного решения системы уравнений тепло- и массопереноса совместно с краевыми условиями. Программа Ыогс!ЗОСа1с позволяет проводить прогноз температурно-фильтрационного режима плотин с учетом колебания уровней воды в бьефах и изменения природноклиматических характеристик во времени. При этом могут быть рассмотрены плотины каменно-земляные, каменнонабросные, а также сопряжения плотин с берегами или с другими сооружениями, входящими в состав гидроузлов. Эта программа в диссертации адаптирована возможностью проводить прогноз температурно-фильтрационного режима каменно-земляной плотины с учетом его регулирования методом управления конвекцией воздуха в низовой призме.

Программа №>гс130У{елу осуществляет графическую интерпретацию (представление) данных численного моделирования температурно-фильтрационного режима исследуемого объекта, полученных программой КогёЗБСак, путем построения температурных профилей и векторных полей фильтрации воды и воздуха в любых запрашиваемых сечениях. Редактор визуализации расчетных температурных полей в диссертации усовершенствован для учета мероприятий по регулированию температурного режима.

Достоверность результатов, получаемых программным комплексом Иогс1Ю, проверена путем сопоставления данных моделирования температурного режима с данными натурных наблюдений для эксплуатируемой каменно-земляной плотины Вилюйской ГЭС-1, 2, каменно-земляной плотины маневровой емкости Мирнинского ГОКа и других объектов. При этом расхождение результатов вычислений температуры и показаний температурных датчиков в одноименных точках плотин в течение одного календарного года не превысило 20%. Таким образом, реально считать, что при моделировании температурного режима программным комплексом ЫогсВО для целей настоящего исследования достигается достоверность с ошибкой не более 20% против натурных данных.

В пятой главе изложены результаты моделирования регулирования температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме. Показана техническая эффективность и малозатратность предложенного способа регулирования температурного режима.

В качестве объекта исследования и применения предложенного метода регулирования температурного режима выбрана русловая каменно-земляная плотина Тельмамского гидроузла на р. Мамакан. По температурному состоянию плотина талая, предполагающая свободную

фильтрацию воды через ядро с беспрепятственным отведением ее в нижний бьеф по переходным зонам.

Моделированию подвергнут температурный режим плотины для двух случаев:

а) когда он не регулируется;

б) когда он регулируется предлагаемым в диссертации способом.

Расчет температурного режима выполнялся с дискретизацией

времени шагом в 1/3 календарного месяца, а параметры фильтрационного потока уточнялись расчетом с шагом в один календарный месяц. Велось рассмотрение трех сечений по продольной оси ОХ, при этом расчету подвергалось только среднее сечение, а крайние служили лишь для аппроксимации граничных условий на боковых по направлению оси ОТ границах. Т.е. фактически получалось решение для плоских (двумерных) условий поперечного сечения плотины. Результаты расчетов для эксплуатационного периода представлены в виде температурных полей в расчетном сечении плотины.

Анализ прогнозного температурного режима плотины показал: имеется опасность перемерзания первой переходной зоны; перемерзание может привести к образованию промежуточного бьефа за ядром плотины и к прорыву перемерзшей переходной зоны с выносом части ее в низовую призму, что приведет к просадке переходных слоев и образованию провалов на гребне плотины (рисунок 6). Подобное опасное явление уже наблюдалось, например, на плотине Колымского гидроузла.

апреле восьмого расчетного года

Для той же талой русловой плотины Тельмамского гидроузла применен разработанный метод регулирования температурного режима и проведена серия расчетов с учетом управления конвекцией воздуха в низовой призме. Анализ температурных полей показал, что на протяжении всего рассмотренного периода эксплуатации плотины приядерная зона низовой призмы в условиях регулирования конвекции будет находиться в гарантированно-талом состоянии (рисунки 7, 8). Это обстоятельство вызвано нужным направлением движения воздуха в образовавшейся в теплый период года «аэродинамической трубе» (см. векторные поля на рисунке 9).

апреле восьмого расчетного года при регулировании температурно-фильтрационного

апреле восьмого расчетного года при регулировании температурно-фильтрационного _режима (вариант с горизонтальным воздухонепроницаемым экраном)_

Рисунок 9 - Векторное поле фильтрации воды (векторы окрашены в красный цвет) и

воздуха (векторы окрашены в черный цвет) в русловой Теяьмамской плотине при регулировании температурно-фильтрационного режима в теплый период года (июль)

Таким образом, можно сделать вывод о том, что предложенный способ регулирования температурного режима в условиях талой русловой Тельмамской плотины оказывается весьма эффективным.

Аналогично выполнены прогнозные расчеты температурного режима для варианта пойменной мерзлой плотины Тельмамского гидроузла. Результаты свидетельствуют о том, что на 10 году эксплуатации мерзлой плотины в условиях регулирования температурного режима ядро находится в гарантированно мерзлом состоянии даже при неработающей мерзлотной завесе (рисунок 10).

в апреле десятого расчетного года при регулировании температурно-фильтрационного

режима

Таким образом, многовариантные расчетно-теоретические исследования показали, что регулирование температурного режима как талой, так и мерзлой каменно-земляной плотины в условиях Тельмамского гидроузла предложенным способом оказывается технически эффективным.

В предварительном порядке на базе укрупненных показателей определена сметная стоимость плотины проектируемого Тельмамского гидроузла с системой регулирования температурного режима, предложенной в диссертации. При этом стоимость собственно мероприятий по регулированию температурного режима составляет 0,7 % сметной стоимости плотины.

В приложении помещены документы, подтверждающие практическое использование результатов диссертационной работы в северном гидротехническом строительстве и в учебном процессе ННГАСУ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Анализ поведения каменно-земляных плотин в криолитозоне показывает, что их нормальная безаварийная эксплуатация во многом определяется их температурным режимом. Так для «талых» - фильтрующих плотин должен быть обеспечен проектный режим фильтрации воды через противофильтрационное фунтовое ядро с беспрепятственным ее отводом в нижний бьеф через гарантированно находящиеся в постоянно талом состоянии переходные зоны. Для «мерзлых» же каменно-земляных плотин -наоборот должна быть гарантирована невозможность оттаивания мерзлой водонепроницаемой центральной фунтовой зоны плотины на весь период ее эксплуатации. Это в большинстве случаев возможно только при искусственном регулировании температурного режима плотин.

2 Разработан метод регулирования температурного режима как «талых», так и «мерзлых» каменно-земляных плотин, позволяющий гарантировать штатный проектный режим их работы в суровых природно-климатических условиях криолитозоны. Метод основан на управлении конвекцией воздуха в низовой упорной призме плотин.

