автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Теоретические основы фильтрации в деформируемой среде и их использование в области дренажа

РШНЕНСЬККЙ ДЕРлАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

УДК 532.546

ТЕ0РЕТНЧ1П 0СН0РЛ1 ФШЬТРАЦИ В СЕРЕДОВПЩАХ, ЩО ДЕФОРМУЮТЬСЯ, ТЛ ÏX ЗАСТОСУВЛННЯ В ОБЛАСТ1 ДРЕНАЖУ

05.23.16 - пдравлжа та шженернп пдролопя

АВТОРЕФЕРАТ дисертаци на здобуття наукового ступекя ДОКТОРА ТЕХН1ЧНИХ НАУК

Pinne - 1999

Дисертащею е рукопис

Робота виконана в ?12ненському державному техшчному ушверситсп (РДТУ)

Mini стер ства ocsjth Украши

РЬуковий кснсультшгт: ДМИТР1СВ АНАТОЛИЙ ФЕДОРОВИЧ доктор техк1чких наук, професор, зазйупач кафедри гшротехшчних споруд РДТУ

Оф>щЙ!и опоненти: ЛАВРИК ВОЛОДИМИР ЮАНОВИЧ доктор тсхшчних наук, професор,

спешолпозаис! вченс! paaj: Д 47.104.01 у Ршненському державному техшчному ynisepczrnrri за адрессю: 330GC, м. Р)'знг, ау.~. Собсрна, 11.

3 дямр-rauicio мелена ознакомитесь в 6:5л1атки: PiaHcncbKoro державного техшчнсго ушзерсвтету за адрессю: м. PiaHe, пул. Прнходька, 75. .

завщугач шддму математнчного моделювання i прогнсзування водних екосистем ш статуту пдробюлогй HAH Украши

ПОЛЖОВ ВАДИМ ЛЕОНТШОВИЧ доктор тсхшчних наук, прозиний науковий сшвробшшк шстигугулдромехашки HAH Украши

ШТИКОВ ВАЛШЙ ШАНОВИЧ доктор тсхшчних наук, професор, завшувач кафедрн пдравлши та пдрологн С.-Петербурзьксго державного ушверентету 1СЛЯХ13 спслучекня

Провйта устаковг: Украшсьхий транспортннй ухшерентет Мастерства оевгти Украши, м. Knie

оахиот

годит на застданш

Учений се!фстар спсшалсовакоЁ вчечоГради K.T.H-, доасит-

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуалымсть теми. Натур не пнвчення робота дренажннх систем вияви-о, шо Стя третини дренажу не виконуе проектиих функций,'тобто недоосушус емл1, а тому потребус достроково! рекснструици. Причшш, то прнзводять до акого стану, 'поз'язаш, в основному, з рухом води в навколодреппш зош та ¡дродшшнчною Д]'сю фьльтрацшного потоку на грунт. При фшьтращУ в грунтах ¡лбуваються рпного ролу деформацшн! процеси: переор!ентац!я частинок ие-равнльиоУ форми у простор! шд дюо папруженносп' поля градкнп'в напору, .фоз1я, кольматаж. Мехашзм ли дренажу на приплив ¡, особливо, на частники зунту, яга можуть перемщуватися в порах, не розкритпй в т!й г.пр1, 1цо5 ного ожна було описати аналогично з метою викорнстання в ¡нжеиернш практиш.

Тспср набуваготь лоширення осушувально-зволожувальш системн, я и льш лocк'oнaлi пор1'вияно з осушувальними, та системи внутршньогрултового ■сложения. Якшо ж осушувальна д|'я дренажу на певних мстодичпих засадах 1вчалася у багатьох наукосих I виробиичих оргашзашях, то вплии роботи кенг рукшй в режим] зеоложсння, а тим б!льшс в цпкл:'чному режим! (чергуванпя ушення 1 зволоження), на деформашйш пронеси в грунт! практично не дос-. зжена. При проектувашм осушувалыю-зволожувальних систем вважлсп.ся, э робота дрен в режилн шдгрунтового зволоження у фЬьтрашйному вЬно-:нн1 не :пдр!знясться ви режиму осушення. Вшсуппсть иеоб.чтегнх данях, як| обгрунтсвано шдтверджуна'ш необхиш'сть срахування фчльтраш'йннх дефор-.шй, с причиною того, ш.о в ус!х запропонованих методиках розрахунку зво-ження коеф]"шент фпьтрацн грунту прмимаеться посп'йним. Неврахування ¡ни коефщента фпьтрацн грущу практично з.чет'шое ¡снуюч! методики ! иводитъ до вймов у робол осушувально-зволожувальних систем.

А.чадп застосування основ теорп фюьтращУ до розв'язання задач дргну-тня грунтов показу?, то впомих диферешлалъних рп'мянь исдостатш.о для Зудови математнчно! модели суфозшних деформаций при фшътраци ролями зь зернисп середовища. 1снуюча методика ф!льтраципшх розрахуцюв ба-ться из кедопущгнш мгхашчноУ суфоз!), наприклзд, при проектуванн! зко-них фпьтр!в пдротехн:ч1!их споруд, л кто ! допускастъся винссення суфозпЧ-( частинок кр!зь захисш фч'льтри дрен мелюратнвних систем, то не встзнов-ються наслики такого пронесу, для врахувалня розвитку суфозшних дефор-нй та ¡'х вплигу на персформування коеф!шснтэ ф!льтраци грунту, отже, ! на ьтрашйну витрату, виникзе необхишеть в доповнеши основлих рЬнянь ф:знчно1 фиьтрацн р^зняннями, шо опнеують псрем!шення суфознгш'.ч масок та баланс Ух мае.

Отже, проблема дефорчашй.чих процеав в грунтах актуальна длл дреиаж-конструкшй плротехшчних слсруд I, особливо, для ме.л'орагнв.чого дрена-через тс, шо практично вс: незг.'язш груитя, в якях будуються дренажш сис-

теми, з Tiii чи iiimifi Mipi суфозшш. Для УкраТни, де сшьськогосподарське ви-робництво с одним ¡з прюритстлих иапрямкш розвитку, розв'язання uici' про-блеми мае важлнвс значения.

За'язок роботи з наукопн.ми програмамн, планами, темами. Робота ви-конана за планами науково-доошдних po6ix Р1внснського державного техшч-ного уш'иерситсгу, то розроблялись за господарською та госбюджетною тематиками вшновшю до комплексних ссюзних i республк'анських галузевих нау-кових профпм з мелюраци та сшьського господарства протягом 19S2-199S p.p., в тому 4i:c;ii за координашйиим планом Дсржк'о.чптету СРСР по науш i технщ по проблем1 0.1Д.034 "ГПдвищения ефективносп мглюрованих земель i викори-стання водннх pecypcis в мелюрацй", за планом розрооки науково-техшчно! продуши i надання науково-техшчних послуг Мшводгоспу УРСР, комплексна тема [V-86-17 "Удосконаг.сння конструкцш, мстод1в розрахукку, проектування, технолога бугавництва i екешпатаин осушувалыю-зволожувалышх систем" та роздъюм М1'жвуз1вськ01 т'льово! комплексно! науково-техшчно! програми "При-скорення науково-тех1пчного прогресу в мелюраш: на осноз1 розрооки та впро-вадження передовнх технолегш, азтоматизацн, мехашзацн i удосконалення ви-робництва".

Мета i зандзшш дослЬ'-кспь. Мета робот - розробита математичну модель для cvMicnoro о ян су нелцпйно: ф;льтрацп з зернистому ссредовини. та су-фозшних nponeciB, виклккашк д1ею сил з боку фиьтрашйного потоку, i на й" основ! отрнматн аналггнчш розв'язкн виповщних крайових задач, ям можна вико-ристатн в ¡нженершй проктищ пдротехшчного i мелюратнвногс будтництва. Для дссчгненяя поставлено'! метн неохино вир!ишти наступи! задача

- розробнтн систему дифере.чичзльннх р1внянь для сумкного опису взаемовпли-вових процепз фпьтраид в зернистнх ссредовншах i перемещена суфозшиих частннок;

- яоетазнти кранов! задач! ueniiiiitiioi фипьтраца з ш'сляд]'сю, тобто з врахувак-нг.м деформашйннх проаесш, та розробита шдходи до i'x розв'язання;

- отримати амалшг-нп розв'язкн задач ф'Льтращ: при стабиизац:') суфоз;йних npoat:cis, як можна бгзпоссредньо використати при виркпешп актуальных прак-тичннх проблем;

- розробнтн модел]' збурснь з грунта:-: рпного гранулометричного складу i на основ! розз'язанкя виповин:« крайсзи\ задзч фитьтрали визначкта вплнв де-фермашнних npouccii; на роботу дренажних конструкций:

- внхокатн у.згематичнг моделюзлян.ч нслпий.чих npouecia фпьтрац» ¡3 зволо-жувдча и ссргдовищг, шо диосрмусться, i на його ocaoci отримати оптимальш шлчекя впл;гвсз;гх парамстрз;

- дпбопгторчлми дослижешдош встш'Ов;гш еплиз гредлепта.каг.еру па 3.\:i:;y

коеф!ц:ента фшьтрацн групт!в р!зного гранулометричнсго складу/ та отримати його ¡ольюсш характеристики;

- провести лабораторш та натурш дослиження деформашйних процес1г> в грун-Т1 довкола дренажннх конструкшй та зг.оложувач!в 1 "а 1х основ: встансвитп адекватш'сть теоретичних розв'язюв дослиним дани.м;

- розробпти: рекомсндацп по фш.тращйному розрахунку осушувально-зволо-жувалышх систем з врахуванням деформашйних лроцеЫв вгрунтп придреиио! золи, рекомендаш! по визначеншо твердого сто!су, вшеликаного суфозшнпчи пропесами; критер!альн! р'тняипя для коиструювапмя дрен оптпмальних роз-м!р!в та встановлення безлечних умов :х експлуатаан.

Наумова новизна отрнмаинх результатов поляглс в тому, що вперше створе.ча математична модель, яка опнеуе взасмовпливовий процео фшьтрашУ в зернистому середовнип : суфозшних деформашй в зон! дн град:с!гпз напору виших за критичш. На основ! внкористаш:;> шс: модел! в посдианн! з сксперн-ментальними досл:дже:шл.'.*и отриман! наступи! нов! результат»:

- встановлено, то деформашйш пронеси через змшу коефвдепта фпьтраци грунту значимо впливають на функци розподшу напор1в, 1>: град1снт1в та ф!ль-трашйну Е1:трату;

- розроблена методика проведения експерг.ментальних дссл!дже.чь, яка дозво-ляе ветановлюваги змшу коеф:шскта фЬьгракп суфозвшнх 1 несуфоз:ин;:х группе в придреншй зон: при робот! дренажннх конструкшй в режимах осушекня 1 зволоження,

- поставлено задач: фьльтрацй довкола дрен при !х робот: в режимах осушения 1 зволэження та отримаш аналгглчш розв'язки, яга враховуютъ каслпкл дефор-мацшних проиес::; в грутт придренно: зони;

-отримано критер!альш р!в1шшл для визпачення розлир:"» дренажннх конст-зукшй та допустим:«, значен:. напор!з з умэви недопущения негативных нас-чщмв мехашчно! суфозн та кольматажу;"

- вжонало моделювання дефермашйшгх процес:г в грунтах разного грзнуло-нетричного «ладу при р:зких умовах формування зон суфозн та хольматажу;

- додатково до критичного град1ента напору введено нов! параметри, як: харак-геризуютъ властность грунта зм!нюватк коефщент фш/грацп при змш: диочих "рад!агпв;

- застосовано критичний град'ент зупин'ки суфозшннх частинок, який с функ-яао характеристик грунту та пдродинам!чних параметра потоку, шо дозволн-ю отримати аналтгчш розв'язки задач фиьтрацп при робот! дрен в режим! зво-юження;

- отрнмака ушверсальна характеристика зодоприймально! спроможлосп дре-:ажяих конструкшй за характером розкрнття пласта, яка, на вцмшу в:'д додат-

кового финлрацШного опору, не заложить ва коефшснта фьтьтрацн грунту;

- встановлено, що зодоприймальна спроможшсть дрен осушувалъно-зволожу-валышх систем при ïx робот; в режим; зволожсиия i цикличному режим1 значимо вшрпиясться вщ режиму осушения.

Практнчне значения одсржаиих результате полягае, головннм чином, у тому, що вони дозволяють врахозувати вшшз деформацшних процеав в грун-TÎ в придреншй soni на роботу осушувалько-зволожувальннх систем i систем Бнутршшьогрунтозого зволоження, а са.мс:

- визначити приштив до дрен i витрату Î3 зволожусач:в для pi3iinx дночнх градь eiiTÎB та грунтових умов при виннкиенш мехашчио1 суфозп та кольматажу;

- обчлслитк об'ем твердого стоку тг. регулюзати його величину;

- зстановити експлуатацшш вимоги та проектуватн дренажш конетрукцн з такими параметрами, при яких не вшшкають деформашйш пронеси, або вони не призсодять до негативних наслдолв.

Результати не.уковс'1 робота були використаш в "Пос1бнику з проектуван-ня i експлуатацн осущувально-ззоложувалышх систем Укра'шсько! PCP" (АН УРСР, шстптуг пдромеханжи, Кшв, 1990), "Рекомендац1ях з фиьтрашйного розрахунку дренажних конструкщй мглюративннх систем, що прашоють в режим! дьоб;чного регулювания в у.мосахГТол^ся Украши" (догов1р №12.410 ви 11.04.1990 р., ГНТУ Мшясдгоспу УРСР)..

