Способ возведения глинистого экрана

 

Использование: для экранирования днища и откосов водоемов ГАЭС. Существо изобретения: в водоеме 1 на дно 2 укладывают глинистые грунты, из которых устраивают водоудерживающий экран 3. Последний возводят из глинистых грунтов, которые укладывают в размельченном виде (некомковатые ) и уплотняют, определяя при этом получаемый объемный вес грунта, общую пористость и показатель относительной плотности. Зная уплотненность, определяют осредненный размер деформированных пор, показатель деформированное™ пор и их количество, приходящееся на единичную площадь поверхности э крана. По полученным данным определяют по предлагаемым зависимостям толщину экрана из условий фильтрационно-суффозионной прочнос1 и, допустимой водоудерживающей способности и водопроницаемости, а также возможного влияния давления столба воды на плотность глинистого грунта экрана. Толщину экрана принимают наибольшей из трех указанных выше определений. 1 ил. Ј

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4829374/15 (22) 28.05.90 (46) 23.09.92. Бюл. N- 35 (71) Украинское отделение Всесоюзного проектно-изыскательского и научно-исследовательского объединения Гидропроект" им. С.Я. Жука (72) В.Ф. Канарский, В.М, Кондратьев, В.А.

Осадчук, И.С. Миц, С.Г, Агеев, Р.В. Хомяк, Ю.Н. Васильев и И.М. Охрименко (56) Гидротехнические сооружения под ред.

В.П, Недриги. — M.: Стройиздат, 1983, с. 518.

Авторское свидетельство СССР

N 1252428, кл. Е 02 В 3/16, 1986. (54) СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ГЛИНИСТОГО

ЭКРАНА (57) Использование: для экранирования днища и откосов водоемов ГАЭС. Существо изобретения: в водоеме 1 на дно 2 укладывают глинистые грунты, из которых устраивают водоудерживающий экран 3. Последний возводят из глинистых грунтов, которые укладывают в размельченном виде (некомковатые) и уплотняют, определяя при этом получаемый объемный вес грунта, общую пористость и показатель относительной плотности. Зная уплотненность, определяют осредненный размер деформированных пор, показатель деформированности пор и их количество, приходящееся на единичную площадь поверхностй экрайа. По полученным данным определяют по предлагаемым зависимостям толщину экрана из условий фильтрационно-суффозионной прочности, допустимой водоудерживающей способности и водопроницаемости, а также возможного влияния давлеййя столба воды на плотность глинистого грунта экрана. Толщину экрана принимают наибольшей из трех указанных выше определений. 1 йл.

1763556 д(HDo эк 2

028 2 Оо одоп Кф (1 — lo ) 40

Amax П

Pn—

Пmax Пmin

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, в частности к природозащитным конструкциям, и может найти применение при устройстве водоудерживающих экранов водоемов, например водоемов ГАЭС, днища и бортов каналов, подпорных плотин.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности работы экрана при одновременном обеспечении природоохранных мероприятий путем задания оптимальной толщины противофильтрационного днища водоема, На чертеже показан водоем, дно которого снабжено возводимым водоудерживающим экраном.

В водоеме 1 на дно 2 укладывают глинистые грунты, из которых устраивают водоудерживающий экран 3.

Способ осуществляют следующим образом.

Экран 3 возводят из глинистых грунтов, которые укладывают на дно 2 водоема 1 в размельченном, но не комковатом виде и уплотняют. При этом отсыпку производят оптимально увлажненным некомковатым глинистым грунтом, содержащим агрегаты размером darp. 5 мм не менее 80 — 85/ „ который уплотняют до состояния несуффозионности, характеризуемой соотношением б! = dci3% > (2 - 3)do, где d з% — размер суффозионных частиц грунта экрана допустимой.3% обеспеченности, определяется по графику гранулометрического состава; бо — осредненные размеры паровых ходов, деформированных уплотнением глинистых грунтов при возведении экрана, см

Оо — — л л

2 $ Ñ rd (1 + Зn ) здесь: di- — осредненные размеры частиц глинистых грунтов экрана, см; = ",. где di, P — крупность частиц и их содержание в грунте экрана в долях единицы, определяются по данным гранулометрического состава;