3 Уточнена ранее разработанная в ННГАСУ математическая модель температурного режима каменно-земляной плотины и модернизирован

программный комплекс КогёЗО, осуществляющий расчет температурного режима каменно-земляных плотин. В частности, разработан редактор автоматизированной подготовки исходных данных, перестроен основной модуль, усовершенствован редактор визуализации температурных и фильтрационных полей. Модернизация обеспечила возможность прогноза регулируемого температурного режима плотины путем управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

4 Проведена проверка адекватности получаемых результатов путем сопоставления данных расчетных прогнозов с данными натурных наблюдений по конкретным объектам. Сопоставление показало достоверность результатов расчета температурных полей, получаемых на основе модернизированного программного комплекса ИогсОО, с ошибкой не более 20%.

5 Выполнены расчетно-теоретические исследования регулируемого температурного режима «талой» и «мерзлой» каменно-земляных плотин проектируемого Тельмамского гидроузла с учетом управления конвекцией воздуха в низовой призме. Получены результаты подтвердившие положительный технический эффект такого управления. Он проявился в гарантированном круглогодичном обеспечении талого состояния противофильтрационного элемента фильтрующей плотины и мерзлого его состояния у нефильтрующей плотины, чего без регулирования температурного режима ожидать не приходится.

6 Стоимость мероприятий по регулированию температурного режима предлагаемым методом на примере Тельмамской плотины оценена в 0,7 % от сметной стоимости самой плотины.

7 Основные результаты диссертационной работы доведены до практического применения, опубликованы и могут быть рекомендованы для использования при исследовании, проектировании, строительстве и эксплуатации гидроузлов с каменно-земляными плотинами на северо-востоке России.

Список публикаций по теме диссертации:

(* - публикации в изданиях, рекомендованных ВАК)

1 Горохов, Е. Н. Управление температурно-криогенным режимом каменно-земляных плотин на северных реках / Е. Н. Горохов, М. Е. Горохов // Великие реки' 2004 : междунар. науч.-пром. форум, 18-21 мая 2004 г. : генер. докл., тез. докл. междунар. конгр. "Великие реки'2004" / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2004. - С. 97-99.

2 Горохов, М. Е. Регулирование температурного режима ограждающей дамбы хвостохранилища / М. Е. Горохов // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2006. - С. 258-262.

3 Горохов, М. Е. Регулирование температурного режима талой каменно-земляной плотины Тельмамского гидроузла / М. Е. Горохов //

Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. -Н. Новгород, 2007. - С. 215-217.

4* Горохов, М. Е. Прогнозное математическое моделирование грунтовых гидротехнических сооружений акционерной компании «Алмазы России - Саха» / С. Н. Долгих, С. В. Соболь, Е. Н. Горохов, И. С. Соболь, Н. Ю. Шулаков, М. Е. Горохов, А. Н. Белов, В. И. Логинов // Приволжский научный журнал. - Н. Новгород, 2007. - № 3. - С. 35-41.

5 Горохов, М. Е. Прогнозное математическое моделирование грунтовых гидротехнических сооружений акционерной компании «Алмазы России - Саха» / С. Н. Долгих, С. В. Соболь, Е. Н. Горохов, И. С. Соболь, Н. Ю. Шулаков, М. Е. Горохов, А. Н. Белов, В. И. Логинов // Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений : тез. симп. / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2007. - С. 8081.

6 Горохов, М. Е. Регулирование температурно-фильтрационного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме / М. Е. Горохов II Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. -Н. Новгород, 2008. - С. 179-182.

7 Горохов, Е. Н. Регулирование температурно-фильтрационного режима каменно-земляных плотин / Е. Н. Горохов, М. Е. Горохов // Актуальные проблемы строительной отрасли : сб. материалов Всерос. конф. / Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Новосибирск, 2008. - С. 72-73.

8* Горохов, М. Е. Регулирование температурно-фильтрационного режима каменно-земляной плотины путем управления конвекцией воздуха в низовой призме / М. Е. Горохов // Приволжский научный журнал. - Н. Новгород, 2009. - № 1. - С. 66-81.

9 Горохов, М. Е. Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне / М. Е. Горохов // XIV Нижегородская сессия молодых ученых: информ. изд. -Н. Новгород, 2009. - С. 103-104.

10* Горохов, М. Е. Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин / М. Е. Горохов, Е. Н. Горохов // Вестник МГСУ. - 2010. -№ 1.-С. 181-185.

11 Горохов, М. Е. Эффективность поддержания проектного состояния каменно-земляной плотины путем управления конвекцией воздуха в низовой призме / М. Е. Горохов // Великие реки* 2010 ; междунар. науч.-пром. форум, 19-22 мая 2009 г. : тр. конгр. междунар. науч.-пром. форума "Великие реки'2010" / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2010. -С. 153-157.

Подписано в печать 08.04.2011 г. Формат 60x90/16 Бумага газетная. Печать трафаретная. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № т Отпечатано в полиграфическом центре Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета, 603950, Н.Новгород, Ильинская, 65

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Горохов, Михаил Евгеньевич

Введение.

Основные обозначения и единицы измерения.

Глава 1 Температурный режим каменно-земляных плотин в криолитозоне и необходимость его регулирования.

1.1 Конструкции каменно-земляных плотин.

1.2 Температурный режим каменно-земляных плотин.

1.3 Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин конструктивно-технологическими методами.

1.3.1 Регулирование температурного режима мерзлых плотин.

1.3.2 Регулирование температурного режима талых плотин.

1.4 Избранное направление исследований.

Глава 2 Предлагаемый метод регулирования температурного режима каменно-земляной плотины путем управления конвекцией воздуха в низовой призме.

Глава 3 Формулирование прогнозной математической модели температурного режима каменно-земляной плотины с учетом его регулирования.

3.1 Физическая модель температурного режима плотины.

3.2 Математическая модель тепло- и массопереноса в плотине.

3.2.1. Дифференциальные уравнения.

3.2.2 Краевые условия.

3.3 Численная модель температурного режима плотины.

3.3.1 Аппроксимация дифференциальных уравнений конечными разностями.

3.3.2 Краевые условия в конечных разностях.

Глава 4 Модернизация программного комплекса Nord3D для численного моделирования регулирования температурного режима каменно-земляной плотины.

4.1 Описание комплекса Nord3D и элементов его модернизации.

4.2 Подготовка исходных данных для численного моделирования температурно-фильтрационного режима плотины.

4.3 Программа EditColors.

4.4 Алгоритм численного моделирования температурно-фильтрационного режима каменно-земляной 97 плотины.

4.5 Головной модуль Nord3DCalc.

4.6 Программа графической интерпретации результатов прогноза Nord3DView.

4.7 Достоверность результатов моделирования.:.

Глава 5 Моделирование регулирования температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовых призмах.

5.1 Моделирование регулирования температурного режима талой русловой плотины проектируемого Тельмамского гидроузла.

5.1.1 Проектная конструкция плотины.

5.1.2 Начальные и граничные условия для расчетов.