Воин таксж впроваджеш в навчхчьний процес i викорнстозуються при еикладанш спецкурсу "Аэтокзтизоваш. модулъш осушувально-ззоложувалъш снстеми" для спешальнссп "Пдро.мелюрзшя" Р^вненського державного техшч-ного ушверснтету.

Особнстпй Ьнесок здобувача. На основ! теоретичних та сксперимснталь-них досгпджеиь автором особисто розрсблеш ; сформульоваш bcî оснозш по-ложеня дисертащико! робота з окреслгг.ого кола пнтань, то етосуються побу-довн матсматнчно! модел1 взаемовплнвозого пронесу фпьтраци i суфозшних дсформгцш, розв'язання крайових задач фьи.траци при poôoTi дренажних конструкций г» режимах осушения i зьоложгнкя, розробки методики проведения ла-бсрзторчкх та натурних дослЬжеиь.

3ci наведен; азгером теорегичш доацдження виконаш самостшно. Експе-риментн, сзажаючи на ïx великий об'ем та иеобх1дшсть внхонання значмих ш'д-гоювчих pooir, проводилися особисто та колективом acr.ipairrib глд кср!вни-цтвом автора.

В npoucci робота над днсертац:ею аетсп як докторант, кер1вник науксзо-дослиннх pooir, ьаукознл кер1знкк. асгнраштв усшшне сплБгтрацюваз з науко-гам юксультгнтом д.т.к, профессрсм А.Ф. Дмнтрквим та наставниками д.т.н., нрофосорок, член.-кор. НАК Украшн О.Я. Ол;йш:хсм, д.т.н.. професором М.Г. Пивокшол!. Результат» такс: скзпраш тдвишили р!вень та глибину виконанич азторлм дос-»ижх:д..

Лпроилкш результат:;-» днсертацм. Результата дослижень, що включен! до днсертацм, були оприлгадпеш : отримали позитивну оцшку на численних науково-техшчннх мгжнаролпнх, ссюзпих, рсспублжансысих ! вузтських кон-ферсншях (Кшв, 1996; Львш, 1996; Севастополь, 1957; Санкт-Петербург, 1987; Коломна, Московська обл., 1989; Волгоград, 1980; Новочеркаськ, 1988, 1989; Тбь-иа, 1939; Мвне, 1982-1985, 1987-1989, 1992, 1995-1998), на сумкному заа'-данш Проблемно! Ради по осушению 1 осушувалышх системах.Мшьодгоспу СРСР ! секши осушения 1 використания мелшративних земель ВАСГН.'Л но оп-тимпашУ параметр!!! осушувалышх ! осушусалыю-зволожувалышх систем з метою г.!дв;ш:еиня продуктивно«! мелюративних земель (Льмв, 1985), на заидан-нях УкраУнського паукового семишру з пдравл;кн (Ки;'в, 1995, 1998).

Пуб.шсанп. Результат!! дисертацп опублжопаш взапин у 56 друкованих працях, в тому Ч1!СЛ1 1 монограф!!, 22 статтях у фахових виданнях.

Структура та об'с.м днсертацм. Дисертащя складасться ¡з вступу, п'ят!! роздЫв, висновкту, списку використаних джерел. Робота виклалеиа на 367 сто-, ршках .машинописного тексту, з тому чиси вм|'1иус 105 рисужлв на 55 сторш-ках, 7! таблицю на 23 сторшках та список використаних лпературних джерел з 468 найменувань в:тчизняних та зарубЬкпих авторш на 29 сторшках.

0СН03Ш1Й 2М1СТ

¡.Заглльна проблема пплпву еуфо-пйних пронес:!! на роботу дренлжш мелюратншшх систем I пдротехи.:чпп\ спорул та врахуьлшш Ух иасликш.

ГОд час руху р'дкян кр!зь порнсп середовнща (грунта, зерниетт матер;али тошо) в них, як правлю, в!дбуваються рЬного роду дефермашйш проаеси, зок-рема, це переор!снташя частинок неправильно! формн у простор1 ли дкто ф:ль-трашйних с!!л; перем1шення ммких (с%'фоз:й.!Г;х) частинок в порах скелету, сформованого б'!льш крупнимп частниками, - механзчна суфоз:я; зупинка су-фозгйних частинок в пезнкх зонах масиву ф!льтраш'У, напрнклад, битя дрепаж-них конструкций - кольматаж. Стосозно мслюрзтивного дренажу, свердлесин, дренажних прнстроУв в пдрстехнг-шнх спорудах суфозпнп деформаш'У, тобто перемещения або зупинка ¡:ри певних г!дродинам1чних умовах частинок, то ру-хаються, найбаыи епливорл, особливо в почагкопш перюд Ух робота. Суфозшн1! пронеси, ям виннкають в придрешнп зон;, обумовлегп пеявою градкнтов напору, вящих за критнчн:, ;х початкова »¡тенсившсть залежить в:з вм)сту су. фоз!'Й!!их частинок в грунт;, а нггенсившсть затухания в;д швндкосп спадания градюптв, викликаного сростанням коефшента фга.трашУ грунту виаслпок су-фоз!У, або перерозпод:лсм градкнлв завдякн виликненшо зош; кольматажу.

Незважамчи на еслис;й со'ем досл!джень, проблема суфсзй залншастъся актуальною I на тепершнШ час. Напрнклад, при роботт мелюратнЕнпх систем р1зного ролу суфоз!н)н явиша приводить до злиження ефект!!вносп' зиачноУ час-

тшш дренажу або й до повного Гюго внходу з ладу. Тому noTpiuno визнатп, що наш1 знания про мехашзм дн дренажу на прнплнв -води та силоеий вгшив на частники грунту, яы можуть перемшитгнея в порах, ще не nonni. Огже, наукове обгрунтування норм проектування i бутнвництва недостатнс i навить коректне виконання Bcix внмог та дстримання зафксовпннх сксилуатащйних обмежень не забезпечус якоетт осушения.

Проблема фиьтрашйних деформашй досить серйозпа i для грунтових гребель. Наприклзд, за данями Дж. Джастша причиною руйнування GL-,я 45 % гребель (з бшьш кЬк 300 дослшлсених випад:-ав) стали фактерп, сикликаш фьль-трацшними проносами. Якшо ж гребля i не руннусться, суфоз!йш деформацн в п тьлi призводять до зростання фшьтрацшних витрат i твердого стоку або до кого замулення, що може погфшитн умов;{ експлуатацп споруди. Длл водоза-бфних свердловин одтего з проблем с наявшеть твердого стоку (що е насликом суфоз1нш;х ripouecis), який може швидко внвести з ладу насосне обладнання та водопровщш системи.

Ochobhî гшромехашчш положения динам;ки лшемних вод були закладе-;н дослщлхннями, проведеними рядом вщомих сиешаш'спв в обласп пдравлки та теоретично'; мехашки (А. Дара', Ж. Дюн'кн, Ж. BycciiiecK, M.G. Жуковський, Ф. Форхгепмер та ннш). Для виршенпя задач динамнен ш'дземних вод в цих дослщженнях впкорястовувалпсл дифереишалын р^вняння водного потоку. Особлнвий розвиток теср:я фшьтраци отрпмала г. ocTaniii десят;:л1ття в зв'язку з ¡нтеисиЕнлм розширення.м пдротехшчного i мелюративного бушвництва в роботах таких ш'домпх вчених як М. Маскст, ММ. Павлопський, I.A. Чариий, П.Я. Полубзрнлока-Кочипа, JI.C. Лейбензсн, D.M. Щелкачов, A.A. Хеин, С.Ф. Лвер.'янои, В.M Шестаков, Ф.М. Почевер, Н. Кристеа, М.М. Веркгш, В.1. Apasin, С.М. Нумеров, П.Ф. ФЬьчаков, О.Я. Oniiiin:C.B. Васильев, В.'М. битов, З.М. гпколасвський та шип.

Bnxi.4!;a модель геофиьтрацшного потоку являс собою його опис з пози-ц!н чатематнчпсТ фвикн i г.ключас ршняннк руху (осноышй закон фьльтрацп), pÎBiwiirm нерозрлвносп' (балансу) потоку, р!вн.яш:я стану, яке пов'язуе напру-ження i дефор:.:а:;:1 пласта, а такеж умоеи однозначнос-п, яи склада:сться з по-чаткокнх i граничппхумов лроцесу. Р$вкяиня руху мають вид

V^-kôhfâx, V,r-kcho'y, V^-kâh'âг, (1)

де Vx, Уу, У; - склалош' шсндкосп фьльтрашц h - h{x, у.. г, t) - функшя фьльт-рлшпнего напор:»-: к -- к(х, у, г) - коефщент фи;ьтрацп.

Длл Бньедення р:в;-яння нерозривногт!, яке описуе матерлпьннй баланс аото;лг,»розг.::яд:нот:.ся складов! такого балансу в нескшченно малому елемогл простору за кегкшченио малин промЬкск часу. В результат! отримусться наст-л ai ptsb'SKUc:

cipVycx-rcto УгУ#у + д(р V:)!âz = Q (2)

де р - густина риини. Три р!вняння pyxv (1) га р1вияння нерозривносп-(2) не дозволяють знайти sci ncooxuni характеристики потоку - проекцн швидкост! фьтьтрацн, функшю напору та густпну риинн. Для замикання снстеми (1), (2) .. використовуеться р1вняння, яке опнсуе залежшсть ,\пж густикою, тиском i абсолютною темперазурою. Наприклад, для важкоУ нестисло'! рщини {p=const) при фшьтрацп в однородному изотропному середовищ!, що ке деформуеться (жорст-кий режим фитьтраци). р1вняння нерозривносп матиме вид ■

c{kckcx)ldx-rd{kdh;cy;)idy^a{kd}vdz)ld:. (3)

За допомогою р1зних метод1в розв'язання задач фшьтрацн з викорнстлн-ням наведених Р!енянь були виршеш проблеми пдротехшчного та мелюратив-ного 5уд1вкицтва, повязан! з фпьтрзшсю в основах споруд, в грунтових греблях, поблнзу водоймищ, з каналов, довкола свердловин та дрен тощо.

При осушенш надлишково зволожсних земель широко застсссвусться трубчастий дренаж. Розрххунок висташ м)'ж дренажними линями пов'язашш, в першу чергу, з Естзновленням закономфностей руху води в грунт!, ям опнеу-ються, наприклад, р!внянкями безнашрно'! фшьтрацн при наявносп (висутностО на riOBepxni депресн стомв або витокт. Такс ршняння в:домс шд назвою р!зняння Буссинеска i для випадку неусталеного руху рщини в однорщному се-редовинн на горизонтальному водоупор! магиме вид

di \{hAh)=c{h £h ах) сх+c\h дЬдуУ'иу^и/к) ih/uy - q/k , (4)

де h - nanip; ;; - коефшент ЕодоЕада-н або водонасичення в!дпоз!дио при олус-канн! або шднятп криво! депреси; q - штенсившсть стою в (витс;:!в). Лшеаризоване р!зними способами ршняння Буссинеска широко застосовуеться при розрахунку диначнки грунтових вод при осушенш та зволоженн!, наприклад, 1II.I. Брусиловським, A.I. 1вицькнм, B.C. Кремезом, В.Ф. Мтним, Л.1. Му-рашко, О.Я. Ощйником, В.Л. Поляковым, О.П. Tt-льцовнм, Л.О. Холодок, М.Г Хубларяном, а при досл!джешп ф!льтраип до свердловин та вертикальних коло-ДЯ31В- B.I. Аравшим Та С.М Нумеровчм, B.C. Усенко, В.М. Шестаковим. •

Задача про фщьтрашю :з виьною повермгею важко ппдасться розв'язку через неглшйшеть гракнчних умев. В той же час точиий математичний роз'язок не завжди самошль, тому що сам! дифереищальш р!вияння, гранича! та початков! умови, допущения про однориш'стъ, !зотропн!сть, характер жязлепня (опади, випарозування), як правило, наилижгн!. В зв'язку з ним були рогроблсш на-ближеш методи розрахунку До них виноситься, наприклад, метод (теор!я) Дго-п'юТ-Форхгеймера, якнн вперше був запропонсванин Дюп'ю! для дослЬженн.ч сташонарнях потоме до свердловин i дрешжних галерей i узагадыхннй Фсрх-геймером. ММ. Павловськнй розповсюдив цен метод на фпьтрашю в п'дро-те::н;чш1х спорудах ! з 1х основах. Для мел!оративного дренажу въчом! паб-лижекнл Teopil Дюп'юГ-Оорхгеймера, викс.чаш Хсугхаудтом, Юркгемом, Вес-селшгсм, Л:стом, Хаммадом, С.Ф. Азер'яновим.

s

Для розрахунку сташонарно! осесиметрнчно'1 фшьтраци до свердловин та дрен використовуеться метод стоив та витомв. Так, наприклад, В.В. Ведерш-косим отримаш розв'язки задач! притоку до систематичного дренажу, що пра-цюе в шдруслсвому режим!, зогсрема, залежнос-п для сбчислсння шгтомо1 вит-рати до дрени (порожнини в rpyim) i шбидкосп (гращента напору) в будь-якш точш обласп фшьтрацн. Аналопчш розв'язкк для несщнорщно-шаруватих гру-htíb отримаш ОЛ.Олшником.

В казан! та inuii розв'язки задач фшьтрацн в абсолютшй бшыносгп справедлив! для досконало? дрени, шд якою розуънеться порожнина в rpvirri. Практично bcí дренажи i труби, що застосовуються, мають непроникн! ctíhkh, а грун-това вода надходить кр!зь пгрфсрацшш отвори чи ctiikobí зазори.

