Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.23.07 – гидротехническое и мелиоративное
строительство. — Красноярск, 1999. — 40 с.
Целью настоящей работы является создание эффективных способов
регулирования процессов тепло- и массообмена в системе атмосфера -
накопитель-основание, а также разработка и обоснование надежных и
экологически безопасных конструктивно-технологических решений
накопителей, соответствующих сложным природным условиям
криолитозоны.
Для достижения поставленной цели решены следующие научно-технические задачи:
• Проведен комплекс натурных исследований, позволяющих выявить и обобщить закономерности протекания криогенных процессов и тепло-массоообмена в системе атмосфера - накопитель - основание, а также провести сравнительный анализ расчетных и натурных данных.
• Разработан комплексный метод регулирования теплового режима накопителей мерзлого типа, позволяющий эффективно использовать водонепроницаемость и высокую прочность мерзлых грунтов для обеспечения устойчивости и экологической безопасности сооружений.
• Выполнено математическое моделирование процессов тепло- и массообмена в тало-мерзлых грунтовых массивах сложного криогенного строения, позволяющее достаточно обоснованно прогнозировать тепловой режим проектируемых сооружений и проводить их мониторинг.
• Составлены рекомендации по регулированию теплового и фильтрационного режимов в ограждающих дамбах талого типа и проведены расчеты, позволяющие обосновать оптимальные проектные решения для конкретных объектов.
• Проведены экспериментальные исследования, позволяющие обосновать эффективные способы тепловой мелиорации мерзлых грунтов в насыпях и круглогодичные технологии строительства накопителей.
• Разработаны криогенные технологии экранирования намывных накотггелей и обоснованы необходимые параметры тепло- и гидроизоляционных экранов.
• Выполнены экспериментальные исследования воздействия криогенных процессов на пленочные экраны накопителей, позволяющие предотвратить деформации экранов при развитии морозобойных трещин и термокарста.
• Составлены рекомендации по проектированию накопителен в криолитозоне. Научная новизна.
1. Впервые разработана методика комплексных температурных и фильтрационных наблюдений, проведены многолетние натурные исследования и установлены особенности тепловых, криогенных и фильтрационных процессов при эксплуатации накопителей. Показано, что регулирование процессов тепло- и массообмена в системе атмосфера - накопитель - основание является эффективным средством управления состоянием накопителей в криолитозоне.
2. Впервые на основании натурных исследований и тепловых расчетов сформулированы принципиальные положения по возведению накопителей мерзлого типа с послойным промораживанием складируемых отходов.
3. Предложен практический метод расчета мерзлотной завесы в дамбе и основании накопителя, позволяющий трансформировать трехмерную задачу Стефана в плоскую. Суммарный эффект однорядной системы термосифонов моделируется условным полым охлаждающим разрезом. Достоверность метода обоснована путем сопоставления расчетных и фактических параметров завесы.
4. Разработан и обоснован тепловыми расчетами комплекс принципиально новых решений накопителей мерзлого и комбинированного типа при сложном криогенном строении основания, включающего мерзлые и талые зоны. Составлены рекомендации по проектированию дамб, противофильтрационных, дренажных и терморегулирующих устройств, обеспечивающих температурную устойчивость мерзлых зон на контакте с талыми.
5. Предложен метод регулирования процессов тепло- и массообмена в промерзающих дамбах талого типа с устройством внутреннего теплогидро-изоляционного экрана, разделяющего зоны, отличающиеся по тепловому режиму. Для обоснования этих предложений разработана методика расчета и выполнено моделирование теплового режима с учетом конвекции воздуха во внешней промерзающей зоне и фильтрации воды во внутренней талой зоне дамбы. Предложены незамерзающие дренажные системы и бортовые экраны из зернистых отходов.
6. Впервые предложены и обоснованы тепловыми расчетами криогенные технологии экранирования ложа намывного накопителя, позволяющие эффективно использовать водоупорные свойства мерзлых грунтов и временных ледяных экранов.
7. Разработаны технологии круглогодичного возведения дамб накопителей из зернистых отходов, талых и мерзлых грунтов.
8. Впервые проведены исследования криогенных воздействий на пленочные экраны. Предложены новые способы обеспечения водонепроницаемости экранов при развитии морозобойных трещин и термопросадочных деформаций.
9. На основании проведенных исследований разработаны инженерные рекомендации по проектированию и возведению накопителей в криолитозоне. Практическая ценность и реализация результатов работы.
Работа выполнялась в соответствии с государственной целевой научно-технической программой ГКНТ СССР по решению важнейшей научно-технической проблемы 0.55.08 "Разработать и внедрить экономичные технические решения для создания мощных гидравлических и гидроаккумулирующих электростанций, использования энергии средних, малых рек и морских приливов, уникальных морских гидросооружений для защиты от наводнений, а также технологию их скоростного строительства"; задание 0.2 "Разработать и внедрить при проектировании и строительстве для условий крайнего Севера и зон распространения многолетней мерзлоты новые технические решения гидросооружений с широким использованием местных материалов и негрунтовых противофильтрационных устройств, а также технологию их круглогодичного строительства (НТЗ-65)".
