Фільтраційні процеси навколо дрен і зволожувачів і їх вплив на водоприймальну здатність конструкцій

Нами пропонується Ф* для низхідної фільтрацій (режим осушення) в несуфозійному грунті визначати за формулами (6) і (12), для висхідної (режим зволоження) – (6) і (13). Для досконалої дрени, що працює в несуфозійному піщаному грунті із середнім діаметром частинок d=0, 19 мм, значення коефіцієнтів a і становлять: для режиму осушення a=0, 346, =0, 517; для режиму зволоження a=0, 854, =1, 248.

Для несуфозійних піщаних грунтів з іншим гранулометричним складом радіус силової дії дрени rc може бути визначений шляхом проведення досліджень на фільтраційному лотку. Значення коефіцієнтів a і можна встановити за результатами лише дослідів на установці Дарсі, скориставшись формулами

 

 ,  . (21)

 

Для визначення Ф* в суфозійному середовищі нами запропонована формула (17). Для досконалої дрени, що працює в суфозійному піщаному грунті з середнім діаметром частинок скелету d=0, 72 мм і діаметром суфозійних часток dci=0, 16... 0, 1 мм значення коефіцієнтів a, b і становлять: для режиму осушення a=0, 02 – 0, 08, b=0, 92 – 0, 98, =-0, 22 – -0, 01; для режиму зволоження – a=0, 01-0, 08, b=0, 8 – 0, 99, =-0, 09 – -0, 001. Для суфозійних піщаних грунтів з іншим гранулометричним складом радіус зони кольматажу rк може бути визначений шляхом проведення досліджень на фільтраційному лотку, а коефіцієнти a, b і – за результатами лише дослідів на установці Дарсі, скориставшись формулами

 ,  . (22)

 

Неврахування деформацій середовища в навколодренній зоні при розрахунках приводять до значних похибок у визначенні водоприймальної здатності дрен.

Таким чином, нами пропонується залежності для фільтраційних опорів в навколодренній зоні з урахуванням деформацій середовища включити у формулу для визначення повного фільтраційного опору наступним чином

 

Ф=Фо+Ф*. (23)

 

При цьому, як показав проведений аналіз, параметр Ф* не буде залежати від схеми притоку води до дрени, будь то дрена з боковим притоком, підруслова чи з інфільтраційним живленням.

 

 

1.Дослідження одномірного фільтраційного потоку дозволили встановити, що коефіцієнт фільтрації середовища змінюється внаслідок деформацій, які відбуваються під дією градієнтів напору. Характер деформацій залежить від фільтраційних властивостей середовища та напрямку потоку.

2.Дослідження радіального потоку показали, що фільтраційні деформації грунту суттєво впливають на водоприймальну спроможність дренажу, тому існуючі методики розрахунку не завжди відповідають дослідним даним.

3.Характер деформацій залежить від середовища, конструкції дрени, режиму її роботи та циклічності зміни напрямку фільтраційного потоку. У випадку керамічної дрени зі стиковим зазором, незахищеним фільтром, дослідні витрати в режимі зволоження значно зменшуються з підвищенням діючих напорів. З цього випливає недоцільність використання даної конструкції при імпульсному зволоженні. При захисті водоприймального отвору цієї дрени склотканиною характер деформацій практично не змінюється.

4.У випадку досконалої за характером розкриття пласта дрени в несуфозійному середовищі дослідні витрати значно перевищують розрахункові, що пов'язано із збільшенням коефіцієнта фільтрації в навколодренній зоні. При зміні напрямку потоку інтенсивність змін у грунті зростає. Суфозійне середовище за характером зміни коефіцієнта фільтрації розділяється на дві зони: виносу суфозійних частинок і кольматажу, коефіцієнт фільтрації в якій значно менший у порівнянні із областю вимиву.

5.Обгрунтовані закономірності зміни коефіцієнта фільтрації в несуфозійному та суфозійному середовищах. Розроблені моделі грунтового притоку води до дрени зі змінним коефіцієнтом фільтрації, на підставі яких отримані залежності для визначення напорів і градієнтів в області фільтрації при роботі дрени в режимі осушення і зволоження. Проведена широка дослідна апробація цих залежностей.

6.Розроблені рекомендації щодо розрахунку дренажу, який працює в двостороньому режимі, з урахуванням деформацій грунту в навколодренній зоні. Виконано впровадження цих рекомендацій на модулі дослідно-виробничої автоматизованої ОЗС, яка розташована в с. Кам’яниця Дубнівського району Рівненської області.

 

 

1.Хлапук М. М., Яцик А. В., Стасюк Я. П., Іващенко А. П. Гідроавтоматичний регулятор рівнів води в модульних осушувально-зволожувальних системах // Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво. -1997. – Вип. 22. – С. 8-16.

2.Яцик А. В., Хлапук М. М., Іващенко А. П. Фільтрація до горизонтального керамічного дренажу // Водне господарство України. – 1997. – №4. – С. 15-17.

3.Хлапук М. М., Яцик А. В., Іващенко А. П. Особливості роботи осушувально-зволожувальних систем. // Водне господарство України. – 1998. – № 5-6. – С. 37 – 39.

4.Іващенко А. П. Вплив деформацій грунту на роботу дренажу // Актуальні проблеми водного господарства: Зб. наук. статей. – Рівне: УДАВГ, 1997. – Т. 1. – С. 49-50.

5.Дмитрієв Д. А., Іващенко А. П. Вплив фільтраційної міцності грунту в навколодренній зоні на роботу дренажної системи // Актуальні проблеми водного господарства: Зб. наук. статей. – Рівне: УДАВГ, 1997. – Т. 1. – С. 36-38.