Задача визначеннл прнпливу до перффованих дреналзшх труб, розташо-ваних в рад!альному потоц!, в загальному випадку е просторовою, а р!вняння фшьтрацн в цилшдричних координатах, що застосозуеться для стацюнарних задач, мае вид

a{ratp/vr)ír drr¿r<p/raO'¿TÓz(p/S}r=Q, . (5)

яке отримане з рнзняння Лапласа (3) введениям потеншала швидкост) фшьтрацн cp^-kh. A.I. Муращко, виксриставшн ргвняпня (5) при виповщних граничних умовах, отримав розв'язки задач фиьтрзцп до pÍ3HHM чином перфорованих труб. Алаяопчш .розв'язки отримат М. Маскетом для дрен з поздовжньо-па'ралель-шгмн шшинами обмежено1 довжини, а Д. Ю'ркгемом для.стнкового зазору в ке-ралнчннх трубах.

Доогпдження дренажних конструкшй не замикалось на тесретичних роз-з'язках задач фщьтраци. У великому обсяз! виконуЕалися дослиш по визначен-шо. ях правило, водопрнймально'Г снроможност! дрен p¡3h;ix конструкцш' (сто-cosiío мел!Сратизного дренажу) е лабораторних та натурних умовах. Великий сб'ем досл1джень, особливо горизонтального пластмасового дренажу, зиконано п!д кер!вництвом АЛ. Муращко, дренаж"» з волокнистими фч'льтрами - М.Г. Пивовара! П!д нашим кер!аництвсм та за розробленою нами методикою проведен! лабораторн: та польоб! доавдженш дрен р:зких конструкцй, як-i працюють в ргаоая двоб)'чноз дй.

Досглдннки з!дм:члли розбЬипсп. ?.пж припливом до дрени, обчисленим за теерггачннми формулами, i припливом, вкзнгленим з дослав, як! проводились з додержанням вцшоещнпх грашгшах умов. Так, за даними АЛ. Мурашко пркнл:ш до пластмасоБкх дрен екпадаз лише 60-85 % вц прнпливу до досконало! дрега!, обчнсленсму за теоретпчними заленаюстями. Lien фаст поясюоеться ним, зокрема, г.;'»!, що кс Брахову.сггься суфозшш змша в приф!льтровш 3okí, чкз ¡фнвод.-пь, г ааиому вкладку^ до зл(екшенпя ф!льтрашйно1 зитратк. Наш: дсстадк та вигснаи! ьамк сбрахукк: ехспериментальких далих М.Г. Пивовара то «ркютв до дрен*.:, гла. закладпегься в однор:дний та ретгльно

прсмнтнй ш'сок (перемшення частинок з порах вщсутнеХ на 30 % i 51льше пе-ревищус приплив до досконалоУ дрени. Тобто в даному випадку деформашУ пе-peopieHTauii частинок в придреннш зош' приводить до зшлыиення коефщ1спта фшьтраци грунту.

Все це вказуе на необх:дн!сть сдосконаления теоретичних мстод1в розра-хунку Hapisui з проведениям ретельних експерименталышх доаи'джень. Як ра-Hime нами було показано, оссблнву дно на приплив до дрени чинить мехашчна суфоз1Я, яка виникас в придреншй 30i'i, i кольматаж придренного шару грунту та захисного фшьтра суфозш.чими частниками. Розглянул вище теоретичш ро> в'язки не враховують i не спромоллн врахувати суфозшш явнща. Bei наведеш диференшалыи ртняння i розв'язки ш'дпоз!дних задач фьчьтраш'У побудоваш на припущеши, що коефщент фпьтраш'У грунту масиву фтльтрацп величина постшна.

Деяк! вчеш, наприклад, МЛ. Хрисанов, для опису суфознших nponecia пропонують Еикористовувати диференшальш р:вняння геох1м1чноУ фтлырашУ. Однак, вони не можуть б\ти безпосередньо використаш для побудови матема-тичних моделей мехашчно'У суфозп, викликаноУ p.iao фитьтрашйкого потоку на частники грунту масиву фЬьтраш'У. Недолшсм такого гпдходу, коли для описания пронесу суфозп (чи кольматажу) викорпстовусться закон Oi;;a, е те, що cv-фоз!ЙЯ! частички вважаються повшетю ассш'йовапнмн з фшьтрашйним потоком, тобто конвективне перенесения маси ?ядбувасться ¡з швидпетю фшьтраци. В цьому випадку при буль-яюй невелик») шзидкосл, в!дм1°шпй в:д нуля, повинна пиннкати суфоз!я. В д!йсностт ж,.мехашчна суфозп (рух'частинок д1аметро.м ü'fi0,03 мм; в п'дротехщчпих спорудах таи грунт,! широко розпогеюджеш) мотива лише при перевищеяш дуочнми град:'снтаг.:и напору I критичного значения iK? для даного середовиша, тобто при щзидкост! фшътрашУ V бшышй за критичну l'tp. Кр;м цього, мехашчна суфозья Ыдпсвишо, кольматаж можлив! i при фпьтрашУ "чнстоУ" води, в яип в пепкия зонах масиву фЬьтрашУ не >.-:ic-титься жодлих речовин.

Лнал!з дослщжекь деформацшних npoueeiß показус, що з npoaeci ме-хакгшоУ суфозй' змнпоеться порисп'сть грунту, його коефщпгг фьльтраш'У, роз-Mipsi поперечного переткну фкьтрашйлнх пор, крнтичний гралкнт пагору -практично Bei ocitOBiii характеристики процесу суфозп. Разом з там методики розрахунку захисних ф!льтр!в, то пропонум^ся,. базуються на тому, що суфозшш частинки проходять крЬ них, а пдравлглп параметрп потоку i характеристики прифьтьтровоУ зоки грунту при цьему залишаються незмкчнимл. Нами звертастьсг. узага на те, що мо'яслив! р'лномаштш насгпдкп г.роцссу перемещения суфозшшгс частинок в ззлелагасп глд конкретиих умен, в яких еш гидбуластьсл. При моя;днвосг1 винесепня суфозшких частинок xpisb фщьтр за меж1 масиву, 1ло дренуеться, ксефУшснт фшьтраци' грунту зростае, а значить, змгнюютьел па-

раметрн фшьтрацшного потоку, наприклад, зростае нитрата. Коли ж суфозшш частники не проходять кр!зь фшьтр, а накопичуються в прифшьтровш 3ohí, де диоть, як правило, велига градккти (знзчно г.пнл за середш по масиву), ство-рюетъся ущпзнсний шар грунту, я кий може супево зменшити фшьтрацшш внтрати. Тага пронеси, як: необхщно вмгги прогиозувати через :х значки» вплив на роботу дренажних конструкаш i в шлому споруд, не описуються ¡снуючими методиками розрахунку зворогних фЬтьтрт чн фшьтрашйного розрахунку дрен.

В осташп роки в мсл;оратив1пй практиш поширкзються осушувально-зво-ложувалын спстеми, ям доскона-п'ш! за осушувалын, та систсми внутршньо-грунтопого ззоложення.' Але нез.чажаючи на великий об'ем дослйжснь роботи таких систем, фпьтрзшйш деформаци довкола труб експеримент'ально практично не Еивчеш, хоча íx вилке на фшьтрашйну'внтрату може бути визиачальним. Вщсупнсь необхиних дсслщних дашк, яы б обгрунтовано шдтзерджували не-обхшшеть врахувания флльтращнних дефор.мацш, е причиною того, що в ycix розрахунхах ззоложення, шо пропонуються, ксеф!акнт фшьтраап грунту прий-• мавея постшним. Неврахування змши коефшкнта фиьтрацп ¡'рунту к nía д!сю град1с!гпв напору практично знешшос запропоноваш розра.\унков1 заг.сжносл.

2. Методика г.ш.'оизнп:: дос.:ижеп:>.

Досв:д показуе, що нанбиьш доашышм шдходом до висчення прнродних npoacciB с впкорпстання шлеспрямозаних модельнкх метод!в з внеоким píbhcm математпчиего ог.нсу. При побудов: розрахунково':' математичко": модел1, на ос-K03Í я ко! можна ставнти! Еиршузатн ф:льтрзщйш зада'п, пов'язаш з перенесениям речозин в природному середовшщ або штучних грунтових спорудах, нами зрахеззн: наступи! симоги: модель повинна шдображати оснозш сластнвост]' язнша, ям визначакггь перенесения механиших частннок в порист их середоеи-u:ax ¡, як наел ¡док, прпводягь до змши характеристик оста.чшх; на основ: модел: позшпи бутн отрпмаш корне:;: прзктичн: результата за дог.омогою доступних i достатньо точних матемзтпчних 3aeo6ÍB (перевага падасться г.ошуку акало ич-н"-:х розз'язиз. за якимн можна ьиконати аиол;з npcaecic, що внвчаються, i як: можна вкиориетати с шженершй практпщ); для параметр!'?, середовища, що входить в модель, повинш' бути розроЗлеш методики :'х ьизначення (в лабера-торннх чи природнпх умовах); точшеть результатов, отриманих- за допомогою мктематичиогу моделмвакия h вгедення.-л рлдомих параметр!'» середовища, повинна б>т»1 сумфна з точшеткз визначения них вим'дпих даних.

Для доелЬжечня процесу фшьтрацп традпц1йно викорпстогуетъся модель ггсфпыра:цГ>не;о потоку. В нш м ^деш прнймпсться постпшнм коефшкнт ф;ль-траш: середоииша к.^ що сбмг;кус. i": ззстосуван.чя s рамках середэвищ, що не д-'формчютьел. Для опнеу (; ¡льтр.иа: а группах, ь яких п:д д:сю фпътрашйного поггку бишткшп. ц^сигси механЬ-.иш cyc.oiií, да:'а ыодгль стас наблш-.еною, а г ko^¡ кегфкдегхта ф:ль:раш! велика, зз^гал1 иг може за-

стосовуваткся.

Для побудоси модел! фшьтрацй в серсдовшдах, де ni;i дкю пдродннамлч-иих сил виникають суфозЫш ясища, насл]Дком яких с суттсза i р1знопланова 3Mina структури грунту, необхщно внконати поглиблешшй анализ цнх npoueciB i отрнматн i'x математичний опис. При цьому беретьсл до уваги, що надм]'рно де-тальннй опис явища неприйнятний, оскьльки внкористати такл моде-Ti для роз-в'язания практичних задач через i'x складш'сть стлне неможливим.

Нами застосовусться загальноприйнятий метод побудови математичмих моделей з використаиням другого закону Ньютона, закону збереження маси i гермодинам!'чного закону стану з окресленнлм кола сил, що с найбьльш впливо-вими для мехашчно'1 суфозн. Це дозволяе не вщкидати отримаш paiiime модел!, з оргашчно i'x допознити i розширити д!апазон застосування, викорнстати и гсрашовання щодо розв'язання крайовнх задач фшьтрацн.

Щленаправлеш'сть моделгаьання розкривасться нами шллхам розмежу-зання суфозшних процес:'в за таким параметром як час. Загальна модель не-;ташонарного пронесу значно спрощусться, якщо розглядатн лише кшцевий гган, коли Bci пронеси перем!'щення завершуються. Розв'язок задач фь'тьтрзцн, цо вшювшають цьому кшцевому стану, мае вел икс праетичие значения.

Для nepesipicit адекватносл залежностей для фьпьтраш'йно! витрати, функ-lii Hanopis i !.ч град1енттв, яи можна отримати з теоретичных розв'язгав задач, leooxuHo матн наджш систематнзоваш дослпш даш, якл роз.'фивають картину 1вищ, шо виннкають довкола дрен та зволожувачт в npoueci фитьтрацп. Iji даш южна отримати на ф1зичних моделях, як: .мають перевагу над иатурними вн-гробовуванаями в тому, ш.о на таких моделях контролюгаться вс: еплнвоз1 фак-ори. Oi3H4Hl м0дсл1 будулсться у П0ВН1Й в!дпов1дност! з грпничними умовами адзч фшьтраш!, що розглядаються. В натурних умозах досягти такого прзк-ично неможлнво i недошльно. Тому нами осковний об'ем експериментальних ;ослижень еиконано в лабораториях уловах.

Для вивченш: одком1'риого фьльтрашйнсго потоку використовувалися на-¡рна i безнзгарна установки Дарск Достижения плоского фьльтрашйного пото-у в 3o.ni щииши проводилися на прямокутному лотку з поперечными pos.vipasni 3 * I i см i загальною висстом ¡20 см. Рад:альнкй фьльрашйний потн; досли-гувався в секторному лотку шириною 33,5 см i кугом м:'ж похидими стшкамн 0°. Для вивчення двомнрного фьльтрашйного потоку використовувалися-грун-ЗЕ1 лотки дзох тишв. В першому дсслижувалас.я робота дренажнкх коиструк-¡н в шдруслоЕому режиму в другому - як в шдрусловому pexnvi, так i в режим! ¡фьльтрашйного жизлен.ч.я. Ширина лотклв 33,5 см. В грунтових лот;:ах досли-увалнея pisiii конструкшТ дрен i зволежувачт (гончарнях i пластмасових) без sxHcry i знхнщених фьльтрашкними матеги'алами, зокрема, генчаркий дренаж :0 мм) при з'еднанш трубок встик i за допомогою муфт-фшьтрш, що застосо-лоться в пдромелюративны практиш, пластмасовий гофрований та гладко-лннин дренаж зовшшшм д!зметссм 50 та 63 мм з резною перфоращею тощо.

На грунтоЕИх моделях внкороостовувадися ретелыю про мот однородно ¡иски (фракцп) з рознпми середшмн диаметрами \ коефнпснтами фшьтрацн (грунти №1-№5, №7, №9, КаЮ, №11). суфозшний грунт (№8) I грунт виробничо-дослод-П01 дшянки (Лаб), гранулометричний склад яках наведений в табл. 1.