Для достижения поставленной цели решены следующие научно-технические задачи:
• Проведен комплекс натурных исследований, позволяющих выявить и обобщить закономерности протекания криогенных процессов и тепло-массоообмена в системе атмосфера - накопитель - основание, а также провести сравнительный анализ расчетных и натурных данных.
• Разработан комплексный метод регулирования теплового режима накопителей мерзлого типа, позволяющий эффективно использовать водонепроницаемость и высокую прочность мерзлых грунтов для обеспечения устойчивости и экологической безопасности сооружений.
• Выполнено математическое моделирование процессов тепло- и массообмена в тало-мерзлых грунтовых массивах сложного криогенного строения, позволяющее достаточно обоснованно прогнозировать тепловой режим проектируемых сооружений и проводить их мониторинг.
• Составлены рекомендации по регулированию теплового и фильтрационного режимов в ограждающих дамбах талого типа и проведены расчеты, позволяющие обосновать оптимальные проектные решения для конкретных объектов.
• Проведены экспериментальные исследования, позволяющие обосновать эффективные способы тепловой мелиорации мерзлых грунтов в насыпях и круглогодичные технологии строительства накопителей.
• Разработаны криогенные технологии экранирования намывных накотггелей и обоснованы необходимые параметры тепло- и гидроизоляционных экранов.
• Выполнены экспериментальные исследования воздействия криогенных процессов на пленочные экраны накопителей, позволяющие предотвратить деформации экранов при развитии морозобойных трещин и термокарста.
• Составлены рекомендации по проектированию накопителен в криолитозоне. Научная новизна.
1. Впервые разработана методика комплексных температурных и фильтрационных наблюдений, проведены многолетние натурные исследования и установлены особенности тепловых, криогенных и фильтрационных процессов при эксплуатации накопителей. Показано, что регулирование процессов тепло- и массообмена в системе атмосфера - накопитель - основание является эффективным средством управления состоянием накопителей в криолитозоне.
2. Впервые на основании натурных исследований и тепловых расчетов сформулированы принципиальные положения по возведению накопителей мерзлого типа с послойным промораживанием складируемых отходов.
3. Предложен практический метод расчета мерзлотной завесы в дамбе и основании накопителя, позволяющий трансформировать трехмерную задачу Стефана в плоскую. Суммарный эффект однорядной системы термосифонов моделируется условным полым охлаждающим разрезом. Достоверность метода обоснована путем сопоставления расчетных и фактических параметров завесы.
4. Разработан и обоснован тепловыми расчетами комплекс принципиально новых решений накопителей мерзлого и комбинированного типа при сложном криогенном строении основания, включающего мерзлые и талые зоны. Составлены рекомендации по проектированию дамб, противофильтрационных, дренажных и терморегулирующих устройств, обеспечивающих температурную устойчивость мерзлых зон на контакте с талыми.
5. Предложен метод регулирования процессов тепло- и массообмена в промерзающих дамбах талого типа с устройством внутреннего теплогидро-изоляционного экрана, разделяющего зоны, отличающиеся по тепловому режиму. Для обоснования этих предложений разработана методика расчета и выполнено моделирование теплового режима с учетом конвекции воздуха во внешней промерзающей зоне и фильтрации воды во внутренней талой зоне дамбы. Предложены незамерзающие дренажные системы и бортовые экраны из зернистых отходов.
6. Впервые предложены и обоснованы тепловыми расчетами криогенные технологии экранирования ложа намывного накопителя, позволяющие эффективно использовать водоупорные свойства мерзлых грунтов и временных ледяных экранов.
7. Разработаны технологии круглогодичного возведения дамб накопителей из зернистых отходов, талых и мерзлых грунтов.
8. Впервые проведены исследования криогенных воздействий на пленочные экраны. Предложены новые способы обеспечения водонепроницаемости экранов при развитии морозобойных трещин и термопросадочных деформаций.
9. На основании проведенных исследований разработаны инженерные рекомендации по проектированию и возведению накопителей в криолитозоне. Практическая ценность и реализация результатов работы.
Работа выполнялась в соответствии с государственной целевой научно-технической программой ГКНТ СССР по решению важнейшей научно-технической проблемы 0.55.08 "Разработать и внедрить экономичные технические решения для создания мощных гидравлических и гидроаккумулирующих электростанций, использования энергии средних, малых рек и морских приливов, уникальных морских гидросооружений для защиты от наводнений, а также технологию их скоростного строительства"; задание 0.2 "Разработать и внедрить при проектировании и строительстве для условий крайнего Севера и зон распространения многолетней мерзлоты новые технические решения гидросооружений с широким использованием местных материалов и негрунтовых противофильтрационных устройств, а также технологию их круглогодичного строительства (НТЗ-65)".