73, rd — удельный вес частиц и скелета грунта экрана, г/смз, Д вЂ” показатель, аналогичныЙ показателю относительной плотности

Птах, Dmin, П вЂ” ОбЩаЯ РОРИСТОСТЬ ГРУНТа в предельно рыхлом (Amax = 0,876), предельно плотным (nmin = 0,259) и промежуточном

СОСТОЯНИИ ПЛОТНОСТИ (llmax > П > Amin), 5 Ср — показатель деформированности пор грунта уплотнением до эллиптической формы при возведении экрана

У

С = 1 + 1,29 хс—

di d — 0124 з д ra хс — эмпирический показатель, отражающий степень деформированности пор глинистых частиц от уплотнения в зависимости от содержания глинистых частиц в грунте (принимается по таблице). д — толщина пленки связанной воды а- М-(1 М. -a

W>< — максимальная молекулярная влажность, суммарную величину слоев отсыпки глинистых грунтов on ределя ют, исходя из условий обеспечения фил ьтра цион но-суффозионной прочности экрана на контакте с грунтом основания, ограничения инфильтрации воды через экран в массив основания не более допустимой и недопущения возможного сжатия давления столба воды над экраном фильтрационных ходов в толще глинистого экрана, на глубину, превышающую толщину экрана, определяя в каждом из указанных условий толщину экрана соответственно по следующим зависимостям;

45 то (2 Я (1 + C ))O.5 (1 + Pn ) где д „вЂ” толщина экрана, определяемая из условия обеспечения его фильтрационносуффозионной прочности на контакте с грунтом основания,м: д"зк — толщина экрана, определяемая из условия ограничения инфильтрации воды через экран в массив основания(в пределах не выше принятой нормы), м; д "зк — тОЛщИНа ЭКраНа, ОПрЕдЕЛяЕМая из условия недопущения возможного сжатия давлением столба воды над экраном фильтрационных ходов в толще глинистого экрана на глубину, превышающую толщину экрана,м;

1763556

А—

4к(СВ+ 1 1) с

4 о

"гд офх ф )0,5 о 0,5

Chirpy (1+Pm) J одоп дэк

Н вЂ” высота столба воды над экраном, м;

Do — максимальный размер пор в грунте основания экрана, см;

Кф — коэффициент фильтрации уплотненного глинистого грунта в теле экрана, м/сут; одоп — допустимая норма инфильтрации воды через экран, м/сут;

io — величина начального градиента напора у — удельный вес воды, г/см; з, то — предельное напряжение жидкости на сдвиг в узких эллиптических поровых щелях, дин/см2;

Зфк- — осредненный размер щели эллиптической формы при этом толщину экрана назначают по наибольшей из полученных величин д зк,д"зк, д" з,при условии, что максимальный размер пор в грунте основания равен

Dp (2 — 3) Dp =(2 — 3) — х

2 где 0 — осредненный размер частиц грунта основания / ТГ

Х Pl/D|

Со гр. — степень деформированности грунта основания в процессе подготовки перед укладкой экрана

А, ф, и а коэффициент фильтрации Кф =

Р удовлетворяет условию где l — градиент действующего напора на экран

А — показатель эллиптической формы сечения пор вф — осредненная величина площади сечения фильтрационного хода — xd (yç г о 1 +W з )

4 yd (1 +Рп ) v — коэффициент кинематической вязкости, g — ускорение силы тяжести.

При уплотнении оптимально увлажненного -размельченного грунта тяжеловесными катками (виброкатками) порь: грунта деформируются и сплющиваются до щелей эллиптической формы, через которые под напором столба воды в водоеме не должны перемещаться частицы размером свыше d; богаз, т, е, грунт практически становится не суффозионным. При этом эллиптические щели заполнены пленочной связной водой, движение которой возможно после преодоления напором воды водоема, если таковой достаточно, предельного напряжения сдвига жидкости в тонких порах, т. е, размельченному глинистому грунту уплотнением можно придать определенную степень деформированности пор, при которой при заданных напорах воды в водоеме экран будет иметь требуемую водопроницаемость и достаточно гарантированчую водоудерживающую способность.