Таблнця 1

Гранулометричний склад дослиних груотв, %

Номер грунту Крупшсть за ентозим аналогом, мм

< 0,05 0,050,063 0,0630,10 0,100,16 0,160,20 0,200,315 0.3150,40 0,400,63 0,631,0 1,01,6 1,62.0

1 — 1 1(2)2 17 18 | 35 22 2 —

Л — — | — | — 1 1 38 60 | 1 — — —

3 — - 1 - 1 1 1 1 11 23 20 | 42 2 —

4 — — — | 13 | 18.5 57,5 6,5 3 | 1 — —

5 ' — — 1 | 13 18,5 27 18 30 1 — —

6 0,5 1,5 2,5 | 14,5 8 • 21 20,5 18,5 9 3 1

1 0,4 ) 0.4 0,1 1 6,7 ! 6,0 44,5 | 25,9 14,0 2.0 | — —

8 — ! — 5,0 — — — 0,1 | 0,1 21,3 | 70.7 2.8

9 — 1 — \ — — 0,6 1 8.3 13,8 | 27,7 32,3 | 12.5 4,8

10 1 I - 1 - ! - — 1 63,4 36,6

11 1 1 ! 1 о,1 22.5 74,4 3.0

?Л1,ткотщаш суфозшш грунти з вм!стом ' суфозшаих частинок бшя 5% е найбитьш поширеними в полкьюй зрш о найбшыи небезпечними з точки зору розвигку суфозойних процесов.

Дослцга на установках Даре! 1 грунтовнх лотках проводнлися згщно матриц;) плапузання. Граннчоп р!вш та иггервали змши дослщжузальних фактор1в астаиовлюзаллся на сснозо апро'ерноо йоформацн, яка отримана з л'/гературних джгрел та. пдравл1ЧН01 практики. Для компенсацн ппливу випадкових помилок, спрсщення_ математкчно! обробки I шдвищення точност! скспериментальних данкх, сапробувакня проводились при р:пном1рному трикратному дублюваоип

ДОСЛ1Д13.

При обробц! результатов дослипв, 1х уздгальненш 1 пергвора1 гтпотези аде-квзтносл теорстнчиих розз'язив використовувалисл методи математично; ста-■пйпаи: днеперег-гий I рсгрссивнпй аиал1зи, методи найменпшх квадратов, ¡нтер-отоляцц 1 екстрапаляцц. Перево'ркз гшетези адскватносто тесретичшгх залежно-етин г.ккоиувалася за допомогеэт /•'-критсроя Фанера. Оцшка випадкових помяло? внкоцапа ¡3 застоеуганяял: тссрп сипадкових язищ шляхом проведения повтори« (плралелыгях) еиморюзань. Для выключения впливу систематичних по-м;>лск внкоригтот.угалпея р:зш приллди 1 шетрументи, яга г.ерюдично роворлло'ся! зггетум.тиоазгзразкоанми морами.

Хт-ч п^релркл п остурил??; умо'вгх результатов, лабораториях дослижснь

фшьтрацй до дрен рпних конструкцш, h ззоложува'пв в грунт за розробленим нами проектом була побудована дослщно-виробнича диянка-осушувально-зво-ложувальноГ систем» площею 8,9 га, яка складаеться з 14 мОдулш. На кожпсму • модуш вкладено 5 дрсн-зволожува'пв. Для можлисост пор1впяння теоретичних розв'язмв з дашши натурних дослщжень из базовому модул!, який максимально наснчений п'езометрами, свердловинами i д!афрагмовими винп'рювачамн витра-ти, були виконаш детальш вшнрювання bcíx необхцших величин.

3. Теоретнчш" дослиження сум1сного процесу фкльтраци i суфош'ших деформацш.

При побудов1 системи диференщальних piEiyiHb для cyMicnoro опису фь лыраш) з зернистому середовииа i суфозпшкх процеа'в, зикликаних дао гращ-cirris напору, нами розглядаеться грунт, який складаеться з виносно нерухомо-го скелету i суфозшнпх часпшск, що рухаються або можуть перейти в стан руху при певних пдродииа'.пчних умонах в конкретшй точщ (елементзрному o6'cmí). Mi» частниками с просп'р, який формусться в пори складно! структур«. Нехай п - пориспсть; т„, тс - вЦповйно дол1 об'ем:в частинок, що сформовують скелет, та суфоз1Йних частинок в одиииш об'сму грунту. Нами приймасться, що

m„+m¿x,y,i)+n{x,y, t, мс)=1, (б)

тобто в дане р!вняння входять ефсетизш величии» пористосто i об'сму суфо-aiñHiix частинок, а частники скелету не гтеремщуються у npocropi. По аналоги з недеформованим сереловишем, розглядагачи елементарний об'см, отримаемо диференщальне р1вияния балансу маси для пористого середовиша, в якому з фьльтрашйним потоком рухгюгься суфоз!йш частинхи, в цилшдричних координатах (для можлпвссп безлосереднього внкористання в постановках задач paai-ально! фщьтрацй)'

р\дп /дг + d(rn'Jr )!rdr~ d(nU0) / гдв- + 0(r.U-) / д:]+

+ Ps fa'c¡ с* + д0'тс Vcr)/rCr+ c(i7!c Vc0)!rdd+д{пгс Vc,)¡ Gz j=0, (7)

де Ur, Ug,U:- складов! дшсно1 середньо! швидкостс* руху води в порах; Vcr, Усо, Ve-, - склздов1 середньо! швидкосп руху суфозшннх частинок; p¡, р - вйловйно цдльшеть частинок та густина води. - ' ..

Для осесиметрпчноГ фьтьтраш! (Ur= U, Vc) матамемо

р\дп/dt + d(rnU)/гдг]+ р,[дтс /dt + 5{rmcVc)/rdr]= Ó . (S) Осмльки взасмод1я фпьтрашмного потоку z суфозшними частниками вдбува-еться на pißni дйсшгс шсидкостей з досить складшй форм! i без фазових пере-творень, то nepexú на ф;ктивш шгпдкоетт руху частинок, коли Borní вважаються асоцшованими з рщиною, стае неможлквим. При наявносп в пористому сере-довшш двохкомпонентного конгломерату, що розглядаеться, пергтзорення маси одш'еГ компонент в .часу íhiiicI не рлдбувасться. Emíct кола ¡oí з них компонент всередит фжсованого елемситарного об'сму може змшюг.атдея лише за

рахунок входу i внходу само! маси uiei компонента Через обмежую чу поверхню. Тому ршшшя ЗМ1НИ загалыю! маси (8) розпадасться на два незалежних pie-няння змшн маси кожно'1 компонента, в результат! отримаемо систему

dn/&i-d(;rnU)lrdr=О, дтс ¡5t- d{rmcVc)!rdг= 0. (9)

На ocHosi вщсутносп фазового пергтзорення виникас необхшшсть додатково до закону Дарс1, який описус рух рцдани, ввегти ршняння для визначення швид-косгс суфозн'ших частинок в залгжносп вщ характеристик фшьтрацшного потоку та доповнити'пим р1зняння снстеми (9). Для обгрунтування загально! форми такого р1вняння нами була розглянутатсчхя Куетта, модифкована до виду, коли рухома плошина заммоеться на рухому порасту стшку деякоУ товщини, а також теч^я «¡ж коаилалькими цилшдрами, один з яких (наяриклад, внутршнш) ру-хаеться. В загальному для даннх випадоз можна записати

Vc=A{l-lkp)yc=B(0-Ukp\ (10)

де Ve - швидгасть руху стшки чн шгандра; А, В - параметри, значения яких за-лежить ттльки вй геометра потоку i фгзичних характеристик piaumi; I - диочий градиент напору; U - дшсна середня швидгасть'потоку; Utp - вшпшпдно град1ент напору i швидгасть, при яких починасться рух стшки чи цшиндра. Як бачимо, рух твердого тша починасться лише при досягненш потоком певно1 швидкосп (градшта), а швидюсть руху К пропорцшна р)зншц U-Utp (або

1-hr)- . '

Якщо розглянути аналопчним чином рух суфозшних частинок в зернистому середовиии, то з вккорнстанням oo'cmhoi фшьтращ'йно! сили, а також формула опору для ламшарпо! фшьтрацн, еивсдсною Д.М Мшнем на основ! значного експернменталыюго ыатер!алу по фшьтрацп рщин та газт кр1зь шари кульок i справедливою для пористкх середовищ рино-мантю'! геометрично! струьлури, можно. отримати формулу

(11)

де к , п - вишовшно кэефщснт фшьтраш! i пористзстъ середоБиша; V- швидксть фснтраш!. Формула (11) в межах прийнятих допущень описус p>Tt частинок в порах скелета грунту п!д д!сю фшьтрадпшого потоку. Наставивши (11) в (9), отримаемо

сп 1 Г , ,(У/1. _ am, 1 д , к .oh ■ ....

---- {г!с ) = оз ___(„„ (_—/ )) = 0. (12)

&! г or or at г or п or

В р!г.);ян!'.чх' (12) ксвшпмнми с велг.чшш л, к, п, тс. Дсшльно внразити по-

рнспсть i BMicT суфозшннх частинок ¡пс через коеф:шсит фшьтрацй к за дог:о-

■ !Ого:о виловишк рвнянь стану. Зелпчшгу тс мож^а зияйте з р!внянкя (б) як

фуККШЮ ПСрНСТОСТ!

де a„=l-/nCPt=const - об'ем, що займаютъ пори i суфозШш частники в одинищ об'ему грунту. Коефшент фшьтраш виразнмо через порислстъ, скориставшись, наприклад, формулою В. Мацкрле

k=(kjn0)n=a,n. • (14)

Тода з врахуванням (13) i (14) з (12) отримаемо систему р1виянь з часгинними похщними

—) - О di г дг дг

■ (15)

дк ак д , . ,, ât г дг

dh дг

) = 0

з двома невщомими функшями h=h(r, l), k=k(r, t), де [a]=a, яйцо a >0, [a]=0, якшо а<0, тобто друге р!вняння вироджуеться до ck/dt =0 при к (г, !)>а„ а„ або при cli ct<¡xp. При цьому: к(г, () якщо г/.(г, C¡—ke, якщо г0íZrifr«(í), де r¿t), r¿t) - eianoBÚHO розв'язки pÍBtuKb k(r, t)=k, i /(r, t)=l,p\ K=ar a„ - граничне значения коефшнта фпьтраип, якнй вщповше повному вимиву суфозшних частинок; г„- рад!'ус свердловини (дрени), Ra - рад1ус обласп Епливу.

Таким чином, система (15) описус сум1сний процес фшьтрацн в усьо.му MacHBÍ (перше р1*вняння) i суфозшних дефсрмашй в зош' дп' rpaaiciiTiB напору, виших за критичш (друге р:внячня). Для отрнмано! системи р/внянь можлив!' pÍ3HOMaHÍTHÍ постановки задач фьльтраци при y.uOBi виникнення в межах масиву rpaiieHTÍB напору виших за критичш.

Нами показано, що перюд завершения процеа'в мехашчно! суфозп А!с зна-чно менший за загальний перюд роботи дренажних ко негру кшй. Тому для шже-нерно! практики фьльтрацшних розрахуню'в буде достатшм отримати розв'язки вцповщних крайових задач при стабьлпацп деформацшних нроцешв, коли час t досить великий (близький до перюду Aic), а р1зниця HanopiB AH=H0-h0 (Я0, h0 -В1ДП0В1ДИ0 напори в точках Ra i r0) е такою, що навколо' дрени (свердловини) виникас локальна область, в якш дйоч!* градатги перевищують критичш значения. Tojj в р!вняннях (15) можна покласти ch'ôt=0. В результат! розв'язку pis-няння cirk(r)ch 5г)'дг=0, де к(г)=к0, якщо rc<r<Rm k(r)-/[r), якщо га<г<гс (/(г) -неведома функшя, fifc)=ko), при граничннх умовах h(r0)=h0, h(R„)=H0 за умовах :пряження h(rc+Q)=h(rc-Q), h'(rc+0}=h\rc-0) матимемо

h{r) = /í,(г),/(г) = /,(г), rQ<r<rc, h(r) = h2(/•), 1{г) = /2(г), rc¿r¿Ro, (!6)

' К Гс • (17)

л. г к. г '.№~г

В результат! розв'язку р1вняння матимемо гс=Дг0)/А0/^;).

Невйдому функщю/[г) шукаемо шляхом розв'язання наступно!' задач!:

Фа -/МНЛО-)-/*))/^, ДО=А0, (18)

яка екв!валентна штегральному р!внянню

= + (19)

Л, ^ '•/('"У

В результат! розв'язку отримуемо трансцендентне р!вняння для знаходження неведомо!' величинн гс

Гс = (Но -К- 1кр(гс -г0))!{!кр ЩЯ01г0)) . (20)

Тод! матимемо /(г) = кагс!г, тобто

Л'

к{г) =

" ' ■ ' , /(г) =

Л.