5.1.3 Результаты температурно-фильтрационных расчетов и анализ прогнозного температурного режима плотины.

5.1.4 Расчет температурного режима плотины с учетом предложений по его регулированию.

5.1.5 Стоимостная оценка мероприятий по регулированию температурного режима плотины.

5.2 Моделирование регулирования температурного режима мерзлой пойменной плотины проектируемого

Тельмамского гидроузла.

Введение 2011 год, диссертация по строительству, Горохов, Михаил Евгеньевич

Территория Севера и Северо-Востока России, простирающая на 11 млн. км" и составляющая 64 % площади страны, подвержена влиянию сурового северного климата и занята вечной мерзлотой (криолитозона). На этой территории сосредоточены большие запасы гидроэнергоресурсов, освоение которых дает возможность обеспечить дешевой электроэнергией развивающиеся отрасли экономики. Здесь построены Мамаканская, Вилюйская-1, II, Усть-Хантайская, Курейская, Колымская ГЭС. Завершается строительство Светлинской ГЭС (Вилюйская ГЭС-Ш), строится Усть-Среднеканская ГЭС, в стадии проектирования находятся Тельмамская, Амгуэмская, Канкунская, Мокская, Туруханская и другие гидроэлектростанции.

Опыт освоения гидроэнергоресурсов Северо-Востока показал, что наиболее экономичным типом подпорных сооружений гидроузлов являются плотины из местных материалов, в частности, каменно-земляные.

Расположение в зоне вечномерзлых пород является серьезным фактором риска повреждения плотин. Основная причина повреждений грунтовых плотин - недоучет криогенных процессов в теле, основании и в районах примыканий, связанных с изменениями условий теплообмена, температурного режима, физико-технических свойств мерзлых пород, приводящими к развитию термокарста, термоэрозии, наледеобразованиям и т.п. [81].

Анализ работы гидроузлов промышленного водоснабжения в Якутии свидетельствует о том, что более 40% отказов (разрушений) произошло из-за нарушения температурного режима сооружений. Причем в первые три года эксплуатации произошло до 53% отказов, между тремя и пятью годами -31%, остальные - в последующие годы. До 90% гидроузлов мелиоративного назначения в Якутии по указанной причине разрушаются в первый год эксплуатации [122].

На основе опыта эксплуатации Колымской, Вилюйской I, II, Усть -Хантайской, Курейской и др. плотин можно назвать следующие явления, приводящие к их недопустимым деформациям и повреждениям:

- в основании плотины: протаивание пород вследствие теплового воздействия водохранилища, в результате чего прочный мерзлый грунт теряет свою несущую способность и плотина получает нежелательные осадки;

- в самой плотине: многократно повторяющееся промерзание зимой й прогревание летом низовой призмы приводят к ряду нежелательных криогенных процессов в элементах плотины: морозному пучению и трещинообразованию тонкодисперсных грунтов, образованию наледей в порах каменной наброски вследствие проникновения фильтрационной и инфильтрационной воды, разрушению каменного материала наброски в зонах значительного и частого изменения температуры;

- в береговых примыканиях: создание водохранилища вызывает изменение естественного термического режима льдонасыщенных грунтов береговых склонов; в результате оттаивания склона возможны нарушения фильтрационной прочности, потеря устойчивости борта долины, образование термокарста, возникновение осадок основания и деформации плотины.

Для безаварийной, надежной эксплуатации каменно-земляных плотин в суровых климатических условиях необходимо регулировать их температурный режим с учетом многообразия и взаимосвязи процессов тепло- и массопереноса, протекающих в отдельных элементах, основании и зонах сопряжения с бортами долины. Разработка методов такого регулирования является актуальным направлением исследований для северного гидротехнического строительства.

Исследования велись в составе АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» по темам «Изучение, прогнозирование и регулирование процессов взаимодействия гидроузлов и водохранилищ с окружающей средой в сложных природных условиях», 2007-2008 гг., гос.рег. 01200703961, «Исследования процессов взаимодействия речных гидроузлов с основаниями и берегами в сложных природных условиях», 2009-2010 гг., № гос.рег. 01200902465, в составе ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по проблеме «Температурно-криогенный режим грунтовых плотин в северной строительно-климатической зоне», госконтракт № П534 на 2010-2012 гг., № гос.рег. 01201001756, а также в составе договорных НИР практической направленности «Выполнить расчеты по оценке и прогнозу фильтрационно-термического режима и статической устойчивости ограждающих дамб хвостохранилищ, дамб маневровых емкостей Мирнинского, Айхальского, Удачнинского, Нюрбинского ГОКов, плотин Иреляхского и Сытыканского гидроузлов» с Акционерной компанией «Алмазы России-Саха», 2005-2007 гг., «Регулирование температурного режима проектируемой каменно-земляной плотины Тельмамского гидроузла» с ОАО «Ленгидропроект», 2010 гидр.

Диссертационная работа имеет целью разработку и теоретическое обоснование метода регулирования температурного режима каменно-земляной плотины, основанного на управлении конвекцией воздуха в низовой призме, для обеспечения нормальной, безаварийной эксплуатации сооружения в суровых природно-климатических условиях криолитозоны.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 Изучить и проанализировать известные методы и предложения по N регулированию температурного режима грунтовых плотин в криолитозоне.

3 Сформулировать математическую модель, модернизировать программный комплекс ИогёЗВ (разработанный на кафедре гидротехнических сооружений ННГАСУ) для применения к расчетному прогнозу температурного режима каменно-земляной плотины с учетом регулирования (управления) конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

Научная новизна работы состоит в следующем:

2 Впервые в температурных расчетах каменно-земляных плотин учтен процесс искусственного регулирования движения' воздуха в порах каменной наброски низовой призмы.

- перестроена (адаптирована) программа расчетов Nord3D применительно к прогнозу регулируемого температурного режима каменно-земляной плотины с учетом управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме на основе заранее составленного сценария такого управления;

4 Впервые получены результаты прогноза температурного режима талой (фильтрующей) и мерзлой (нефильтрующей) каменно-земляных плотин с учетом его регулирования путем управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме. Доказано, что регулирование дает положительный эффект обеспечения^ бесперебойной работы противофильтрационного грунтового элемента в штатном проектном режиме эксплуатации как талой (фильтрующей), так и мерзлой (нефильтрующей) плотин.

Выполненные исследования имеют расчетно-теоретический характер.

Достоверность научных результатов, полученных в работе, подтверждается соответствием их современным научным представлениям о поведении каменно-земляных плотин в криолитозоне, использованием апробированных методик расчетов, качественной и количественной сходимостью прогнозных температурных, полей с натурными данными по конкретным объектам.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный метод регулирования температурного режима каменно-земляных плотин при его применении позволяет обеспечить штатный (проектный) режим эксплуатации плотин в суровых природно-климатических условиях криолитозоны, а модернизированный программный комплекс - провести расчетный прогноз и обосновать температурный режим каменно-земляных плотин в условиях его регулирования. Результаты работы предназначены для использования при проектировании, строительстве и эксплуатации гидроузлов различного назначения с плотинами из каменной наброски в северо-восточных районах страны.