Определяют полученный обьемный вес грунта, общую пористость и показатель относительной плотности, Зная плотность, определяют осредненный размер деформированных пор, показатель этой деформированности, коэффициент фильтрации Кф и величину инфильтрации воды через экран, которые не должны превышать принятые (для данных гидрогеологических условий) нормы Кф <

< Кф.доп. и E одоп, Толщину экрана 3 определяют из условий фильтрационно-суффозионной прочности, допустимой водопроницаемости и водоудерживающей способности, а также возможного влияния давления столба воды на плотность глинистого грунта экрана. Толщину экрана принимают наибольшей из величин указанных выше определений.

Рассмотрим предлагаемый способ на примере возведения экрана днища верхнего водоема строящейся Каневской ГАЭС.

1763556

0о=0,042>

Кф

0,025 см.

0,000015

1 дэк— к н

epоп Кф (1 1о ) Х P>/d7

=1,96 м

Исходные данные: напор воды Н =. 22 м, допустимая инфильтрация воды из водоема через глинистый экран принята равной Едоп. =

=1,5 10 м/сут коэффициент фильтрации экрана Кф = 1,5 х

10 м/су .

Днище водоема сложено песками осредненной крупности d1 = 0,03 см общей пористостью и = 0,4 с удельным весом частиц y, = 2,65 г/см и удельным весом скелез та у 1 = 1,60 г/смз. Осредненный размер пор

Эо =0,042 см.

Экран возводится из лессового суглинка с удельным весом частиц уэ = 2,70 г/см з и их осредненным размером б1 = 0,00072 см.

Суглинок укладывают в экран измельченным (некомковатым), уплотняют до объемного веса уд = 1,70 г/см пористостью и = з

=0,37 показателем относительной плотности Pn = 1,82, При таком уплотнении осредненный размер деформированных пор определяют равным бо = 0,000017 см. Показатель деформированности пор С =142.

Начальный гРаДиент 1о = 2,0.

По полученным данным определяют толщину экрана из условия фильтрационносуффозионной прочности;

Н Dî 2200

0,28 — 2 (Я 0,28 — 0,042

0,42

0,14 м, из условия допустимой водоудерживающей способности и водопроницаемости:

0,000015 22

0,00015 — 0,000015 (1 — 2,0 ) и из условия возможного влияния давления столба воды на плотность глинистого грунта экрана:

III Н d3 зэк = 0,005 го (2 с(о (1 — Ср) ) (1 +Рп ) 1 х 2200 х О.С00722

0,0055 (2 х 0,00001 (1 + 142 ) )О х (1 + 0,82 ) Из трех значений толщины экрана приII нимаем наибольшее дэк = д„= 2,0 м.

Полученное значение проверяем следующим образом:

5 максимальный размер пор удовлетворяет назначенному условию

То же самое следует сказать и о коэффициенте фильтрации экрана

ge 000015 ("о п — 0,00015 2,0

I 22 +2 (1 — 2)

0,000015 м/сут.

Формула изобретения

Способ возведения глинистого экрана, преимущественно днищ верхних водоемов

ГАЭС, включающий послойную отсыпку с уплотнением оптимально увлажненных глинистых грунтов с предварительным определением толщины экрана, исходя из условий фильтрационных и суффозионных показа30 телей грунтов днища и экрана, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности в работе экрана при одновременном обеспечении природоохранных мероприятия путем задания

35 оптимальной толщины противофильтрационного экрана днища водоема, отсыпку производят оптимально увлажненным некомковатым глинистым грунтом, содержащим агрегаты размером darp 5 мм не

40 менее 80-85, который уплотняют до состояния несуффозионности, характеризуемой соотношением

Ф = бс(з (2-3)do, ° где deny, — размер суффозионных частиц

45 грунта экрана допустимой 3%-ной обеспеченности, определяется по графику гранулометрического состава; бо — осредненные размеры поровых ходов, деформированных уплотнением глини50 стых грунтов при возведении экрана, см

55 где d(- — осредненные размеры частиц грунта возводимого экрана, см, 10

1763556

Р птах

nmax dmin

) 1

С = 1 + 1,29 хс у

4 То о

YA Офх ч" ф )0,5 лС

НDO эк

0.28 — 2 Dî где Di — осредненный размер частиц грунта

50 КН сдсп Кф (" io) 1 л:ыт ) где di, Р— крупность частиц и их содержание в грунте экрана в долях единицы, определяется по данным гранулометрического состава; уэ, gd — удельный вес частиц и скелета 5 грунта экрана, г/см;