(21)

г^/г.г.^гйЯ,,

Як бачимо з (21) при стабишацп процесу дночий гращент в ус!й зош г„<г<гс иос-пйний ! р1вний Лу. Це значить, що при прийшгтому в ршнянш (15) поспй-ному значенш критичного градиента 1,р деформацн припнняються тшьки тод!, коли д!юч! градкнти спадають до р1впл 1кр. В дшсносп ж, в процес! вимиву су-фоз!Гшнх частинок г.орнсл'сть виповщно, коефннент фиьтрацп зростас 1 вже IX подальшнй вимнв повинен вибуватася при шшому значешп градиента, тобто критичний град!скт в зон! суфози змшюеться в залежносп вщ змши коеф!ц!ента ф!льтраци - ЬР~1к.,(к(г)). Це узгоди.-усться ¡з залежностями, яга отримаш дос-ликим шляхом. Тому, в даному випадку. коли диапазон змши пористосп (ко-еф'ш'снта фьтьграцн) грунту невеликий, можна прийняти лшшну залежшсть ДДА')> яка для випадку реально! фиьтрацп мае вигляд

ир{к)=1иакЛ+Р), 4 (22)

де а, Р - коефпипгги, то характеризую гь вплив змши коефщкнта ф!льтрацн на змнгу критичного граддекта, <Х1-/?=1, ¡уро - критичний град!снт при вихйшому " значенш' коефии'ента фшкраии к,,. В результат)" аналолчного попередньому роз-в'дзку задач! при ск'сг-0 для випадку зм!ни 1кр за формулою (22) отрнмаемо

к(г)~1:ф{сг /> + й), якко г <г <г., к(г)-к„ яхщо г. <г </?„. (23) Наведен! розв'язкл задач финлраил при стабьтогцц суфоз!йнчх пронес!» пока-зуюгь, шо ддя бшилоста практичик задам фпьтрацй', коли потр!бно встановити

лише кшцевий ефект суфоз1йиих деформацш, дсстатньо побудувати локально нелшшш мод ел i процесу фшьтраци, яга враховують змшу коефвдента фшьтрацп грунту nía aieto виших за критичш град1снт!в напору.

Для опису збурення кoeфiцicнтa фшьтраци грунту чожна використовувати модел! типу (23), яга фактично враховують дно гращснттв напору на грунт. Роз-в'язкп в1дповшних задач фшьтраци при такш постановщ значно простшл за не-сташонарш, а отримаш аналт1чш вирази для функш'й nanopie, i'x гра.иснттв i ф!-льтрашйннх витрат можуть бути безпосередньо використат в практичних роз-рахунках. Необхйш коефщкнти a, b (або а, Д), як-! с характеристиками грунту, можуть бута знайдсн! з простих дослшв на установи! Даре! за розробленою нами методикою або обчкслеш з використанням рекомендацш по проектуванню зворотних фи;ьтр!в пдротехшчних споруд.

Таким пих1Д до розв'язання задач фшьтраци, коли потр!бно знати кшце-вий результат впливу дефор.машйних процешв, нами застосовано для моделю-вання збурснь при фшьтрацп до дрен у лвофракшйних та багатофракшйних фунтах, у випадку цилшдричноУ шаруватост) середовиша (об'смш ф!льтри то-шо), а також при фшьтрацн ¡з зволожувача в грунт, в якому можливий pinno-MÍpiinñ та нер1Вном1рний кольматаж.

При моделюванш збурснь у двофракшйних грунтах, в яких суфоз!йн! час-танки та частники, шо формують скелет. однозначно характеризуються середш-ми д.'а.метрами, пропонований ш'дхй полягас в наступному. Стацюнарний про-цес осесиметричноУ фшьтрацн в круговому недеформованому пластт r0<r<R0 описусться, як в!домо, за допомогою шступно! модельноГ задач!

c{rkch сг\'геЫ), h(rc)^h0, h(RoyHо, (24)

де к=к0- коефшент фшьтраци (k0=const)\ h0<H„ (розглядасться приплив до дре-ни (свердловини)); h=h{r) - iianip в точш г (на кол; рад!усом г ), зв»дки

И -h г // -/) !

h{r)4io(r)=h0+ -—у2-¡n—, W = = ^ = ■ (25)

1 n(R0/r0) ra & HKjira) г

Але, у випадку, коли Д1ЮЧ1 грашснти напору довкола дрени (свердловини) пере-вншукяь критичне значения 1-кр, в шй зош виникають суфозшш деформацн грунту, що приводить до змши коеф]'ц!ента фшьтрацп як у простор!, так i в 4aci. СУгже, дана модель (24), шо побудована на класичш'й (лнпинш) форм! закону Даре! V=-kI, стзс неточною, а в ряд! випадив i 30bcím непридатною.

Збурення коефшента фшьтраци, отже, i град!снта напору можна отриматп таким чином. В результат розз'язку р^вняння /«,(//=/*,, знаходимо гсо - нульор.е наближення точки-рад!уса роздшу збурено! (k¿kB, hár)> га незбурено!' (к-- к„, Ur)<hp) зон: rC0={H0-h0)¡IíriV.(RJr,¡). В зош збурення r0<r<rca пезним чином з.\н-нюемо коефшент фшьтрацп, поклавши k^k(r)=.ka(arcJr+b), шо вцшовиас модел!

змшн к, отриманоГ з розв'язку при стабшзацц суфоз1йних проце<лв 1 лшшнш за-лежносп 1кр=1кр(.к). Нап1р шукаемо у вигляда Аг(г>=/? 1 (г>=Л 1; (г), якщо гс<г<гсо, або к\{г)=И\г{г), якщо де /гц(г) та /гц(г) е розв'язком таких "неповних" задач

Шагсо+Ьг) аИп{г)Шг)Шг-=0, 'пп{г0)=к О» Го^*ч,'гс<?» Ы(ий,1(гУф/Л=0, Ьп(10=Ни, гС0<г<Я0 (26)

при умовах узгодженосгп (спряжишя) в точш роздшу зон Лц('"„-0)=/)12(гсо-1-0), ЛЬ 11 (г^-0)/А^М 12(гм+0)/сУ. В результат! к розв'язку матпмемо (рис.1) 1=с1Шг

Рнс.1. Графики змшиДг) на нульовому, першому та п- му крош для модел1 к=к„{а^г+Ь). г

6Ф(гсо) агса + Ьгв

н„ -и„

_ Н„ - Ъа 1

(27)

де ^^ЬС/го/ГоН^'Ь^Д^о+Лго)).

С дикий коршь г=ге> (перше наближення точки роздшу зон) ршняшш ¡¿\-Ьр за-докольняс нер1зяссп гсо£гг причому гс1= (Н0-к0)1 Ф{гсо). Аналопчно знаходимо наступш' наближення точки роздшу

ГсгПЦНАо)!^^, п=2,3... (28)

Для довольного « мае м1сце нер1Ен,:стъ г„>Гу,.ц, а вщображення (28) е стискаю-- чим. Отже, ¡сиус сдана точка гс збуреко! 1 кезбурено'1 зон, яка може бути з.чан-з?аа в ргзультап роза'язку ршнянкя

С Н.ЛШ'МгЛ" г€+Ьгву» 1а(ад) (або гс- Вт гсп). (29)

В.д::ез:.ч1,1 шдгму зьаченню гс ауикци роздоддлу яапорт та ¿х граддекпз оудуть

1

\г л , аг+Ьг Н„-ко 1 ■

К(г) - 4 ~ -'П---• 1л ~ ----> Г„^Г<Г,

л ЬФ{гс) аг+Ьг " Ф(г) агс + Ьг

... „ Я„-й„, Я„ " , Нс-И Г „ (30>

. Ф(0 г '2 Ф(гс) г

деФ(гс)=1п(Л0/гс)+6-,1п(гс/(а/-,.+6г0)).

Приплив до дрени сбчислюсться за формулою э-'па)1 (Т{гс\ з лко} бачи-

мо, шо на д суттево зпливають процеси (збурення), що вшбусаються в групп' на дпянш га<г<г, I ¡нтенсишп'сть яких, в свою чергу, залежнть ш'д характеристик грунту (а, Ь), розм;ру контура живлення (Ка) та конструктивних параметр!в дрени (г„). У випадку, коли Цг)=к0=сопЛ, тобто навколодренна зона не збурю-сгься, формулу ятя зитрати можна перетворити до виду д=2^<(Н0-к0)1Ъ(Я„ ,-„), в якому зона традицшко викорнстовусться при визначсган прппливу до одиночно; горизонтально! псристо? дрени при круговому контур1 живлення. 8 роботт розглянуто : шил модел; формуванкя коефщкнта фшьтрацй збурено: зонн, в

яюй ¡0>п:р.

При моделюванш' збурень у багатефрашнних грунтах в умовах золач: вводиться не одне, а д!апазон (спектр) значень критичного градкнт?, який вщг.о-В1дае спектру д;'аметр{в суфозшип*. частинок. Якщо та - в{дпоз1дно мш:-мальне та максимальна значения критичного градиента, то можна зндлити три зони: га<г<г£} - зона повного вимиву суфозшних частинок зс:'х дометив, ко-ефщкнт фиьтрацй к=к-£>к„\ - зона часткозого вимизу суфозшних час-

тинок в!дпоз1Дно до прсмпкних значень крит;гчного град;'снга, змн:у ксефщснта фьтьтрацй можна сшгсати залежш'стю к=к\{г)-кс(аг™ !г+Ь)\ г™<г<Л<, - незбурена зона, к^к0{ка-сопз1), дг с=г™(кг-квУ(г£>-г£*)к0, 6-1-«. Значения раддусЬ розд1лу зон на нульсвому крош знаходяться з р!з.чянь /г=Л7,-, /'-1,2,1 обчнслюються за формулою =/¡Д, (На-!1а)! ЫНа /' га) (рис 2). Тед; по аналои: з понередшм р:'в-няння для зиаходження точок розмежування зон магстьвигляд

г!!> =--Ц---—^-""А--:—=.*—^, (.41)

V к0ык01кр1г«> 1 Ы^-К^^т | ь/ф

'К7 '¿7 'кр2го к2- ¡ь?\) 'с'!

да = Кш г«-»

л—мэ

ГЪггомин пришив води до дрени в даному випадку Еязначаеться за формулою с=2Л0{Нв-Ьа)/ (32)

де = + -——1г. ° с ■

Вшштимо, шо у випадку, коли дшч1 градкнти пергвищують на певиому вц;р1з-ку значения критичного градента для максимального розм!ру суфозшних час-такок I1~>11 то в р1вияння для напору ¡(г), градкнта /(г) та точок розлпу !

г^ не входять косфшкнти а I Ь з наведено! модел! (к~-к\(г)), яи нтльысно ха-рактернзують здатшеть грунту змшюватн коефщ]'снт фпьтраш! шд дк.ю град1снпв. Це викликано тим, що вже спочатку стае виомнм максимальне значения коефвдента фптьтраии а отзке точи; 1 1 2 (рис.2) зафжсовуються (коли у попередньому випадку ваодився один крнтичний гражнт, то це означало, шо крива к ¡{г) не досягла точки 2, тоото <га).

В робот! розглянуп такси: бьтьш загальнд модел! збуреиь в багатоф'рак-ыйних грунтах, коли враховуються разного роду деформацшш пронеси (вимив суфозшних частинок, кольматаж, переср1снташя частикок у простор!) в ро'зних зонах масиву фшьтрашГ.

Велике практичне значения мають задач! фщыграип в грунтах з цилш-дричною шарусат!спо, коли, наприклад, для двошаровего середовища к -к, при г.й)</-5, к~ки при г,<г<Л<,- Дана задача може буги мателк'ткчною моделлю про-цесу фътьтрацй до дргни з крутовим фшыром, зокрема засипкою або об'емним фильтром радг/сом г, з р!зних матер!ал!в. Разом з там застосування об'емних ф,11ьтр!в чи оосипок, на наш погляд, не ма(. достатнього наукового обгрунту-в?кнл. Таким фиьтрам апрюр! нздаються певш властивосг! та функцн 1 вва-ягасться, що вони !х виконують. Однак, дрена : фихьтр навколо неТ диналпчно Бзасмоа!ють з розташованим довкола грунтом ! ця взагмодтя може привести до

Нами отримано, наприклад, розв'язок задач), коли коефщент фшьтрацл засипки (об'смного фУльтра, трубофильтра тощо) не зм1нюсгься шд ддею грашен-та напору, в грунт! ж вщбуваеться ьнмив суфозшних частинок, ям прохолять у пнутр1шню порожнину дренн без затримки в порах засипкк або ж шею зупин-кою можна знехтувати (коеф1-шент фтьтраш! засипки практично не змнпоеться ¡з-за суфозшних процест). Для даного вгшадку значения рад1уса точки рсздшу збурено! i незбурено! зон в грунт! знаходиться з трансцендентного р!вняння

г.,=(Я0-;!0)/Лр Ф,(гс), (33)

а приплив за формулою

<7=2.т^(Я0-Л0)/Фз(Гс), (34)

де Ф^ЫР.^У+Ь'1^ 1(агслЬг,)У+(к«%)\п{^га).

3 практично! точки зору дошльно визначити характер та ¡нтенсивжсть .111 впливових параметр^, таких як р1'зкиця напор1в АН=Н0-'п0, критичний градУент для грунту 1КР, рашуси дрени га та засипки г, 1" коефУш'ентн фшьтраш! засипки к, та грунту к0 на розвиток прецеглв деформаци в назколодренному груито. Цей процес будемо характсризувати вел!гчиною радусз розмежування г„. Запишемо Р1ВНЯННЯ (33) У ВИГЛЯД1

(Я„-Л0)//^г„- 1п Ц,+(кЛ,) НтсЛагс+Ьг3)) - !пг„. (35)

Лта частина р1внянкя (35), позначимо пуи заложить В1Д АН=Н0-Ь,н лю с пд-родинам1чннмн характеристиками, та Е1д сптрлдпошишя шо е характеристикою матерУалу засипки. Права частина - у г, залежить в!д величин а 1 Ъ, тобто гл'д характеристик грунту щодо здатносп Гюго зм:нюоати пористо <г.ъ гид Д1сю граллсптов капору. На рис.3, для прикладу, наведет граф]ки зэлежнсстгй у\=/\{гт кД„) для кД-& =0,257; 1,0; 100 фдиозщко кркы 1, 2. 3) та а)

для а=0,8; 0,2; 0; -0,2; -0,5 (зйуювщно ¡ф!ш а, б, з, г, д), псбудовзкпх при таких значениях параметр1в: АН=],0 м; /^=1,0 м; /-„=0,05 м; г,-=0,10 м. Значения /с, для конкретних значень параметра знаходяться лк точки перетину криних >'| ! >;. Я:с видно з граф;'к;'з, при зростан.-и тона збуре:шя гсг збйть-шусться, причому бшьш ¡нтснсивно при значеикях а близьккх до 1,0. Еии-н-тнмо, що на значения гсг бьльш суттсЕО вилнвас величина к„ 1пж параметр а. Так при змнп а в:д 0,8 до -0,5 значения гсг для &к0= 100 зростае в и 0,21 до 0,25 м, тобто в 1,19 раз!в, а при змш! /:Д'о ви 0,257 до 100 при а=0 - в:д 0,10 до 0,22 м, тобто з 2,2 рази. Таким чином, величиною к, можлизе 1 до(цлько регулювати ймовфшсть суфозшних явлга, яю, як правило, вгдуть до ¡'сгативних касидюь Суфоз;йш частники ке булуть вимнЕатас.ч г грунту, коли г„<гг (я!: було вкэзано. нами прийнято, що мзгер1ал засипки стойкий до дц градагилв)

У

-1

-2

Рис.3. Графики залежностей У1=/|(г„) для к/к„^0,257; 1,0; 100 (вщповщно крив! 1, 2, 3) та

-3

У7-Л{Гс) для о=0,8; 0,2; 0, -0,

-4

-0,5 (вщповщно крив! а, б, в, г, д) при ¿#=1,0 м; &,=1,0 м; /-„=0,05 м; /у-4),10 м.