Внедрение результатов исследований осуществлялось в процессе их проведения. По заказу АК «Алмазы России-Саха» выполнены прогнозные расчеты на долгосрочный период температурного режима грунтовых (в том числе каменно-земляных) плотин и дамб хвостовых хозяйств Удачнинского, Мирнинского, Айхальского, Нюрбинского горнообогатительных комбинатов, плотин Иреляхского и Сытыканского гидроузлов, в том числе с регулированием температурного режима при участии автора; результаты переданы в компанию для использования в мониторинге безопасности сооружений. Разработанный метод регулирования температурного режима применен к талому и мерзлому вариантам каменно-земляной плотины Тельмамского гидроузла; результаты переданы в ОАО «Ленгидропроект» для использования при вариантном проектировании плотины. Модернизированный программный комплекс ТчГогёЗЭ задействован в прогнозе температурного режима грунтовых массивов вдоль нефтепровода «Восточная Сибирь — Тихий океан» по заданию ООО «Центр исследований экстремальных ситуаций». Элементы работы использованы также в учебном процессе ННГАСУ путем включения в спецкурсы и применения при выполнении выпускных квалификационных работ по специальности «Гидротехническое строительство».

Апробация работы проведена в виде докладов и обсуждений основных результатов на конференции «Сессия молодых ученых», Н.Новгород, 2008 г., на научном конгрессе Международного научно-промышленного форума «Великие реки», Н.Новгород, 2004, 2010 гг., на симпозиуме «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений», Н. Новгород, 2007 г., на всероссийской конференции «Актуальные проблемы строительной отрасли», Новосибирск, НГАСУ, 2008 г., в ОАО «Институт ЯкутНиПроалмаз», Мирный, 2006 г., в ОАО «Ленгидропроект», С.-Петербург, 2010 г., в ООО «Центр исследований экстремальных ситуаций» (ЦИЭКС), Москва, 2010 г.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 11 научных работах, в том числе три - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

На защиту выносятся:

1 Положение о необходимости регулирования температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне.

Структура и объем работы. Диссертация составлена из аннотации, введения, списка основных обозначений и единиц измерений, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 124 наименований и приложения. Работа содержит 190 страниц основного текста, в том числе 18 таблиц и 112 рисунков.

Материал диссертации изложен в следующем порядке.

Во второй главе рассмотрены возможности регулирования температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне путем управления конвекцией воздуха в низовой призме. Предложен и описан новый комбинированный метод.

В третьей главе сформулирована прогнозная математическая модель температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне, которая включает в себя физическую, математическую и численную модели.

В четвертой главе представлен программный комплекс ТЧогсВО численного моделирования температурного режима плотин из каменной наброски, который включает в себя 3 основных программы: программа ЕсШ;Со1ог8, головной модуль 1Чогс13ВСа1с, программу графической интерпретации результатов прогноза ТЧогёЗБУшлу. Представлена информация о модернизации программного комплекса 1<1огс13В применительно к прогнозу регулируемого температурного режима каменно-земляной плотины с учетом управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

В пятой главе изложены результаты моделирования регулирования температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме на примерах талой русловой и мерзлой пойменной плотин Тельмамского гидроузла. Показана техническая эффективность и малозатратность предложенного способа регулирования температурного режима.

В заключении излагаются общие выводы по проведенным исследованиям.

Список использованных источников включает 124 наименования.

В приложении помещены документы, подтверждающие внедрение результатов исследования в практику северного гидротехнического строительства и в учебный процесс ННГАСУ.

Основные обозначения и единицы измерения

Ь - насыщенность пор грунта;

С - Дж/град - объемная теплоемкость; g - м/с -ускорение свободного падения; к, Н - м - пьезометрический напор;

Ь - Дж/кг - скрытая теплота плавления льда или замерзания воды; п - пористость грунта (отношение объема пор к объему грунта);

Р - Па - давление;

Я - относительная льдистость наброски, представляющая собой отношение веса льда в некотором объеме наброски к весу воды в том же объеме; Яе - число Рейнольдса; t - с - время; и - м/с - скорость;

С// - м/с - составляющая вектора скорости фильтрации, нормальная к границе;

V - м/с - компонент вектора скорости фильтрации воды; IV - 1/м - поверхность камней в единице объема наброски; х, у, г -м- прямоугольные декартовы координаты; л а - Вт/(м -град) — коэффициент теплоотдачи; ау - Вт/(м2-град) — объемный коэффициент теплоотдачи; сев -м/с - коэффициент температуропроводности; р - 1/град - коэффициент объемного расширения воздуха; о у - кгс/м — удельный вес;

3, Т - град - температура в градусах;

Л - Вт/(м-град) — коэффициент теплопроводности;

V -м/с - кинематический коэффициент вязкости; Р - кг/м -плотность;

АТ - град - разность температур;

V х,у.г - оператор Гамильтона;

Индексы. Обозначают принадлежность к: а - атмосфере; в - воздуху; гр - грунту; ж - жидкости (воде); к - камню; л - льду; м - мерзлому грунту; н - каменной наброске; т - талому грунту; х, у, г - прямоугольным декартовым координатам; г - /-вому веществу;

- времени. I

Заключение диссертация на тему "Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин путем управления конвекцией воздуха в низовой призме"

Заключение

1 Анализ поведения каменно-земляных плотин в криолитозоне показывает, что их нормальная безаварийная эксплуатация во многом определяется их температурным режимом. Так для «талых» - фильтрующих плотин должен быть обеспечен проектный режим фильтрации воды через противофильтрационное грунтовое ядро с беспрепятственным ее отводом в нижний бьеф через гарантированно находящиеся в постоянно талом состоянии переходные зоны. Для «мерзлых» же каменно-земляных плотин -наоборот должна быть гарантирована невозможность оттаивания мерзлой водонепроницаемой центральной грунтовой зоны плотины на весь период ее эксплуатации. Это в большинстве случаев возможно только при искусственном регулировании температурного режима плотин.

3 Уточнена ранее разработанная в ННГАСУ математическая модель температурного режима каменно-земляной плотины и модернизирован программный комплекс Nord3D, осуществляющий расчет температурного режима каменно-земляных плотин. В частности, разработан редактор автоматизированной подготовки исходных данных, перестроен основной модуль, усовершенствован редактор визуализации температурных и фильтрационных полей. Модернизация обеспечила возможность прогноза регулируемого температурного режима плотины путем управления конвекцией воздуха в низовой упорной призме.