6.Іващенко А. П. Дослідження одномірного фільтраційного потоку в середовищах, що деформуються під дією градієнтів напору // Вісник Укр. держ. акад. водн. госп-ва ’’Сучасні проблеми теорії фільтрації’’. – Рівне: УДАВГ, 1998. – С. 61-65.

7.Іващенко А. П. Дослідження фільтрації в середовищах, що деформуються // Зб. статей за матеріалами ІІІ наук. -тех. конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів академії 24 березня – 16 квітня 1997р. – Рівне: УДАВГ, 1997. – Ч. ІІ – С. 30- 32.

8.Іващенко А. П., Дмитрієв Д. А. Визначення коефіцієнту фільтрації грунту на напірній установці Дарсі // Зб. статей за матеріалами ІІІ наук. -техн. конференції професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів академії 24 березня – 16 квітня 1997р. – Рівне: УДАВГ, 1997. – Ч. ІІ – С. 33- 35.

 

 

Іващенко А. П. Фільтраційні процеси навколо дрен і зволожувачів і їх вплив на водоприймальну здатність конструкцій. – Рукопис.

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 23. 16 – гідравліка та інженерна гідрологія. – Рівненський державний технічний університет, Рівне, 1999.

Дисертація містить теоретичні та експериментальні дослідження деформативних процесів навколо дрен і зволожувачів. Встановлено, що зміни фільтраційних властивостей середовища суттєво впливають на роботу дренажу меліоративних систем. Розроблена методика врахування їх при розрахунках дренажних конструкцій.

Ключові слова: деформативні процеси, дрена, зволожувач, фільтраційні властивості середовища, гідравлічні параметри.

 

 

Иващенко А. П. Фильтрационные процессы вокруг дрен и увлажнителей и их влияние на водоприемную способность конструкций. – Рукопись.

Диссертации на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05. 23. 16 – гидравлика и инженерная гидрология. – Ривненский государственный технический университет, Ривнэ, 1999.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, дана общая характеристика работы.

В первом разделе на основании изучения проблемы фильтрационного расчета дренажа осушительно-увлажнительных систем, в котором не учитываются деформации грунтовой среды, сформулированы задачи исследований.

Во втором разделе указывается, что исследования проводились в лабораторных условиях с несуффозионным и суффозионным грунтами на физических моделях: на напорной установке Дарси и секторном фильтрационном лотке.

В третьем разделе представлены экспериментальные исследования одномерного и радиального фильтрационного потоков в несуффозионной и суффозионной (5% суффозионных частиц по массе) средах, которые позволили установить, что коэффициент фильтрации грунта k изменяется из-за деформаций, возникающих под действием градиентов напора. Характер деформаций зависит от среды и направления фильтрационного потока. В несуффозионном грунте коэффициент фильтрации возростает с увеличением градиентов напора до определенного критического значения. Дальнейшее изменение последних существенно не влияет на величину k. Суффозионную среду по характеру изменения коэффициента фильтрации можно разделить на две зоны: выноса суффозионных частиц и кольматажа, положение которых зависит от направления фильтрационного потока. В первой области коэффициент фильтрации значительно больший по сравнению со второй. Исследования радиального потока показали, что фильтрационные деформации грунта существенно влияют на водоприемную способность дренажа, поэтому существующие методики расчета неадекватные опытным данным. Характер деформаций зависит от среды, конструкции дрены, режима ее работы и цикличности изменения направления фильтрационного потока. В случае керамической дрены со стыковым зазором, незащищенным фильтрирующим материаллом, опытные удельные расходы существенно менше расчетных, причем, в режиме увлажнения они (рассходы) значительно уменьшаются с повышением действующих напоров. В связи с этим вытекает нецелесообразность исспользования данной конструкции при импульсном увлажнении, которое предполагает установление больших разностей напоров, что может привести к прекращению работы дренажа. Наличие тонкого фильтра в виде стеклохолста несколько улучшает условия работы керамического дренажа, но и в этом случае изменения в грунте существенно влияют на его водоприемную способность, причем характер деформаций аналогичный изменениям в случае стыкового зазора без фильтра. Исследования совершенной по характеру раскрытия пласта дрены показали, что в несуффозионной среде опытные фильтрационные расходы значительно превышают расчетные, что связано с увеличением коэффициента фильтрации в околодренной зоне, при изменении направления потока интенсивность изменений в грунте растет. Суффозионную среду по характеру изменения коэффициента фильтрации можно разделить на две зоны: выноса суффозионных частиц и кольматажа. Величина k в последней минимальна, что значительно влияет на удельные расходы конструкции, уменьшая их по сравнению с расчетными.

В четвертом разделе предложены закономерности изменения коэффициента фильтрации, решена задача осесимметричной радиальной фильтрации к дрене в круговом пласте в случае, когда грунт деформируется. Получены зависимости для определения напоров и градиентов в области фильтрации, а также удельного расхода.

В пятом разделе разработаны рекомендации к расчету дренажа, работающего в двустороннем режиме, с учетом деформаций грунта в околодренной зоне

Ключевые слова: деформативные процессы, дрена, увлажнитель, фильтрационные свойства среды, гидравлические параметры.

 

 

Ivashchenko A. P. Filtration processes round drains and moisteners and influence of these processes on the catch-water ability of the constructions. – Manuscript.

Dissertation in competition for the degree of Ph. D in speciality No. 05. 23. 16 – hydraulics and engineer hydrology, State Technical University of the city of Rivne, Rivne, 1999.

Dissertation contains theoretical and experimental investigations of deformation processes round drains and moisteners. It was determined that changes of filtration properties of medium, affect essentially the hydraulic parameters of drainage of land-reclamation systems. Methods of ragistration of changes in calculations of drainage constructions were worked out.

Key words: deformation processes, drain, moistener, filtration properties of medium, hydraulic parameters.