Методика расчета русловых карьеров для возведения насыпей подходов к мостам и регуляционных сооружений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Нгуен Хоанг Хай

• Нгуен Хоанг Хай
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Хоанг Хай

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обоснование актуальности темы исследования

1.1. Общие понятия о речных карьерах

1. 2. Основные принципы и условия размещения карьеров

1. 3. Оценка методов расчета деформаций карьеров на реках

1. 4. Режим добычи нерудных материалов из русел рек. Влияние на

гидрологический и русловой режимы рек

1. 5. Актуальность темы диссертации

Глава 2. Математическая модель деформаций русел и свободной поверхности потока и её адекватность натурным процессам

2.1. Алгоритм и принципы расчета по программе «Гидрам-3»

2. 2. Исходная информация и результаты расчета по программе «Гидрам-3»

2. 3. Физический эксперимент руслового карьера на р.Баньке

2. 4. Расчет деформации дна на участке возведения карьера на р. Баньке по

программе «Гидрам-3»

2. 5. Доказательство адекватности результатов расчета по программе и

полунатурного эксперимента

Глава 3. Использование программы Гидрам-3 в расчетах деформаций

нижнего бьефа русловых карьеров

3.1. Расчеты карьеров на реке Оке у г. Каширы

3. 2. Расчеты карьеров на реке Вятке у г. Мамадыша

3. 3. Анализ и обобщение результатов математического моделирования нижнего

бьефа русловых карьеров

Глава 4. Использование программы Гидрам-3 в расчетах деформаций

верхнего бьефа русловых карьеров

4.1. Расчеты карьеров на реке Оке у г. Каширы

4. 2. Расчеты карьеров на реке Вятке у г. Мамадыша

4. 3. Анализ и обобщение результатов математического моделирования верхнего

бьефа русловых карьеров

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика расчета русловых карьеров для возведения насыпей подходов к мостам и регуляционных сооружений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы: При строительстве мостовых переходов все чаще насыпи подходов к мостам и регуляционных сооружений для снижения стоимости земляных работ возводят средствами гидромеханизации. Русловые карьеры при этом часто намечают на побочнях в непосредственной близости от строящихся мостов.

Размещение карьеров в руслах рек всегда сопровождается изменениями их руслового и уровенного режимов, тем более заметными, чем больше объем выработки грунта. Русловые карьеры после прекращения их разработки, заиляясь с верховой стороны и размываясь с низовой, перемещаются вниз по реке. Глубина выработки при этом уменьшается, а длина соответственно увеличивается. Это перемещение часто сопровождается подмывами берегов, водозаборов, размывами мостов, переходов коммуникаций и других инженерных сооружений в руслах рек.

Очень опасны постоянно действующие русловые карьеры, которые существенно влияют на уровенный режим рек на значительных участках выше и ниже по течению, при этом опасные деформации русел развиваются не только вниз по течению, но и вверх от карьеров в виде попятного размыва.

Устройство глубоких выработок грунта на побочнях выше мостов может оказаться для них катастрофическим.

Цель работы: разработка методики расчета русловых карьеров при возведении подходов к мостам средствами гидромеханизации. Задачи работы:

1. Исследовать по материалам математического и полунатурного физического моделирования закономерности уровенных и русловых деформаций, которыми сопровождается сооружение русловых карьеров при производстве земляных работ с использованием средств гидромеханизации.

2. Разработать детальный (на основе решения дифференциальных уравнений

баланса наносов и неустановившегося течения жидкости в конечных разностях) и упрощенный методы расчета русловых карьеров.

3. Дать рекомендации по безопасному размещению русловых карьеров при строительстве мостовых переходов и других инженерных сооружений на реках.

Объект исследования: деформации свободной поверхности потока и русел при устройстве русловых карьеров для возведения насыпей подходов к мостам и регуляционных сооружений.

Научная новизна и значимость работы: К настоящему времени разработка грунтов из русел рек превратилась в острую глобальную проблему, строгого решения которой пока нет. Предварительные решения её страдают грубыми допущениями и неточностями. Поэтому эта важная задача требует своего решения на новом современном научном уровне. В настоящей работе использовано компьютерное математическое моделирование с помощью программы «Гидрам-3» для решения этой актуальной задачи и исследования основных факторов, влияющих на деформации свободной поверхности потока и русел рек у русловых карьеров.