Библиография Горохов, Михаил Евгеньевич, диссертация по теме Гидротехническое строительство

1. Gorochov, Ye. N. Temperature-Humidity Regime of Rock-Filled Dams / Ye. N. Gorochov, S. V. Sobol // Permafrost Engineering: Proceedings of the Fifth Intern. Symp. Yakutsk, 2002. - Vol. 1. - P. 159-163.

2. PLAXIS Versions. Scientific Material models Dynamic manual /R.B.Y. Brink-qreve, W. Broere ; Delft University of Technoloqy Plaxis b.v. — The Netherlands, 2004.

3. Zhang, R.V. Constraction Problems of the Vilyui Hidrostations-3/ R.V. Zhang, D.D. Nogovitsyn, V.Y. Isakson // Geocryological Problem of Construction in Eastern Russia and Northen China: Proceedings of Intern. Symp. -Yakutsk, 1998. Vol. 2. - P. 82-87.

4. Авдеев, В. Jl. Натурные наблюдения за плотиной Колымской ГЭС в строительный период / В. JI. Авдеев, О. А. Когодовский, В. В. Колеганов и др. // Энергетическое строительство. — 1986. — № 5. — С. 39-43.

5. Агеева, В. В. Температурно-влажностный режим каменно-земляной плотины в примыкании к береговому склону : автореф. дис. . канд. техн. наук / В. В. Агеева ; Нижегор. гос. архитектур.-строит, ун-т. — Н. Новгород, 1998.-23 с.

6. Анискин, Н. А. Температурно-фильтрационный режим основания и плотины Курейской ГЭС во втором правобережном понижении / Н. А. Анискин // Вестник МГСУ. 2006. - № 2. - С. 43-52.

7. Белан, В. И. Береговые сопряжения грунтовых плотин в условиях вечной мерзлоты : монография / В. И. Белан. — М. : Энергоатомиздат, 1991. -128 с. — (Библиотека гидротехника и гидроэнергетика ; вып.101).

8. Белов, А. Н. Трехмерное математическое моделирование температурного режима грунтовых плотин в криолитозоне / А. Н. Белов, Е. Н. Горохов // Приволжский научный журнал. Н.Новгород, 2010. - № 1. — С. 65-71.

9. Битюрин, А. К. Исследование температурно-фильтрационного режима берегового примыкания земляной плотины на физической модели / А. К. Битюрин, А. Н. Красавин // Колыма. 1995. - № 11-12. - С. 36-42.

10. Битюрин, А. К. Методическое обеспечение инженерных расчетов температурно-фильтрационного режима гидроузлов в условиях вечной мерзлоты на ПЭВМ / А. К. Битюрин, С. В. Соболь // Гидротехническое строительство. 1993. — № 11. — С. 22-24.

11. Битюрин, А. К. Температурно-фильтрационный режим левобережного примыкания перемычки котлована на Вилюйской ГЭС-Ш / А. К. Битюрин, А. В. Февралев // Колыма. 1996. - № 3. - С. 44-47.

12. Биянов, Г. Ф. Опыт строительства гидроузла в условиях вечной мерзлоты / Г. Ф. Биянов // Гидротехническое строительство. 1965. - № 10. С. 15-22.

13. Биянов, Г. Ф. Плотины на вечной мерзлоте / Г. Ф. Биянов. М. : Энергия, 1975. - 182 с. : ил.

14. Биянов, Г. Ф. Строительство каменнонабросной плотины Вилюйской ГЭС / Г. Ф. Биянов // Гидротехническое строительство. — 1970. -№2.-С. 17-24.

15. Богословский, П. А. Расчет многолетних изменений температуры земляных плотин, основанных на толще мерзлых грунтов / П. А. Богословский // Труды / Горьк. инженер.-строит. ин-т им. В. П. Чкалова. — Горький, 1957.-Вып. 27.-С. 123-178.

16. Богословский, П. А. Температурный режим грунтового ядра каменнонабросной плотины Усть-Хантайской гидростанции / П. А. Богословский, С. В. Соболь, А. В. Февралев // Научные исследования по гидротехнике в 1975 году. — Л., 1976. — Т. I. — С. 150-151.

17. Воздушная замораживающая система : а. с. 1440114 / С. В. Соболь, А. В. Февралев. — заявл. 22.07.1988.

18. Выполнить расчеты по оценке и прогнозу фильтрационно-термического режима и статической устойчивости гидросооружений НГОКа (Нюрбинский ГОК) : отчет о НИР. В 2 т. Т. 2 / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т ; рук. С. В. Соболь. -Н. Новгород, 2005.

19. Глускин, Я. Э. Колымская гидростанция / Я. Э. Глускин, А. Н. Демидов // Гидротехническое строительство. — 1974. — № 2. — С. 13-17.

20. Горохов, Е. Н. Расчет температурного состояния фильтрующей области сопряжения земляной и бетонной плотин численно-графическим методом / Е. Н. Горохов // Труды / Волж. гос. акад. вод. транспорта. — Н. Новгород, 1995. Вып. 272. - С. 145-152.

21. Горохов, Е. Н. Аналитический расчет свободной конвекции воздуха >в каменной наброске / Е. Н. Горохов, А. В. Февралев // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева : сб. науч. тр. 1986. - Т. 189. - С. 74-80.

22. Горохов, Е. Н. Математическая модель фазовых превращений поровой влаги в каменной наброске / Е. Н. Горохов // Сборник научных трудов Горьковского института инженеров водного транспорта. — 1989. — Вып. 245. С. 108-127.

23. Горохов, Е. Н. Метод расчета температурного режима каменно-земляной плотины с учетом сублимационного ледонакопления в наброске / Е. Н. Горохов // Сборник научных трудов / ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. — JL, 1986.-Т. 188.-С. 74-80.

24. Горохов, Е. Н. Особенности формирования температурного режима левобережной плотины Вилюйской ГЭС-3 / Е. Н. Горохов // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева : сб. науч. тр. СПб., 2004. - Т. 243. - С. 174-180.

25. Горохов, Е. Н. Прогноз температурно-влажностного режима плотины Тельмамского гидроузла для строительного периода / Е. Н. Горохов // Колыма. 1998. - № 1. - С. 51 -54.

26. Горохов, Е. H. Прогноз температурного режима русловых сооружений Усть-Среднеканского гидроузла / Е. Н. Горохов // Известия вузов. Сер. «Строительство». — 2002. — № 7. — С. 64-72.

27. Горохов, Е. Н. Регулирование температурно влажностного режима плотин из каменной наброски / Е. Н. Горохов // Архитектура и строительство : тез. докл. науч.-техн. конф. / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2003. - Ч. 5. - С. 94-96.

28. Горохов, Е. Н. Температурный режим грунтов левобережного примыкания Вилюйской ГЭС-3 / Е. Н. Горохов // Гидротехническое строительство. 2003. — № 2. - С. 12-15.

