Численное моделирование объемного противофильтрационного геотекстильного покрытия с изменяемой высотой ребра

Численное моделирование объемного противофильтрационного геотекстильного покрытия с изменяемой высотой ребра

М.А. Бандурин, В.А. Бандурин

Большинство длительно эксплуатируемых гидротехнических сооружений России находится неудовлетворительном в состоянии, требующем модернизации и реконструкции. По прошествии длительного периода эксплуатации гидротехнические сооружения продолжают работать, без плановых ремонтов, необходимо произвести техническую реконструкцию сооружения на базе инновационных, а также ранее проверенных технологий ремонта [1].

Объемное противофильтрационное геотекстильное покрытие применяется для технического восстановления длительно эксплуатируемых водопроводящих каналов вышедших из строя [2].

Объемная ячеистая конструкция заполняются грунтом и имеют изменяемую высоту ребра от гребня до подошвы откоса. Эксплуатационная надежность и долговечность объемного покрытия обеспечивается ячеистой конструкцией имеющей изменяемую высоту ребра, для ликвидации образования оползней в подстилаемом грунте и в заполняющем, а также потерей воды на фильтрацию.

Необходимо определить возможные условия дальнейшей эксплуатации покрытия, а именно образование различных дефектов. Численный эксперимент в себя включал построение твердотельной модели напряженно -деформированного состояния покрытия [3].

Была численно смоделирована работа покрытия от нагрузки от собственного веса и заполняющего объемные ячейки грунта при различных параметрах. Полученные результаты (рис. 1, 2) адекватны расчетам [4, 5] и не выходят за эксплуатационные параметры конструкции [6, 7].

Рис. 1 Эпюра суммарных напряжений

Результат моделирования характеризуют наличие неопасных для работы покрытия суммарных перемещений, что показывает о наличии большого запаса прочности покрытия [8].

Также было произведено моделирование образование различных дефектов, а именно наиболее опасного - просадки подстилающего грунта. Образования прогиба покрытия по длине показано на эпюре суммарных перемещений (рис. 3) от просадки подстилающего грунта.

Наибольшие эквивалентные напряжения (рис. 4) возникают в местах просадки, и покрытие работает на растяжение и изгиб ячеек [9].

Рис.4. Эпюра суммарных деформаций от просадки подстилающего грунта

Напряжения по горизонтали возникают в зоне опирания, а в напряжениях по вертикали вдоль покрытия в зоне опирания и по середине рассматриваемой части [10].

В ходе проведенного численного моделирования объемного ячеистого противофильтрационного геотекстильного покрытия были получены эпюры напряжений и перемещений от различных дефектов, возникающих в

процессе эксплуатации конструкции, которые повысят надежность покрытий.

Изменяемая высота ребра ячейки покрытия предотвращают образования оползневых процессов, а также снижает расход геотекстильного материала. Одной из злободневных задач в настоящее время в сфере обеспечения безопасности длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений является правильная оценка остаточного ресурса [11, 12], а это возможно выполнить только при проведении численного моделирования развития различных повреждений, как по отдельности, как и в группе.

Литература:

1. Brabec E., Schulte S., Richards P.L. Impervious surfaces and water quality: a review of current literature and its implications for watershed planning // Journal of Planning Literature. 2002. Т. 16. № 4. С. 499-514.

2. Zhou Y., Wang Y., Gold A.J., August P.V. Modeling watershed rainfallrunoff relations using impervious surface-area data with high spatial resolution // Hydrogeology Journal. 2010. Т. 18. № 6. С. 1413-1423.

3. Бандурин М. А. Мониторинг и расчет остаточного ресурса аварийных мостовых переездов через водопроводящие сооружения [Электронный ресурс] / М.А. Бандурин // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 4. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1260 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

4. Бандурин М.А. Особенности технической диагностики длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений [Электронный ресурс] / М.А. Бандурин // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 2. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/861 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

5. Ищенко А.В. Теоретическая модель водопроницаемости бетонопленочного противофильтрационного покрытия канала [Текст] //

Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2007. № 2. С. 93-97.

6. Бандурин М.А. Совершенствование методов проведения эксплуатационного мониторинга и определения остаточного ресурса водопроводящих сооружений [Текст] // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2013. № 1. С. 68-79.

7. Бандурин М.А. Проблемы оценки остаточного ресурса длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений [Электронный ресурс] / М.А. Бандурин // «Инженерный вестник Дона», 2012, №3. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/891 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

8. Бандурин М.А. Совершенствование методов продления жизненного цикла технического состояния длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений [Электронный ресурс] / М.А. Бандурин // «Инженерный вестник Дона», 2013, №1. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1510 (доступ свободный) -Загл. с экрана. - Яз. рус.

9. Федоров В.М. Противофильтрационные облицовки каналов из укатанного бетона [Текст] // Мелиорация и водное хозяйство. 2013. № 3. С. 46-48.

10. Бандурин М.А. Конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния Ташлинского дюкера на Право-Егорлыкском канале [Электронный ресурс] / М.А. Бандурин // «Инженерный вестник Дона», 2012, №3. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/889 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

11. Бандурин М.А. Применение программно-технического комплекса для решения задачи проведения эксплуатационного мониторинга и определения остаточного ресурса водопроводящих сооружений [Электронный ресурс] / М.А. Бандурин // «Инженерный вестник Дона», 2012,

№4. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/1200 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

12. Бандурин М.А. Мониторинг напряженно-деформированного состояния мостовых переездов на водопроводящих каналах [Текст] // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2012. № 4. С. 110124.