0 10 20 30 40 50 тег

"Года стввздношгння мик вплнвовнми параметрами визнэчаеться Ь наступного

При моделюванш процесу фоьтраци в шаруьатих середовищах розглян)-п ! бшьш загальш виладкн. На 1х основ! розроблена методика конструювання дссконалих дренажках конструкшй з об'емними фшьтрами, яка враховус де-формашйщ процеси та дозволяе звести до шшмуму 1х негативш наслщки.

Характерною особлив1стю меделюваяня процеав фшьтраца ¡з зволо-яувача в грунт е те, що на вдаину в!д режиму осушения, тут обов'язково винн-кають два типи р1зним чином збурешех зон (диянок). Безпосередньо бшя зволо-жувача з'являстъся дшянка, де вибуваються процеси суфоза грунту (вимив суфозшних чаепшок з ц!а дшянки), о-тже коефадент фшьтраца тут зростае. Слщ вщмптгги, що, як було вепшевяено ранине, зростання коеф!шента фшьтраца грунту внаоидок внмчву суфозцших чаепшок залежить не стшьки Е1Д критичного град!енту, сгальки вщ спешальннх характеристик грунту (а, Ь тощо). як вперше введет нами. За дшяикою вимиву формусгъся, природно, дитянка кольматажу (оещання, затримання чи зупинки суфозшних частинок, що надходять в цю зону 1з-за П меж), де коефйцент фльтоаш! певним чином зменшуеться.

Для даного виг.адку розглянуго деюлька вар1ант!в фор.мування збурених зон, коли коефоиенти фшьтрагш на довжшс дшянок ьимиву та кольматажу по-стнш!. Наведемо розв'язки задач!, кола, наприклад, ввод!пъся два критичних фадкнга та ¡¡¡р., (стосовно гранта внмньу та зупинки частинок). В результат! розв'язку грьох "неповних" задач знайдемо функци розподшу гра-дкн-пв, а тош з розв'язку р:внянь /Дг,)^., стрн.маемо формули для

визначекня точок роздшу зон

критер^аль-юго ртняння, отриманого г (33) при г«= /у

(36)

г. --

I о .

1 А-Я„ 1 Л-Я

гв и. К) К1^ г: к.

к 1 к г

кЛ. К

(37)

з яких методом послшовних наближень за В1 дом ими значениями А0, Я» И* га, ко, к„, к„ /ч,.„ обчислюються величини г, 1 г„ де к0, к«, Ау вщповщно коефпи-енти фшьтрацн грунту незбурено: зони, зонн вимиву 1 зонн кольматажу. Для обчислення критичного градкнта стосовно затримки суфозшних частинок ¡¡¡р., виведена зхлежшсть

Др.3= кр.„({ат+\)1 (ат-а) ^а/(На-(г0/г,)-)' , (Зв)

де ог=л!0 / тс - вщношення кшькосп' суфозшних частинок, шо надшде в колену одиницю об'ему зонн затримки, до початково; илькосгп; am=nJmc - максимально можливе значения а. 3 р1'вняння (38) видно, що кркпэтний градкнт зуппнкл ие змшна характеристика стабшзацц процесу кольматажу (для розглядуваного випадку фгльтрацп 13 зволожувача в середовише), яка поеднуе взаемовплив суфозн 1 кольматажу. Тут групою характеристик суфозп с )."«, а кольматажу - а \ ат Вказан! груп'.1 характеристик впливають одна на одну. Напри;слад, при зростанш д1ючих градкптлв в зош Еимиву збаьшуеться рад1ус отже, 1 критичний градкнт зупннки, хоча грунт залишився одним 1 тнм же. 3 ф!зитШ01 точки зору параметр а пггегруе з сои! характеристики зернистого середовища га порово! струетури: рсзм[рн суфозШних частинок (г/с) ; пор (Д,) та початкове наповнення порсвого простору помнш бути такими, шоб стало можливим перемнаення таких частинок :з зони, де дио'п грашенти бшыш за ¡крв, в зону зупннки (кольматажу), тобто в шй зош повинно бути можлнвим ущшьнення суфозшних частинок в порах. В шдюму випадку значения а буде нрямувати до нуля, вкмпв суфозшних частинок $ ::ольматаж ними групу езгне немежливим. ' '

Формула для обчислення питомс'х в^тратн для даиого випадку мае внгляз ^2г;к0(!10-Н0)>Фа, У __(39)

де Фа = /гв)+("п!{п0 +жс))!г.(г, /г0)+{п1{ап,-а))\г.^+а~1 ~(га/г,)2/а .

На рис.4 зображеш графики залелсносгп в1длосио1 витрагн ^в=<//(2^-„(Л„-Н„)) г.1д параметра а, ганесекого до сет, I початково! галъхосп суфозшних частинок ¡п0, обчислеш для Д.,-130, /-„--Ю, ге =30, /.'о=-0.35 (роз.-.фжсть опушена, так як у формулу для <%входять в1днссш вели'пши). Як видно з графшз, збьльшгпн.я а лривод:ггь до пеступоного сплрити <7, з п;-тенсявш'сгпо, яка залежить сЬ, те - ч::1-; бьльше значения ^тГ|т;г,( ¿¡ггенс;1з;;;ше спххас '7..; при нзближеиш' а до максимально уола'.тоги з;;зчет'.их ^ з'.:е:;ше-

ння г.итрати »¡дбувасться значно аггенсившше. Тобто, яйцо структура грунту а«

0,5 0,4 0,3 0,2 0,!

2 7 ь

I

Рис.4. Графики залежносп qJq.0=Aa/am, п0) для /ío=i 10 см; го=10 см; г,=30; />„=0,35 см; при те=0,0065; 0,0195; 0,065; 0,0975 (в1дповщно крив! 1-4).

0

0,2 0,4 0,6 0,8 а/а»

така, шо значения а блкзьке до <х», то процес суфози-кольматажу значно змен-шуе фшьтрацшну внтрату. 3 анализу структура зернистого середовища та поро-вого простору отримаемо, шо таке суттсве змсншения В1ггратп можливс при наивности досить мшких суфозшннх частинок (¿4<<Д|), тод1 за межею вимиву Taici частники можуть стьорюватн щшьну масу. Це значить, що на працездат-шсть зволожувачш впливають наймшынл частники, на сцчшу bú дрен, в яких придреннин грунт замулюеться суфозйшнмн частниками максимально можли-зого д1аметру. Вщмпамо, шо при мадих значениях а зростаиня ьалькосп суфо-зшних частинок те Гфнзоднть до збшьшсння фтьтращино! витрати. Це пояс-нюеться там, шо зона вимнву стас бшьш пористою i, тнм самим, фшьтрашйний onip на дшянц! великих швидкостей змсншуеться.

Аналопчннм чином нами отримаш розв'язкн задач фшьтраци ¡з зволожу-вачз в грунт при можливосп HepisiiOMipnoro вимиву та колъматажу. Змша кое-фщента фшьтрацн грунту б цих зонах описустьс:! залежностями типу (23) та íh-шими, бшьш складшшн.

Для найбшьш характерных BapiaírrÍB моделювання дефсрмапгйних проце-о'в назедеш результата числовнх розрахуиив, за якими встановлена степшь дн р!зшк чинниив (рпикня Kanopic ЛН-Но-hл paaiyc дрени л,„ коефинент фиь-трапа к0, параметри et, b, я ta хзрактеризують здатш'сть грунту змшаовата коефь ш'ент фшьтраан грунту nú дкю градкнттв нгттору, та ¡hllií) на фиьтрзшину внтрату.

В заключения búmíthmo, що sei розглянуп модел1 грунтуються на роз-в'язках 0CK0BH01 скстемн р^внянь (15), шо опнеують взаемовплизов1 процеси

фпьтраци 1 мехашчнс! суфозп (кольматажу), для моменту стабгазаци деформа-шйних процесоЕ.

4. Експернменталыи достижения ф1льтрашТ в ссредовншах, то де-формуються. Перев1рка адекватное! I теоретичних моделей дослЬннм да-шм

При проведент експеримеитлз на дослщних установках межа ламинарного режиму руху фшьтрацшного потоку не перезищугалася

Достижениями фиьтрацн з рпннх грушах на установщ Дара було вста-новлено, що пщ д!ао грашента напору вибуваються деформацн в групп, яга впливають на його коефщеит фитьтрацн, При цьому залежшеть коефнпента фиьтраци грунту ви дночого градента, при якому В1дбузамться деформации« пронеси, мае вид

к=к0(\+Ь,р1д). ' (40)

Налриклад, для грунту Л"» 10 (табл.1) коефннентн к„ 1 Ьф, визначет з деевду, ста-новлять /.-0=0,85 см/с, 6ф=-0,28 (рис.5).

Ряс.5. Графим ;алг;кносп • к=к(!л) для грунту № 10: '-теоретична пряма; 2-д0сл1!дш точки.

Для випалку, коли юнус верх:-;й критичний град!£нт, ори досягнешо якого ирипиняються деформацн, формулу (40) дощльно заг.исати у бегляд!

А-=А:(!+6ф(/.-/;-)), С</,<4 ' (41)

* дг к2 - сгабп;зоваяе зьачення когф:шгнта фшьтрацп при />4,..

р!вня1;ня (41) можиа вихористати для псбудочи моделей з.\н:;и коефш;'ен-та фпьтрзшГ грушу при фпьтрдцп до Дй«г. сверяло вин. Для реального потоку функш'я градиента напору при рлдсутнсст! дефермацш мае вигляд !(г)Ч,£г)=ЛНУ1Г.(На/г0). Гадстазивши це значения з (41), олримаало к(г)^= Нр^НУт^г^Ь-Ь^)) обо ЦгУк&гМЬ), дг г^АН'/^Н'Ог,).

Отчее модель (23), я:сл отрпмгна нам:? з резв'язку запиьноГ задач! П5), знг-ходгпгь лабораторий питгердження.

Досл!Дженнл фпьтрацн в рпннх грунтах ка щдашному логку полД'злч, ео з зегл дп великих градзаглз наперу (бшя ьсд.г:р::й.ч,гт:-.';кх отхорЫ е:д-

буваються деформашйш пронеси, внас:пдок яких ксеф!ц!снт фшьтрацн грунту к. зн2чн0 злинюстъся, прнчо'му при вимив1 мЬких чзстинок 3 грунту за мсж1 облас-Т1 фшьтрацп' значения к зростас, а при 1х затрнмш - зменшусться. Змшл коеф!-шс.чта фшьтраии, в свою чергу, суттсво вплпвас на фиьтрашйну витрату.

Деформацшш процеси, яю виникшоть в грунт п1з д!оо град1Снт1в напору, вишнх за критичш, можутъ суттсво впливати на приплив до дренажу. Для внв-чення шк процесхв на секторному фыьтрашйному лотку проведен! дослшження р1зних конструкцп: дрен при робот '¿х в режимах осушения, зволоження 1 при ишсл!чн!й 3.\-.ini напрямку фшьтращйного потоку. В досл1аах визначалася фшь-траитна витрата д в залежност в1я р!зниа! дисчих напор1в ЛЯ \ ствсгавлялася ¿з значениями, обчнсленими за формула?.!« М.Т. Ефе:щева 1 Д. К^ркгема. Гра-фжи д=д{ЛИ) для режиму осушения циклу 1 наведен! на рис.6.

О 10 20 30 40 50 60 ЛВ,с\1

Як бачимо з трафиав, дотады результат: суттсво в!др:зияютъся в:д теоретичних розрахунюв, максимальна в!дхиленкя еклэдас 35 %. Можна прнпустгги, то на фшътрацио до дреки, впливають дсформгл'л грунту, яы залежать в!д даочих гра-д!шп» напору.

1нш1 дослиш дан) (гончарний дренаж при з'сднанш трубок бстик та з за-хкстом фильтром, пластмасовий дренаж, р!зы грунт») аналопчт наведеним. Од-нак, структура фшьтра може значимо впллгати на ф1аьтрац1Йлу витрату: хкщо ф|"льтр щшьний 1 не пропускас суфозшних частинок, то вибуБаеться замулення прифшьтрового шару грунту.

Деформацшн! пронеси вибувх'отьо: ]' дозкола досконало'1 за характером розкрпгтя пласта дрени. В табл.2 1 3, для г.ршлцду, наведен! результат;: досли-жень питомо': витрзти б залежност гл'д дпочих р:зшть напор:в.