29. Горохов, Е. Н. Температурный режим каменно-земляной плотины в условиях Крайнего Севера с учетом ледообразования в порах наброски : автореф. дис. . канд. техн. наук / Е. Н. Горохов ; ВНИИГ им. Б. В. Веденеева. Л., 1986. - 24 с.

30. Горохов, Е. Н. Теория и метод расчета температурно-криогенного режима плотин из каменной наброски в криолитозоне / Е. Н. Горохов // Известия вузов. Сер. «Строительство». — 2005. — № 9. — С. 32-39.

31. Горохов, М. Е. Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин в криолитозоне / М. Е. Горохов // XIV Нижегородская сессия молодых ученых : информ. изд. — Н. Новгород, 2009. — С. 103-104.

32. Горохов, М. Е. Регулирование температурного режима каменно-земляных плотин / М. Е. Горохов, Е. Н. Горохов // Вестник МГСУ. — 2010. — № 1.-С. 181-185.

33. Горохов, М. Е. Регулирование температурного режима ограждающей дамбы хвостохранилища / М. Е. Горохов // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. Н. Новгород, 2006. — С. 258-262.

34. Горохов, М. Е. Регулирование температурно-фильтрационного режима каменно-земляной плотины путем управления конвекцией воздуха в низовой призме / М. Е. Горохов // Приволжский научный журнал. — Н. Новгород, 2009. -№ 1. С. 66-81.

35. Грунтовая плотина : а. с. на полезную модель RU / С. И. Панов, В. С. Кузнецов, С. М. Воронин. -№ 59642 ; опубл. 27.12.06.

36. Грунтовая плотина в суровых климатических условиях : а. с. на полезную модель RU / И. А. Максимов, В. В. Колеганов, А. М. Цвик. —№ 78815 ; опубл. 10.12.08.

37. Грунтовая плотина мерзлого типа : пат. RU / В. Д. Букатников, В. К. Мауль, Ю. И. Шамайтис. -№ 2029016 ; опубл. 20.02.95.

38. Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании : пат. RU / В. А. Пехтин, А. А. Серов. -№ 2258780 ; опубл. 20.08.05.

39. Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании : пат. RU / В. П. Ягин, В. А. Вайкум, В. Г. Оголь, В. М. Руднов, В. А. Гришин. — №2307891 ; опубл. 10.10.07.

40. Демидов, А. Н Состояние плотины Вилюйской ГЭС / А. Н. Демидов, Е. А. Смирнов // Труды / Гидропроект им. С. Я. Жука. — М., 1982. -№84.-С. 156-196.

41. Достовалов, Б. Н. Общее мерзлотоведение / Б. Н. Достовалов, В. А. Кудрявцев. М. : Изд-во МГУ, 1967. - 403 с.

42. Дренажное устройство : а с. / В. П. Ягин. № 1731900 ; заявл. 16.03.90.

43. Дульнев, Г. Н. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена / Г. Н. Дульнев, В. Г. Парфенов, А. В. Сигалов. — М. : Высш. шк., 1990. — 205 с.

44. Жданов, В. А. Температурно-влажностный режим низовой призмы каменнонабросной плотины в северных условиях : дис. . канд. техн. наук / В. А. Жданов ; Горьк. инженер.-строит, ин-т им. В. П. Чкалова. -Горький, 1975. 172 с.

45. Жданов, В. А. Температурно-влажностный режим низовой призмы каменнонабросной плотины в северных условиях : автореф. дис. . канд. техн. наук / В. А. Жданов ; Горьк. инженер.-строит, ин-т им. В. П. Чкалова. Горький, 1975. — 24 с.

46. Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. -М. : Энергия, 1969. 736 с.

47. Каменно-земляная плотина гидроэлектростанции : а. с. / В. П. Ягин, Н. А. Шахов, Н. П. Куличин. -№1613531 ; заявл. 12.01.89.

48. Каменно-земляная плотины с промерзающей верхней частью : пат. Яи/В. П. Ягин. -№ 2071524 ; опубл. 10.01.97.

49. Каменно-земляная плотина : а. с. 811 / Н. А. Мухетдинов, О. М. Зальцман, С. И. Бережнев. — № 1242566 ; опубл. 07.07.86.

50. Каменно-земляная плотина : пат. БШ / Ю. Н. Мызников. — № 1301913 ; опубл. 07.04.87.

51. Коздоба, Л. А. Методы решения нелинейных задач теплопроводности / Л. А. Коздоба. — М. : Наука, 1975. 227 с.

52. Куперман, В. Л. Гидротехническое строительство на севере / В. Л. Куперман, Ю. Н. Мызников, Л. Н. Торопов. М. : Энергоатомиздат, 1987. -301 с.

53. Лыков, А. В. Теоретические основы строительной теплофизики / А. В. Лыков. Минск : Изд-во АН СССР, 1961. - 519 с.

54. Макаров, В. И. Термосифоны в северном строительстве / В. И. Макаров. Новосибирск : Наука, 1985. — 168 с.

55. Максимов, И. А. Разработка методов замораживания грунтов и регулирования термического режима оснований грунтовых плотин мерзлого типа : автореферат дис. . канд. техн. наук / И. А. Максимов ; ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. Л., 1983. - 24 с.

56. Малик, Л. К. Факторы риска повреждения гидротехнических сооружений. Проблемы безопасности / Л. К. Малик ; отв. ред. Н. И. Коронкевич ; Рос. акад. наук, Ин-т географии. М. : Наука, 2005. - 354 с. : ил.

57. Малышев, Л. И. Состояние плотины Курейской ГЭС и технические решения по ее ремонту / Л. И. Малышев, Л. Н. Рассказов, П. В. Солдатов // Гидротехническое строительство. 1999. - № 1. — С. 31-36.

58. Матвеев, Л. Т. Основы общей метеорологии / Л. Т. Матвеев. — Л. : Гидрометеоиздат, 1965. 806 с.

59. Мухетдинов, Н. А. Динамика температурно-влажностного режима плотины Вилюйской ГЭС-1-2 в эксплуатационный период / Н. А. Мухетдинов, С. В. Окружное, В. М. Бурлаков // Энергетическое строительство. 1993. - К 10. — С. 57-70.

60. Мухетдинов, Н. А. Инфильтрация жидкости в крупнообломочных пористых средах / Н. А. Мухетдинов // Известия вузов. Сер. «Строительство». 1999. — № 4. - С. 71-79.

61. Мухетдинов, Н. А. Разработка методов расчета термического режима каменнонабросных плотин, возводимых в районах с суровым климатом : автореф. дис. . канд. техн. наук / Н. А. Мухетдинов ; ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. Л., 1972. - 28 с.