Практическая значимость работы: Полученные в настоящей работе результаты позволяют рекомендовать использовать формулы для быстрого прогноза деформаций свободной поверхности потока и русел рек в нижних и верхних бьефах после устройства русловых карьеров.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Нгуен Хоанг Хай

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. С использованием методологии комплексного расчета мостовых переходов и программы «Гидрам-3» проведено математическое моделирование и исследовано влияние различных факторов на деформации русловых карьеров.

2. Доказана адекватность математической модели натурным процессам.

3. Исследованы процессы, протекающие в ходе деформаций низовых забоев русловых карьеров и установлено, что: на форму кривой размыва за карьерами (в нижнем бьефе) крупность руслового аллювия практически не влияет. Крупность размываемого аллювия влияет лишь на время, потребное для достижения наибольшего размыва; уклоны свободной поверхности потока также не влияют на характер деформаций русловых карьеров в нижнем бьефе; длина и глубина (размеры) карьеров уже оказывают заметное влияние на характер деформаций нижнего бьефа. При увеличении длинны карьера, глубины размыва в нижнем бьефе заметно возрастают. Но наибольшее влияние на характер изменения отметок размытого дна оказывает глубина карьера. При разных глубинах карьера, характер деформаций низового забоя заметно меняется, при этам глубины размыва в нижнем бьефе оказываются тем больше, чем больше исходная глубина карьера.

4. Полученны эмпирические зависимости для быстрого прогноза глубин среднего смыва грунта за карьерами. Эти зависимости можно использовать для быстрой оценки влияния русловых карьеров на существующие и проектируемые инженерные сооружения в руслах рек ниже карьеров (мостовые переходы, переходы коммуникаций, водозаборы и т.д.).

5. Исследованы процессы, протекающие в верхних бьефах русловых карьеров, и установлено, что: в результате устройства русловых карьеров происходит снижение свободной поверхности потока и развитие попятного размыва в верхнем бьефе. При этом величина снижения свободной поверхности потока определяет соответствующий размыв дна в тех же створах; на снижение свободной поверхности потока и русловые деформации в верхнем бьефе карьеров оказывают значительное влияние уклоны свободной поверхности потока. При этом, чем больше уклон реки, тем более заметно снижение отметок свободной поверхности и рост размывов при устройстве карьеров; длина и глубина (размеры) карьера также оказывают большое влияние на снижение свободной поверхности потока и деформации дна в верхнем бьефе. При увеличении длины карьера при его разработке происходит снижение уровней воды и развитие попятного размыва дна на значительном участке реки выше карьеров. При увеличении глубины карьера, также происходит снижение свободной поверхности потока и увеличение деформаций дна выше верхового забоя.

6. В результате обобщения материалов математического моделирования полученны упрощенные зависимости для: определения снижения свободной поверхности потока {А2) и соответствующего размыва (АНД) в створе бровки верхового забоя; определения снижения уровня воды и соответствующей глубины размыва дна в любом створе на расстоянии (/х) от бровки верхового забоя карьеров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Хоанг Хай, 2012 год

Список литературы:

1. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов. — М.: Дориздат, 1949.

2. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов. — М.: Автотрансиздат, 1960.

3. Андреев О. В. Расчеты русел при проектировании мостовых переходов.— В кн.: Труды первой всесоюзной конференции по гидравлике водопропускных сооружений. - М.: Высшая школа, 1969. с. 200—206.

4. Андреев О. В., Глаголева Т. Н., Федотов Г. А. Методика и некоторые результаты исследования переформирования речных русел под влия-нием сооружений, не прерывающих транспорта наносов. — В кн.: Динамика и термнка рек, - М., 1973, с. 239—249.

5. Андреев О. В., Федотов Г. А., Гринич В. Ф. Расчет подпора на мостовых переходах. — Автомобильные дороги, 1973, № 1, с. 25—28.

6. Андреев О. В., Федотов Г. А., Гринич В. Ф. Упрощенные формулы для расчета подпора. — Автомобильные дороги. 1974, N9 6, с. 16—18.

7. Андреев О. В., Федотов Г. А. Проектирование мостовых переходов с применением ЭЦВМ (учебное пособие). Ч. II. - М., 1976.120 с. (МАДИ).

8. Андреев О. В., Федотов Г. А., Пустова Л. А. Методика расчета подпора на мостовых переходах. — Автомобильные дороги, 1979, N9 1, с. 23—25.

9. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов. — М.: Транспорт, 1980.

10. Андреев О.В., Наумов Г.Г. Основы расчёта деформаций русловых карьеров и учёт их влияния при проектировании мостовых переходов/ Гипродорнии. - Науч. тр. - М., 1988, вып. 59. - С. 67 - 80.

11. Андреев О. В., Глаголева Т. И., Федотов Г. А. и др. Расчет величины деформаций русел и определение отметок свободной поверхности потока при проектировании мостовых переходов. — В кн.: Труды третьей всесоюзной конференции по гидравлике водопропускных сооружений. Гомель, с. 32-35 (БелИИЖТ).

12. Богомолов А. И., Михайлов К. А. Гидравлика. — М.: Стройиздат, 1972.

13. Беркович K.M., Гопченко Е.Д., Каганов Л.И., Наумов Г.Г., Рулёва С.Н., Сергутин В.Е. Влияние карьеров на уровенный и русловой режим рек/ МГУ, Луцкий пед. ин-т. - Эрозионные и русловые процессы (материалы координационных совещаний вузов 1986-1990 гг.). - Луцк, 1991. - С. 116 -126.

14. Бабкин В.Ф., Яценко В.Н., Китаев Д.Н. Инженерная гидрология, гидрометрия, гидравлические и гидрологические расчеты мостовых переходов и косогорныхтруб.— Воронеж: Изд-во ВГАСУ, 2008.

15. Васильев А.П. Эксплуатация автомобильных дорог. — М.: Академия, 2010.

157

16. Гончаров В. Н. Динамика русловых потоков. - Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 374 с.

17. Гришанин К. В. Теория руслового процесса. - М.: Транспорт, 1972. 216 с.

18. Гришанин К. В. Устойчивость русел рек и каналов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 144 с.

19. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. — М.: Наука, 1970.

20. Мирцхулава Ц. Е. Размыв русел и методика оценки их устойчивости. — М.: Колос, 1967.

21. Методические рекомендации по расчетам мостовых переходов. — М.: ГипродорНИИ, 1987.

22. Наумов Г.Г. Моделирование подводного руслового карьера на подмосковной реке Баньке. Русловые процессы на мостовых переходах/ МАДИ. - Науч. тр. - М., 1986. - С. 114-119.

23. Наумов Г.Г. Основные предпосылки теоретического расчёта русловых карьеров. Русловые процессы на мостовых переходах/ МАДИ. - Науч. тр -М., 1986. - С. 104-113.

24. Наумов Г.Г. О негативных последствиях устройства русловых карьеров и их учёте при проектировании мостовых переходов/ Гипродорнии. -Науч. тр. -М., 1987, вып. 56.-С. 58-63.

25. Наумов Г. Г. Методика расчета деформаций русловых карьеров и учет влияния выемки грунта из русел рек при проектировании мостовых переходов/Диссертация на соискание уч. ст. к. т. н. - М. 1987.

26. Наумов Г.Г., Николаевский В.Г. Геометрическое моделирование и расчёт продольного профиля дна смываемого низового участка руслового карьера/ Гипродорнии. - Науч. тр. - М., 1991, вып. 60. - С. 59 - 66.

27. Наумов Г.Г., Андреев О.В., Пичугов Г.С., Журавлёв ММ. Методические рекомендации по расчёту деформаций русловых карьеров и учёту их влияния при проектировании мостовых переходов/ Гипродорнии, МАДИ. -М., 1991.- 49 с.

28. Наумов Г.Г. Определение зоны влияния руслового карьера/ Союздорпроект. - Сб. науч. - метод, работ. - М., 1998, вып. 2. - С. 153 -156.

29. Наумов Г.Г. Основные положения проектирования русловых карьеров / МГУ, Баш. гос. ун-т. - Четырнадцатое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Материалы и краткие сообщения. - Уфа, 1999. - С. 170

30. Наумов Г.Г. Особенности расчёта карьера, занимающего часть ширины русла / Союздорпроект. - Сб. науч.-метод. работ. - М., 2000, выи. 4. - С. 199202.

31. Наумов Г.Г. Упрощённый расчёт деформаций русла реки в зоне влияния руслового карьера. - Двадцать первое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Чебоксары, 10-13 октября 2006 г.): Доклады и краткие сообщения. - Чебоксары, 2006. - С. 161 -163.