Досл;дн! питом! внтрати суттсво мении за розрахунков!, яа отримаш при к-соп.и Щ зменшення вшбуеасгься завдяки деформашйним процесам, яга ви-никають в наиколодреншй зош ::!д дьею сш з боку фшътрацтного потоку. Спа-даннл ф!лырашйно'; Бптрати евщчлть про зменшемкл коефцзеитз фшьтраш! при

6,7 0,6 0,5 0,4 0,3

• од

0,2

0 -

Рис.6. Графж залежноетт для стнкового зазора без фшьтра, я кий працюс в режим! осушения першого циклу: 1-за залежшетю М.Т. Ефендква; 2-за залежнлетю Д. Кфкгема; 3 - дослит да-

пщвищенш диочих напоров. Якщо литому фшьтрацшну витрату оСчислзовати з врг.хуванням деформашйннх пронее!в, тобто з введениям модкн зчиш коеф!ш-ента фпьтрац» грунту, то розрахункоы значения цр вщповшають значениям ц,

ОТЕКМаНИМ 3 досл!Ду.

Таблица2

Питом! фШьтрашшн внтрати досконало! за характером розкрпттл пласта дрени для режиму осушення г. залежноеп' ш'д дпочнх р!?н:шь нопогмз

ЛИ, см ! ¡.93 3,90 8,68 ¡5.19 | 21,73 29,31 | 40,76

а, см"/с I 1.606 3.576 8.317 ! 3,069 I 17,256 20,792 | 23.245

а-,, см"/с ! 2.576 5.206 11.587 20.278 1 29.008 39.127 1 54.412

Таблиця 3

Питом! фшьтрашйш витрати дсскснало'! за хара:сгсром розг;р;птя пласта дрели

Л Я, см 1 2.03 5Л8 9.в0 14.87 1 1 Б,?- ! 26,52

а. с\ -/с 1 1.967 1.045 2.703 5,168 1 7,141 1 11.881

р.. с: г/с 1 2.710 7.315 ¡3,082 19.К51 25,017 1 35.Л03

В грунтоЕнх лотках деслшжувалнся нриплнз до дрен рпнлх констру'гшй, що застосовуютъс.ч в мелюратизшш практищ (режим осушения), а також нитрата ¡з ззоложув.гпв в грунт (режим ззоложення). Для зволсжузач:« Еиксристо-вувалися Т1 а: дрени, що працюзллч в режим! осушения, тобто внвчашся дрс-нажш елементп осушузально-зр.оложувалышч систем. В упх зипадхах в;дбуза-лися деформаций!!! пронеси е'придрснш'й зонт, причсму з режим! зволсження ¡"х вплнз на фшьтрацшну затрату був з!гачно пищим, н!ж з режим осушения.

Доелшженн.т робстч дрен при багатокрзтнему г.сг.тсренш циклу ссушгк-ня-шдгрунтспе зволоження проводилося на безнашршй устанозш Дари, щ-лин-ному та грунтових лотках. 3 режим! ззоложс-ння кожного циклу фшьтрзш'нна затрата з(!ачно змешаувДтася в час!, в режим! осушения нзетушюго циклу лещи зростала, зле ¡¡с досягала початкозого значения. П:сля 7-Ю циклш дефсрмашЛ.ч! .пронеси стзиЫзузалнся 1 витрата не змшюзалася.

Оцшка достозшносп теоретичних з^ежностсй,' лабораторних деслщ-жень, дои:;:!,ноет! ¡х зссгосузамня в шженернш практик! просктузаиня дрепаж-ннх конструкций внкснанг'нами на осном натурних дослшжень. Для цього стри-маш надшш натур!;! даш на осноз" прозедеинл польозих дослщхечь на г.нроб-пичш дшлцц! за спец1алы;о:о методикою, яка до.«с\ляс л деетаткьекз точщетю пизнач"ти з;прати 1 напори з дреках 1 грунт!.

5. Залсжцеет: та рс;:оменда;пУ дли фшьтргщшинх ризрл.г.шеш дренаж-;:нV г.-онструкци! з пряхузаннач деформзцпншх процеелв

Наведено залежност; для ьпзначення приплаву до дрен та е;гграти 13 дрен-зволожувач!3 при ¡'х робап з нсзе'язнгл грунтах ргшого гра!!уло.мстрпчкого складу.

Занропочовапа методика розрахунку общему суфош".кях частшш::, як! ни-носяться з груктозего мзеиву фпьтрзшинлм потоком (твердого стоку).

Розроблеш критеглалын ришятшя, на основ! яких мл «мл лрсе!лу:;.тг-,: та;;:

дрснажш кснструкца, ям не призодять до випикнення деформашйних процесш, або ж ш пронеси не вплиЬають на 1х прлцездатн!сть, та встановлюватн безпечш умозн експлуатацн дренажних систем.

Розроолена також .методика конструюса.чпя дрен з об'емннми фпьтрами на основ! результате розв'язку вщповщних крайових задач фщьтращ'о.

ВИСНОВКИ

1. В грун-п пркдренно'1 зони шд Д1ею сил з боку фшьтрацшнрго потоку впш:кають деформацойш процеси (суфозоя, ксльматаж), якт приводять до зош-ження водоприо"1мально1 спроможносп дрен, або до !х повного виходу з ладу. В кнуючях методиках фольтращйного розрахунку дренажних конструкшй дефор-машши процеси в грунт! 1 захисних фщьтрах не ьрахоьуються через ох ие-зизчен!сть та вцкутшегь вщпомдних моделей для описания.

2. Розроолена математична модель для еумгаюго опису взаемовгливовнх процеав фшьтраца 1 механг-шоТ суфозн в зсрннстоох середовишах. Отримано акалотнчш розв'язки бщповкннх крайових задач фшьтрацн, яга можооа внкорис-тати в шженернш пракшш, 1 доведена ох адекватность дослодноом даннм.

3. Для харастсрпстики деформашйних властизостей грунт1с додатково до критичного грлдо'ента напору введен! нов! парамэтрп, яю дозволяють гальюсно онисати штейенвшеть змши коефошеогга фпьтрацн п!д д!по град!е.чта напору. За допомогою критичного град.!гнта знгхоаиться лише межа диянки, де вЬбуваю-ться деформации« процеси.

4. Розроблено математнчш модело локально збуреноо осесимегричноТ фшьтргцн в грунтах розного граогулометричного складу для р!зних умов роооти дренажних конструкт;'; в режимах ссушеошя ! зволоження.

5. Внконано модслюзання дефермацшких процсс!в у еошадку цилонд-ричноо шаруватосп середоЕнща та встановлен! кратера констр}-ювання дрен з об'емнимн фо'льтрами оятимальних розм!р!в.

6. Отримано аналгогчш розз'язкн ^адач ф!льтраш! ¡3 зволожувача в грунт то розкроото мехашзм кольматажу пористого середовиола".

7. Експерименталышмн дослцжешоями встаноЕлено, що в грунт! довкола дреош та в захисних фщьтрах Бнникають деформац!йно процеси, яга значимо впливають на фихьтрацшну затрату. Пщтаерджена адекватность теоретнчних розв'язив дослцшом данам.

8. Встановпено, то на змшу коефощагга фольтрацо; грунту вплиаае величина град!согга напору, ця змона описуеться лапиною залежностю. В однорЬноох грунтах та грунтах, що не м!стять суфозшних частанок, ксефщоснт фольтраш'о ¡з збшьшенням град!скта напору зростэе або спадас, а при перевищенш градо'ен-тамн деякого -значения частинки грунту набувають сталого положения ! дефор-мащйк! процеси припиняютъея. В суфозойноох грунтах ванаюиоть дво зоне! - ви-мив> ! кольматажу, змша коеф!щента фшьтрацн в яках залежить в!д характерно гик грунту та ьелнчоши градкнтов напору. Функи!я залежносл швндкост! фпьтраци ыд градоента напору при наяьносп деформашашос проиес!в стас нелониЧооою.

9. За величиною дренажного тгоку без виомих граничнкх углов неможли-во характеризувати водоприймальну спроможмсть дренажу. Додатковий фьль-трашпний onip не меже бути доетатньою характеристикою дренажнс! конструк-uii, оскшьки залежить вщ коефшента фшьтрацп грунту. Введений параметр а е ушверсалыюю характеристикою, залежить ттлт.ки вщ конструкпгекпх пара-r.ierpiß дрен i враховуе деформашйш процеси.

10. Цикл1чна робота дрен осушувально-зволожувальних систем при великих дйочих град1ентах в прндреннлй зон1 приводить до значкого зменшепня при-пливу у nopisiMimi з початковим перюдом. При дотриманш в прндреннш зенл rpaaieHTiB напору нижних за значения, при яких вщбуваютьел значим! дефер-мащйш процеси, приплив до дрени не буде суттево зменшуватися.

11. Отримана математична модель нелйийно! нестащонарно! фшьтрацп в середоЕИщах, де виникають деформацшш процеси, може виксристовуватися для визначення зпливу мехашчно1 суфсзп та кольматажу на роботу г.одозаб;р-ни.х свердловин, спйгасть ннзовпх yKOciB земляних гребель тощо.

СПИСОК ОСКОВНИХ ОПУБЛ1КОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦП

1.Дмитриев А.Ф., Безусяк A.B., Хлапук H.H. Совершенствование осушнтельно-увлажнительных систем,- Львов: Свит, 1992,- 176 с.

2.Дмитрпез А.Ф., Хлапук H.H., Безусяк A.B. Фильтрационные сопротивления дренажных конструкций, работающих з режиме двусторош'его действия // Повышение эффективности ос\тжггсльно-увлажшп'ельньк систем: Сб. науч. тр. /Укр. НИИ гидротех. и мелиорации. -19S5.- C.S2-S3.

3.Дмитриез А.О., Хлапук Н.Н, Тышенко A.M. Определение фильтрационных сопротивлений дренажных конструкций при работе их в режиме двустороннего действия // Тез. докл. и выступ, на совместном заседании Проблемного оозета по осушению и осушительным системам Минводхоза СССР и секций осушения и использования мелиорированных земель ЗАСХННЛ по оптима-тизапин параметров осушительных и осутгттгельно-увлаггснительних систем в

' целях повышения продуктивности мелиорированных земель, 22-26 к.-сяя I9SS г.-Украинская ССР, Львов, 1985,- C.16-1S. ;

4.Хлапук H.H., Безусяк A.B., Бенчук А.П., Громддченко'В.Ю. Универсальная характеристика фильтрационных сопротивлений дренажных конструкций // Гидромелнорацкя к гидротехническое строительство,- 19SS - Вып.!6,- С.60-62. " ' 1

5.Хлапук H.H., Дмитриев А.О. Фильтрационные сопротивления дренажных конструкций осуглнтельно-уялалсгоггсльных систем It Гидравлика и гидротехника,- I9S9 - Bi.ni.4S.-С.25-33.

6.Хлапук H.H., Дмитриев А.О., Грсмадченко В.Ю. К вопросу кадг/кности осу-шительно-увлаяапп е.тьн.ых систем // Вопросы теерт: и практики яздежностн п:дрсмелисрат:геных систем и сооружений: Сб. пгуч. трУ ГрузНИП гидротехника й мелиорации.- 1989.- СЛ 55-204.. , : -

7.Пивовар Н.Г., Бекчук /VII, Опаяашук Т.Н.,- Хлануп rLH., Красвал задала

фильтрации к дренажу при работе его в подрусловом режиме // Гидравлика и пиротехника,- 1990 - 0ып.50 - С.22-25.

8.ПивоБар К.Г., Бенчук А.П., Безусяк A.B., Хлапук H.H. Потери напора на конструкции и приток- к дренажу при работе его в подрусловом режиме и режиме инфильтрации // Гидромелиорация и гидротехническое стронтельсто- 1990,-Bbffi.lS.- С.69-71.

9 .Хлапук H.H., Дмитриев А.О., Громадченко B.IO. Особенности работы дрен осушителько-увлажнительных систем // Мелиорация и водное хозяйство.-1990.-№12.- С.53-56.

ЗО.ХлапукМ.М., Тншенко Ю.О., Бомба А.Я. Дослщження плоского ф;'льтрашй-ного потоку в зои ццлини // .Пдромслюрашя та пдротехшчке будвннитво.-1992 - Вип.19.- С.56-61.

11 .Дм1приев А.О., Хлапук H.H. Определение минимально допустимых уклонов

• дренажных труб// Мелиорация и водное хозяйство,-1994,- №4,- С.34-35.

12.Бом5а А.Я., Хлапук М.М., Сидорчук Б.П. Про моделювання i розз'язання одного класу локально зоуреких иеяйййних задач фьтьтраци // Волинський математичний псник.- 1995,- Виа.2.- С.22-24.

13.Бомба А.Я., Дмитриев А.Ф., Хлапук H.H. К вопросу о моделировании влияния критических градиентов на фильтрационные характеристики придренной зоны И Тез. докл. науч.-техн. конф."Гидромеханика в инженерной практике" 27-30 мая 1996 г.-Киев, 1996.-С.94-95.

14.Yatsyk A.Y., Leliavsky V.V., Ruban A.F., Klilapook N.M. Ecoiopeaüy safe reclamation systems for the hamid zone // International conpess "Water ecology and technology"- îvloskow, September, 17-21, 19S6.- P. 79-SO. (ЯцшГа.В., Лелявський B.B., Рубан O.O., Хлапук M M. Еколопчш пдрсме.-норзтивн] системи для гум:дно'1 зоки).

15.Яцяк A.B., Рубак О.Ф., Хлапук М.М., Стасюк Я.П. Гпроавтоматизоваш модуль« осутлувалько-зволожувальш системи /V Мелюрашя s водие господар-ство,- 1996,- Вил.S3,- ОЛ24-131.