62. Мухетдинов, С. В. Динамика температурно-влажностного режима плотины Вилюйской ГЭС -1 -2 в эксплуатационный период / Н. А Мухетдинов, С. В. Окружнов, В. М. Бурланков // Энергетическое строительство. 1995. - № 10. - С. 65-70.

63. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов : пат. 1Ш / Ю. М. Николаев, А. М. Цвик. № 2267577 ; опубл. 10.01.06.

64. Оловин, Б. А. Динамика температурного поля плотины Вилюйской ГЭС / Б. А. Оловин, Б. А. Медведев ; отв. ред. Б. А. Губанов. -Новосибирск : Наука, 1980. 48 с. : ил.

65. Павлов, А. В. Теплообмен почвы с атмосферой в северных и умеренных широтах территории СССР / А. В. Павлов. — Якутск : Якут. кн. изд-во, 1975.-304 с.

66. Пехтин, В. А. О безопасности плотин в северной строительно-климатической зоне / В. А. Пехтин // Гидротехническое строительство. — 2004.-№ 10.-С. 6.

67. Пехтин, В. А. О конструкции гребней каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне / В. А. Пехтин, А. А. Серов, В. А. Суслопаров // Гидротехническое строительство. — 2002. — № 4. — С. 18-20.

68. Плотина : а. с. /В. П. Ягин. -№1562391 ; заявл. 10.11.85.

69. Плотина : а. с. / В. П. Ягин. -№ 17493601 ; заявл. 14.11.90.

70. Плотина : а, с. RU / В. П. Ягин, Н. А. Давыдов, В. А. Гришин, В. А. Поваренкин, В. А. Вайкуш. № 2123556 ; опубл. 20.12.1998.

71. Плотина : а. с. / В. П. Ягин, Н. А. Шаков. № 1731900 ; заявл. 16.03.90.

72. Плотина из грунтовых материалов : пат. SU / Г. Г. Балясников, И. А. Максимов. -№ 1714030 ; опубл. 23.02.92.

73. Плотина из грунтовых материалов : заявка на пат. / М. Е. Горохов, Е. Н. Горохов. -№ 2010127897 ; вх. № 039662 от 06.07.10.

74. Плотина из местных материалов : а. с. / А. К. Мельников, А. Т. Ли, П. П. Листовой, М. К. Шаграй. -№ 997558 ; заявл. 30.11.82.

75. Полубаринова-Кочина, П. Я. Теория движения грунтовых вод / П. Я. Полубаринова-Кочина. М. : Наука, 1977. — 664 с.

76. Послание президента В. В. Путина Федеральному собранию // Известия. — 2007. 27 апр.

77. Проскуряков, Б. В. Моделирование температурных полей в таломерзлой среде / Б. В. Проскуряков // Известия ВНИИГ : сб. науч. тр. — Л. : ВНИИГ, 1939. Т. 25. - С. 243-246.

78. Сабанов, Г. И. Сборник укрупнённых показателей стоимости для обосновывающих материалов строительства ГЭС и ГАЭС (УПС ГЭС-84) / Г. И. Сабанов, М. П. Коваленко, В. А. Бочаров, Н. Б. Гутин. — Н. Новгород : б. и., 1987.-51 с.

79. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов : строит, нормы и правила. -М. : Госстрой, 1985. — 31 с.

80. Соболь, С. В. Водохранилища в области вечной мерзлоты / С. В. Соболь ; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. Н. Новгород : ННГАСУ, 2007.-431 с. : ил.

81. Соболь, С. В. Исследование для обоснования проектов малых водохранилищ в криолитозоне / С. В. Соболь, Е. Н. Горохов, И. С. Соболь, А. Н. Ежков // Известия вузов. Сер. «Строительство». — 2005. — № 9. — С. 29-31.

82. Соболь, С. В. Температурные расчеты сооружений и водохранилищ : учеб. пособие / С. В. Соболь, Е. Н. Горохов и др. ; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. Н. Новгород : ННГАСУ, 2008. — 143 с.

83. Способ предотвращения образования трещин в ядре грунтовой плотины : пат. RU/B. П. Ягин. -№ 2004673 ; опубл. 15.12.93.

84. Способ создания мерзлотного массива в основании плотины : а. с. / С. В. Соболь, В. Н. Грандилевский, А. К. Битюрин, В. И. Харьков. — № 1630342 ; заявл. 22.10.90.

85. Способ создания мерзлотной противофильтрационной завесы в плотине из местных материалов : а. с. / С. В. Соболь. — № 1424356 ; заявл. 15.05.88.

86. Способ создания мерзлотной противофильтрационной завесы в плотине из местных материалов : а. с. / В. Н. Грандилевский, С. В. Соболь, В. И. Хорьков. -№ 1568606 ; заявл. 01.02.90.

87. Способы возведения грунтовой плотины : пат. RU / В. П. Ягин, Н. А. Давыдов. -№ 2145372 ; опубл. 10.02.02.

88. Устройство для замораживания талика под плотиной : а. с. / В. Н. Грандилевский, С. В. Соболь, В. И. Хорьков. -№ 1568605 ; заявл. 01.02.90.

89. Устройство для замораживания ядра плотины из местных материалов : а. с. / С. В. Соболь, А. В. Февралев. № 1440113 ; заявл. 22.07.88.

90. Хаглеев, Е. П. Анализ температурно-влажностных процессов в ядре русловой плотины Усть-Хантайской ГЭС / Е. П. Хаглеев, Ф. П. Хаглеев // Энергетическое строительство. — 1980. — № 6. — С. 55-58.

91. Цвик, А. М. Регулирование температурного режима грунтовых сооружений на Севере: автореф. дис. . канд. техн. наук / А. М. Цвик ; Краснояр. гос. архитектур.-строит. акад. — Красноярск, 2003. — 24 с.

92. Цыбин, А. М. Некоторые вопросы расчета температурных полей гидросооружений, работающих в районах Крайнего Севера и вечной мерзлоты / А. М. Цыбин. СПб. : ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1995. - 344 с.

93. Цыбин, А. М. Температурное состояние плотин, возводимых в районах вечной мерзлоты : дис. . д-ра техн. наук / А. М. Цыбин ; ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. СПб, 1998. - 48 с.

94. Цытович, А. А. Механика мерзлых грунтов общая и прикладная : учеб. пособие для инженер.-строит. вузов / А. А. Цытович. — М. : Высш. шк., 1973. — 448 с. (Классика инженерной мысли : строительство : КИМ.).

95. Чжан, Р. В. Температурный режим и устойчивость низконапорных гидроузлов и грунтовых каналов в криолитозоне : автореф. . дис. . д-ра техн. наук / Р. В. Чжан ; Ин-т мерзлотоведения СО РАН. — Якутск, 2001.-44 с.

96. Ягин, В. П. Оголовок грунтовой плотины, возводимой в Северной строительно-климатической зоне / В. П. Ягин, И. А. Давыдов // Гидротехническое строительство. — 2002. — № 4. — С. 18-20.