Pn — показатель, аналогичный показателю относительной плотности, паэх, Dmin и — общая пористость грунта в предельно рыхлом (nmax = 0,876), предельно плотном (пп1 п = 0,259) и промежуточном

СОСТОЯНИИ ПЛОТНОСТИ (>max > П > Dmin)

Ср — показатель деформированности пор грунта уплотнением до эллиптической формы при возведении экрана

20 хс — показатель, отРажающий степень 25 деформированности пор глинистых частиц от уплотнения в зависимости от содержания глинистых частиц в грунте; д — толщина пленки связанной воды, 8= д1 Т Ж,;.а; ю

W< — максимальная молекулярная влажность, суммарную величину слоев отсыпки глинистых грунтов определяют, исходя из условий обеспечения фильтрационно-суффозионной 35 и рочности экрана на контакте с грунтом основания, ограничения инфильтрации воды через экран в массив основания не более допустимой и недопущения возможного сжатия давлением столба воды водоема над 40 экраном фильтрационных ходов в толще глинистого экрана на величину, превышающую общую толщину экрана, определяя в каждом из указанных условий толщину экрана соответственно по следующим зависи- 45

МОСТЯМ:

„2(„+„- )0,5(„+ ) 55 и .где дэк — толщина экрана, определяемая из условия обеспечения его фильтрационносуффозионной прочности на контакте с грунтом основания, м; э дэк — толщина экрана, определяемая из условия ограничения инфильтрации воды через экран в массив основания (в пределах не выше принятой нормы), м; (И дэк — толщина экрана, определяемая из условия недопущения возможного сжатия давлением столба воды водоема над экраном фильтрационных ходов в толще глинистого экрана на величину, превышающую общую толщину экрана, м;

Н вЂ” высота столба воды над экраном, м;

Оо — максимальный размер пор в грунте основания экрана, см;

Кф — коэффициент фильтрации уплотненного глинистого грунта в теле экрана, м/сут; одоп — допустимая норма инфильтрации воды через экран, м/сут;

In — величина начального градиента напора, — удельный вес воды, г/см; з, то — предельное напряжение жидкости на сдвиг в узких эллиптических поровых щез, dyx — осредненный размер щели эллиптической формы при этом толщину экрана назначают по наибольшей из полученных величин д эк, д"эк, д" экпри условии, что максимальный размер пор в грунте основания равен

Do = (2 — 3 ) Do = (2 — 3 ) — х

2 с

) 0.5 х

С гр yd (1 + j4 ) — Ф

Х Р;l

С3гр. — степень деформированности грунта основания в процессе подготовки перед укладкой экрана

1763556

Ад Wpx u а коэффициент фильтрации Кф = удовлетворяет условию

А—

4ж(С + — )

С

5 вф — осредненная величина площади сечения фильтрационного хода

Кф (Н вЂ” дзк (1 — Io)) с =Кф!— ДО11 где I — градиент действующего напора на экран

Йф—

4уа (1+P.) I

Ак

А — показатель эллиптической формы сечения пор

3/ — коэффициент кинематической вязкости. для определения x - эмпирического параметра, эааисящего от раэмельченности (некомковатост ) мко атости > плотности и содернания глинистых частиц

Значение параметра Х<, при плотности Q,т/мэ грунта

1,57 1,60 1,65 1,70

4;, им

1,78 1,80

1 ° 81 1,83 1 ° 85

1,75

34,0 40,7

2,2 8

Составитель В. Канарский

Редактор Е, Полионова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С. Пекарь

Заказ 3433 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Содеркание а грунте глинистых 1,25 частиц, Ф

56-65 18

37-41.

З0-ЗВ

24-27

10 ° 8-12,4

39 158 330 358 130

5,5 15 27 29 34

0,3 1,7 3,1 3,6 6,6

0,10 0,34 1,7 2,3

638 зв

8,2

2,6

53 81

9 ° 9 10,2

2,9 4,0

0,06 0,7

37,9

12,3

0,9

31,0

124 ° 0

1,О.

0,0032

0,0039

0,0042

0,0048

0 ° 0072