16.Хлапук М.М., Бомба А.Я. Оеобливосп закону Дера при моделювашн процесса фьльтрацн ь середовнщах, що деформуються // 36. статей за матер!алами III наук.-техн. конф." професорсько-викладацьксго склад;»', асл:ранпв та студента академп 24 берез.чя-16 квггня 1997 р. Ршне, 1997,- 4.2.- С.70-73.

17.Яцик A.B., Хлапук ММ., 1ваиенко А.П. Фмьтрашя до горизонтального керз-лкчиого дренаяу // Зодне гослодарстсс Уьраши.- 1997,- С.¡5-17.

IS.Хлапук М.М. Нов! аспекта робота дренажних кенструкцш, заявлен! за допомогою фЬичиого та мател-.алг-цюго моделювання // 35. статей за мате-pianaMH III каук.-техк. конф. лрофесорсько-Епгагдацького складу, 'асшразтв та студента акадгмй 24 березия-16 глатия 1997 р. Pisse.- Ч.2.- С.66-69.

19.Хлапук М.М., Яаик A.B., Стасюк Я.П., кащекко А.П., Гусак C.B. Гироакто-матпчкпй регулятор pisiiis води в модульикх осушувально-зволожувальнкх системах // Пдромелюрашя та пдоотехгпчне буд1вннцтао.-1997,- Виг..22,- C.S-16.

. 20.Бо.\;бз А.Я., Хлапук ММ., Сидорчук Б.П Мате.мзтичне моделювання нель

ыйних nponeciß масопереносу з урахуванням малих деформааш середовшца // Акгуалын проблем;! водного госпсдарства // Зб.наук. статей,- Т. 1,- P¡r,ae, УДАЕГ, 1997,-С.11-14.

21.Хлапук М.М., Дмитр;св Л.Ф., Бомба А.Я. Вплиз деформашй грунту в каз-колодренш зон! на роботу дренажаих систем // Водне господарстзо Украпгл,-1997.-fó5.-C.9-12.

22.Хлапук М.М. Дослиження рад!альнс1 фшьтрацн з двошароЕИх середсвншах, що деформуготься // Актуалып проблем;! водного гссподзрстза /36.наук, статей -Piene, УДАВГ, 1997 - Т.1.- С.116-119.

23.Бомба А.Я., Хлапук М.М., Сидорчук Б.П. Моделювання взасмовпливу гра-д!с1гпв i фшьтрацшаого середосища та проблем;: ctíhkoctí днепереннх систем // Смзика коиденсованих високомолекулярних систем,- ?1вче. 1997,- Вип.З,-С.202-207.

24.Яцпк A.B., Хлапук М.М., Ьащенко А.П. Особлнвоеп роботн ссушувхлзно-зволожувалышх систем //Всдне господарстзо Украши,- 1993,- Х;5,б- С.37-39.

25.Бомба А.Я., Хлапук М.М., Сидорчук Б.П. Про моделювання пронесу ф;ль-траци до водопрннмальних отвор1з дрен з ссредовншах, шо деформуються // Bíchhk Укр. держ. акад.Еодн. госп-ва "Сучасш проблем» теора ¿¡льтраан".-Рйше: УДАВГ, 1998,-С.27-33. •'

26.Дмитрпев А.О., Хлапук К.Н. Исследование кннемагпкн потока з дренажных трубопроводах // Гидравлика и гидротехника'. 199",- Вып.59,- С.5-15.

27.Бомбз А.Я , Хлапук М.М. Моделювання сплаву rpajicirris напору на ароцее фшьтрапа в середоЕпшах, що деформуються // Боланський математнчннй ш"сник.-1998.- Вип.5.-С.2б-35.

28.Хлапу:: М.М., Ьащенко А.П. «Гмзичнетп математичне моделювання npouecin деформашй cy(¡)03Í¡Í!ioro грунту р. назкслодрс.чшй aoni // Пдромслюрацм та пдротехш'чне будовннцтво.- 199S.- Впп 23,- C.99-I04.

29.Хлапук М.М., Bo.\h"a А.Я., Сидорчук Б.П. Про моделювання взасмсытливу фшьтрацн та мсхаш'чноТ суфочн // Bíchhk Укр. держ. акад. подн. госп-ва "Су-час:п проблема теорп ф-'льтрзш'Г.- PÍBüe: УДАВГ, 1998,- С.157-365.

30.Хлапук М.М. Млтематичне модеткзвавння взаемопалнвевих прсасс^з фпь-трацп i mcx::hi4i:oí cy4>osi'i /7 Dícihik Vicp. дер:-::, акад. - 1S9S - Внп.1,- 4.2-Пдромелюрзцш та гщротгхшка,- С.83-87.

31.Хлапук М.М. Особливост! моделювання нелшшннх проаеа'з бкьтраца ¿з зволожуг.ача в ссредознще, шо деформустьс; // В;'сник Укр. держ. акцд води, roen. "Сучг.с:и проблема теорнфшьтрдца".- 1998,- С. 151-156

32.Хлапук М.М. Математичне модед;овпння процесу фшыраш! р. сеьедовищах, де сйбувасгься мечзтчна суфоз|'я // Плроме.-кораш'я та гтдротгхш'чне буд1в-ниатво,- 1998,- Вил.23.- C.92-9R.

33.Хлапук ММ., Яанк A.B., 1ва:н2:п:о А.П. ФЬичне та мате>:эл<чне «лде-л:-ованмя дефермацы грунту з навколодренк!)": зен! // Водне гссподарстЕО Ук-ра'ши,- 1999,- M,.l,2.-C."l2-17. .

3— Jnríik АЛ'.. Ruban A.F., H'apuk \T.N. ökologisch sichere M'eIion.tionsy<¡etnc i a

dsr Kumidzone // Ausgewählte Beitrage zum Internationalen Worschop "Urnweltoarkt GUS". Terra Tee, Leipzig. 04.03.99 und der Dcutsch-Ukrainisch-Umweltwoik shops.-?. 12S-137. (Яцнк A.B., Рубан O.O., Хлапук M.M. Еколо-пчно безпечш мешоративш снстемн с гу-мшти зош).

АНОТАЦ1Я

Хлапук M.M. Теорсткчш основа ф!льтраш!' в середозищах, то деформ\ються, га ix ззетоеуваная в облает! дренажу.- Рукопис.

Диссрташя на здобутгя паукового ступеня доктора техшчнкх наук за спе-п!альшспо 05.23.16 - пдраЕлжа та шженерна пдролепя.- Рншенськин держав-нин техшчний ушверситет, Pisne, 1999.

Дигертащю присзяченс питаниям теоретичного опису сумююго процесу фшьтрацн в зернистому ссредовшш та суфозшних явищ, si.i знникають пи д!€ю сил з боку фшьтрзщйного потоку. Розроблена математнчна модель, яка опнсус фшьтращ'ю в усьому грунтовому маенз! i деформзай (суфозио, кольматаж) в зон! д',1 град!снт!в капору, ваших за критичш, i на iV ocuosi поставлен! кранов! задач! неланано"! фщьтрацп. Отрамапо знал!тичш розв'язки задач фшьтрацн при стаб!л!заи:1 суфозшних проаес!в, якч можна безносередньо використати при ви-piuieiini актуалышх практпчнях проблем. Лабсраторними та нагурними досли-женнями деформашйннх проаес!в в групп доккола дренажних конструкта та зволожувач!в встанозлена адекзатшеть теоретичннх розв'язк!з дослщним дзним. ЗапропоноЕано зале^аюетт для фшьтрза^нного розрахунку дренажних конструкций з врахузанням мехзшчно! суфозн та кольматажу, ям виникають б грунт! придренно! зона.

Клгочов! слова: фшьтращя, модель, деформаа!йн! г:роцеси, дрека, зволо-жувач, суфоз!я, кольмгтгик, грунт, аналггнчний розв'язок.

АННОТАШ1Я

Хлапук H.H. Теоретические основы фильтрации в деформируемой среде и их использование в области дренажа.- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.23.16-гидравлиха н инженерная гидролог.!«.- Риьненский государственный технический унизериггет, Ривнз, 1999.

Зо сведении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследазанай, раскрыта научная новизна полненных результатов и их пра:сткчес;:ое -значение, дакл общая характеристика работы.

В первом разделе рассмотрены аспекты современного состояния теории фильтрации и ее применения к дренажу. Показано, что особенностью использования математических основ теории фильтрации к решению задач гидротехнического и мелиоративного строительства есть нсг.сльзсБанне мсдглеГ;, в которых коэффициент фильтрации принимается постоянным, неизменяющимся во времени, несмотря на происходящие деформационные процессы. Анализ исследований работы дренажных конструкций, особенно осушительных, осушитель-

но-увлажнительных и уздхкнительлых систем, показал, что деформационные процессы в грунте придренной зоны существенно влияют на фильтрационный расход.

Во втором разделе представлена методика выполнения исследований фильтрации в деформируемой среде. Указывается, что наиболее целесообразным подходом к изучению рассматриваемого явления есть использование целенаправленных модельных методов с высоким уровнем математического описания. При построении расчетной математической модели учитываются следующие требования: модель должна отображать основные свойства явления; на основе модели должны быть получены полезные практические результаты с помощью доступных и достаточно точных математических средств; для входящих в модель параметров среды должна быть разработана методика их определения: точность результатов, полученных с помощью математического моделирования с введением известных параметров среды, должна быть соизмерима с точностью определения этих исходных данных.

Приведены характеристики зкепериментатьной установки, фильтрационных моделей, модельных и натурных грунтов, исследуемых дренажных конструкций, опытно-производственных дренажных систем. На конкретных примерах раскрыта методика планирования проведения экспериментов, обработки результатов опытов.

В третьем разделе приведен).! результаты теоретических исследований совместного процесса фильтрации и суффознон.чых деформаций. При построении системы дифференциальных уравнений для описания фильтрации в зернистой среде и суффозионных процессов, вызванных действием фильтрационных сил, рассматривается грунт, состоящий из относительно неподвижного скелета и суффозионных частиц, которые двигаются или могут при определенных условиях перейти в состояние движения. По аналогии с кедеформируемой среден рассмотрен элементарный объем и составлено дифференциально^ уравнение баланса массы пористей среды. Дополнительно к уравнениям дрижения для фильтрационного потока (математической записи основного закона фильтрации в дифференциальной Форме) введено уравнение для определения скорости движения суффозионных частиц в зависимости от характеристик фильтрационного потока. Для полученной системы уравнений выполнены постановки задач ф'пьтрации к дрене (скважине) з круговом пласте при наличии суффозионных деформаций с локальных зонах к сформулированы подходи их решению.

Для слуая стабилизации процесса суффозии (кольматэжа), который имеет практическое значение, получены решения краевых задач фильтрации к дренажу, з частности, в двухфракционных и многефракционных грунтах, в цнлчн- ■ дрпчески слоистых грунтах и фильтрах. Рассмотрены также .модели етмепенил коэффициента фильтрации (модели возмущений) при его длнсш-.сн зависимости от градиента капера, при кото-ром происходят деформационные процессы. Выполнено моделирование нелинейных процессов фильтрнпил из ур-лажните-лей в деформируемую среду Приведены результаты численных расчетов характерных вариантов моделирования локальных ;л<опггсо& дефсрмилм.

дований фильтрации в деформируемой среде. Опытами на установке Дарси установлены количественные характеристики влияния градиента напора, при котором стабилизируются деформации, на изменение коэффициента фильтрации грунта. На щелевом лотке определен приток к дренажным конструкциям, работающим в различных грунтах. Исследования фильтрационных процессов вокруг дрен и увлажнителей в радиальном потоке проведены в несуффозионных и суффозпонных грунтах. В качестве дренажных конструкций использовались гончарный дренаж (соединение трубок встык и муфтами), пластмассовые трубы с защитой слоями фильтра и без нее, совершенные по характеру вскрытия пласта дрены. Экспериментально подтверждено существенное влияние деформационных процессов на фильтрационный расход. Опытные расходы значительно отличаются от расчётных, полученных при постоянном коэффициенте фильтрации, особенно при многократном повторении. цикла лсушекне-подпочвенное увлажнение.

Оценка достоверности теоретических зависимостей выполнена на основе натурных исследований дренажных конструкций.

В пятом разделе представлены зависимости и рекомендации по фильтрационному расчету дренаяшых конструкций с учетом деформационных процессов.

Ключевые слова: фильтрация, модель, деформационные процессы, дрена, увлажнитель, суффозия, кольматаж, грунт, аналитическое решение.

ANNOTATION

Khlapuk N.N. Theoretical Bases of Filtration in the Peforraed surrounding and Their Usage in the Field of Drainage. -Manuscript.

Dissertation fer a doktor's degree by speciality 05.23.16-hydraulics and engineer hydrology, state Technical University of the city of Rivr.e, Rjvne, 1999.

Dissertation contains the questions'of theoretical description of the combined process of filtration in the graing surrounding and the phenomena of piping which are raised by the action of filtration stream forces. The mathematical model has been worked oat and it describes filtration in the entire subsoil massif and deformations (piping, colmatage) in the zone of gradients which overdraw critical. On the base of tliis model the extreme tasks of nonlenear aie put. The analytical solutions of filtration tasks under the condition of stabilization of piping processes are achieved. They can be used directly while sohing actual practica! problems. During laboratoty and on location experiments of deformational processes in the subsoil around drainage constructions and moisteners, the adequacy between theoretical results and experimental data was prowed. Formulas of filtration calculation of piping and colmatage existing in the subsoil of around drain zone are suggested.

К ex wolds: filtration, model, deformation processes, drain, moistener, piping, comatage, subsaii, analytical solutions.