32. Наумов Г.Г. О методах прогноза антропогенных деформаций речного русла на переходах через водотоки. Эрозионные и русловые процессы на равнинных территориях: материалы Международной науч. практ. конф., 1419 сент. 2009 г./ БГУ, Ин-т почвоведения и агрохимии; редкол.: И.И. Пирожник (отв. ред.) [ц др.]. - Минск, 2009. - С. 170-173.

33. Попов И. В. Деформации речных русел и гидротехническое строительство. -Л.: Гндрометеоиздат, 1969. 363 с.

34. Пуркин В.И., Холин A.C. Проектирование мостовых переходов.— М.: Учеб. пособие, 2002.

35. Проектирование автомобильных дорог (вопросы проектирования мостовых переходов)/ Под ред. О. В. Андреева. - М., 1973. 112 с. (Труды МАДИ, Вып. 51).

36. Программы расчета мостовых переходов Гидрам-3 и Рур-1. - М., 1976. 137 с. (Гипротрансмост).

37. Розовский И. Л., Еременко Е. В., Базилевич В. А. Неустановившееся движение водного потока ниже гидроэлектростанций и его влияние на русло. - Киев: Наукова думка, 1967. 276 с.

38. Русловые процессы/ Под ред. И. А. Кузьмина. - М., 1973. 204 с. (Труды Гидропроекта; Сб. № 30).

39. Снищенко Б. Ф., Месерлянс Г. Г. Изменение руслового режима при устройстве малого карьера // Тр. / Гос. гидролог, ин-т. - 1987. - Вып. 307. С. 43-62.

40. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических характеристик. — М.: Госстрой СССР, 1984.

41. Федотов Г. А. Расчеты мостовых переходов с применением ЭЦВМ. — М.: Транспорт, 1977.

42. Федотов Г.А. Методология комплексного расчета мостовых переходов/ Диссертация на соискание уч. ст. д. т. н. - М. 1978.

43. Федотов Г.А., Наумов Г.Г. Аналитический метод аппроксимации гидрометеорологических зависимостей. - Проектирование мостовых переходов / МАДИ. - Сб. трудов. - М., 1980. - С. 104 -109.

44. Федотов Г. А. Детальный расчет мостовых переходов с переливаемыми подходами // Сб. тр. МАДИ. Проектирование искусственных сооружений на автомобильных дорогах. — М., 1983.

45. Федотов Г. А. Инженерная геодезия. — М.: Высш. шк., 2004.

46. Федотов Г.А. Изыскания и проектирование мостовых переходов. - М.: Издательский центр «Академия», 2005.

47. Федотов Г.А., Поспелов П.И. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. — М.: Высшая школа, 2009.

48. Bayer F. Der Geshiehenhaushalt der bayerischen Donau im Wandel Wasserbaulicher Massnahraen // Die Wassertfirtschaft. - 1965. -Heft 4,5. - S. 107-111,145-154.

49. Bijker E.W. Sedimentation in channels and trenches // Proc. 17 th Coast. Eng. Conf., Sydney, 23-28 March 1980. Vol. 2. -New York. N.Y., 1981. - P. 1708-1718.

50. Borah D.K., Alonso O.V., Prasad S.N. Routing graded sediments in streams: formulations // J. Hydraul. Div. Proc. Araer. Soc. Civ. Eng. - 1982. -108, N 12. - P. 1486-1503.

51. Borah D.K., Alonso C.V., Prasad S.N. Routing graded sediments in streams: applications //J. Hydraul. Div. Proc. Amer. Soc. Civ. Eng. - 1982. - 108, N 12. - P. 1504-1517.

52. Felkel K. Naturversuche Mit künstlicher Geschiebeführung, zwecks Verhütung der sohleintiefung des Oberrheins (Freistetter Versuche) // Die Wasserwirschaft. -1977 - Heft 5. - S. 119-125.

53. Hansen H. Die Sohlenerosion des Niederrheins // Jabra. Harb Hafenbau Techn. Ges., 1985-1986. Bd. 41. - Berlin, 1986. -S. 96-106.

54. Rarmette M. Surveillance et confortement des fondations d'ouvrages d'art en site aquatique. Aspect hydraulique // La houille blanche. -1982. - P. 41-48.

55. Wang S.Y. Computer simulation of sedimentation processes // Finite Elem. Water Resour. Proc. 4 th Int. Conf., Hannover, June 1982. - Berlin, 1982. - P. 16/35-16/46.