97. Ягин, В. П. Плотины из грунтовых материалов, возводимые в Северной строительно климатической зоне / В. П. Ягин // Гидротехническое строительство. - 1997. - № 3. - С. 40-42.940

98. ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (РОСПАТЕНТ)

99. ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННОЙ СОБСТВЕННОСТИ

100. Бережковская наб , 30, корп. 1, Москва, Г-59, ГСП-5,123935 Телефон 240-60-15 Телекс 114818 ПДЧ Факс 243 33 37

101. УВЕДОМЛЕНИЕ О ПОСТУПЛЕНИИ И РЕГИСТРАЦИИ-ЗАЯВКИ0607.2010 039662 20101278971 ! Дата поступления ■ Входящий Na Регистрационный №1. ОТД*!1. ДАТАП1. ОрИПрАЛО»ния1.шш- 6 тп 2о ю8С0П»|Г(14)21. РЕГИСТРАЦИОННЫЙ л

102. И) ДАТА ПЕРЕВОДА «еклз-нарояиой и*»«* на н»ииои«.пкую физу *0 8 ИЮЛ 20101. ВХОДЯЩИЙ X.2.1080151. О («»1. RJÜL.ту

103. ЗАЯВЛЕНИЕ б 1ШЯЧ1 патент* Российской Федерации к« ютбрепгенйе

104. АДРЕС ДЛЯ ПЕРЕПИСКИ к— ГО У ВПО «НмжегеродекмЙ текудареткнкий архитектурно-строительный укваерситет» (Ш1ГАСУ) 6035Я5, г.Ннжнив Ноагорм. ул.Нльмвсяю, д. 4$, »и ел иктедлеюуалькой собственности и теемелогмй, .1. KpaetsxHOit И. К.

105. Телефон: 8(831)4301934 Телекс: Otxc: 8(83l)430193i АДРЕС ДЛЯ СЕКГГГНОЯ ПЕРЕПИСКИ

106. О ФелердльииА иистктут гроиициекиой Бероиокки Hi5. 35. кора»!, Мост, Г-59,54. НАЗВАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

107. ПЛОТИНА ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

108. ЗАЯВИТЕЛЬ D физическоеячио ЕЗюрнЛачааоедмиа

109. ГОУ НПО (Лнжсгоролскнй государственный врхитектуриосгроктелъпый укнкерснтет» (ННГАСУ)603950, г. Нижний Новгород! ул. Ильинскаа, д. 65йк1Ш «идее« □ ито$вм О шор*

110. Q Р*40ТОМТ»Л*и Q Пр4*0«ресыкхгси p4flcmMTtA«

111. О госудярсгаекним эахычмеом О деповиктиаи (ладрадчкесш) работ по государственному eterpam-y дм KfXi Q РФ □ суф««» Pa .

112. ВТ NMttX мторой (ого) »иступtex1. КОД щпмшни не окло020681501. КОД стрдкы ГШ1. SQHCSTJ ч1. RU

113. Предстиктглсч идактгдя казначеи: 0(74) ПАТЕНТНЫЙ ПОВЕРЕННЫЙ (аалмгшчпю^шд^иммююш^1. Телефон:1. Телекс:1. Факс:

114. ОБЩИЙ ПРЕДСТАВ ИТЕЛ Ь/«и««ш«w«»мхмшыму1. Телефон- Тел«« Ф»с:

115. ИНОЙ ПРЕДСТАВИТЕЛЬ асюиши^ .

116. Краса »«на Нр«ма Констаитиксака. шздущкй инженер Отаела ни гелле кту ал ьной собственности и трансфер* тнкшюгмв ННГАСУ* 603350, г. Нккмкй Ноагороа, ул. Илкиискм, л. 4J, комн. 113 а Телефон: 8(831)4301934 Теле«« Фме: 8(831)4301935

117. ЬшшшшМ^.иишм H.UJMJ ГЯ. М НИ /жт!1. Количество листов

118. Количество документов об уплате пошлины60 (Фамилия лица, принявшего документы 2 . i Сергеева H.H.

119. Количество фотографий/изображений

120. Проректору по научной работе и инновационной деятельности1. ННГАСУ С, В. Соболь603950 Нижний Новгород ул. Ильинская 65

121. Уважаемый Станислав Владимирович!

122. При этом направляю Вам акты о внедрении результатов НИР по гидротехническим сооружениям АК «АЛРОСА» ЗАО. Надеюсь на дальнейшее сотрудничество . С уважением

123. Замдиректора по научной работе д.т.нСь1 ' И.В.Зырянов

124. Долгих sdolgih@yna.alrosa-mir.ru

125. СОГЛАСОВАНО» ' Проректортю' научной работе^ и инновационной деятельности ННГАСУ1. УТВЕРЖДАЮ»

126. Заместитель директора по наукеинститута «ЯКУТНИПРОАЛМАЗ»»1. АКТо внедрении результатов научно-исследовательских работ

127. Отчет о НИР «Выполнить расчеты по оценке и прогнозу фильтрационно-термического режима и статической устойчивости гидросооружений НГОКа (Нюрбинский ГОК)» по договору № 2005/02 от 01 января 2005 г.-224с.

128. Отчет о НИР «Выполнить расчеты по оценке и прогнозу фильтрационно-термического режима и статической устойчивости ограждающей дамбы хвостохранилища, дамбы маневровой емкости фабрики №14 (Айхальский ГОК)» по договору № 2005/04 от 01 января 2005 г.-222с.

129. Результаты работ внедрены в АК «Алмазы России-Саха» институтом «Якутнипроалмаз» в системе мониторинга безопасности перечисленных гидротехнических объектов.1. От ННГАСУ:ответственные исполнители НИР

130. От института «ЯКУТНИПРОАЛМАЗ»: зав. сектором мониторинга гидросооружен ий1. Н.Н.Горохов-у/г Л'С- С.Н.Долгихисполнители НИР1. Н.Ю.Шулаков1. М.Е.Горохов1. А.Н.Белов1. СПРАВКА

131. Заместитель генерального директора по научной работе, д.т.н., профессорm

132. Акт рассмотрен и принят на заседании кафедры гидротехнических сооружений « 30 » сентября 2010 г., протокол № 2.

133. Зав. кафедрой ГС ННГАСУ, д.т.н., профессор1. С.В. Соболь

134. Справка об использовании НИР

135. Первый заместитель генерального директора -главный инженер1. ОАО «Ленгидропроект»1. Проректор по научнойработе ГОУ ВПО1. Нижегородский государс ктурнос ктурнос эситет»1. Юркевич2011 г.1. С.В. Соболь• » 2011 г.1. VI 1 —1 ■ ' I ■■ . •

Похожие работы

Строительство
05.23.00