Экспериментальное обоснование использования геоматов с полимерным вяжущим тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат наук Еремеев Андрей Викторович

• Еремеев Андрей Викторович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Еремеев Андрей Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР КРЕПЛЕНИЙ И СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТКОСОВ В

ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

1.1. Водная эрозия и её воздействие на сооружения

1.2. Защитные облицовки откосов

1.3. Противоэрозионное крепление откоса из геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим

1.4. Подбор оптимальной пропорции битум-полимерного вяжущего и щебня в структуре геомата

1.5. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК. ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ

2.1. Цели и особенности проведения эксперимента

2.2. Описание экспериментальных установок

2.3. Измерительные приборы и вспомогательное оборудование

2.4. Оценка точности измерений

2.5. Методика проведения экспериментов

2.6. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЕОМАТА С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ЩЕБНЯ И БИТУМ-ПОЛИМЕРА

3.1. Существующая методика и основные расчётные формулы при расчёте гидротехнических каналов при равномерном установившемся движении

3.2. Методика расчёта коэффициента шероховатости "и"

3.3. Методика расчёта экспериментальных данных кинематики потока

3.4. Экспериментальные данные, полученные после замеров для определения коэффициента шероховатости "и"

3.5. Результаты вычислений значений коэффициента шероховатости "и"

3.6. Результаты вычислений расчётных значений коэффициента шероховатости "и"

3.7. Исследование пульсационных характеристик потока и их влияние на

устойчивость покрытия

3.8. Тарировка датчиков

3.9. Результаты тарировки датчика измерения пульсационных характеристик

3.10. Результаты исследования пульсационных характеристик

3.11. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕНИЯ ГЕОМАТА, С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ЩЕБНЯ И БИТУМ-ПОЛИМЕРА

4.1. Исследование фильтрационных характеристик материала

4.2. Методика расчёта коэффициента фильтрации

4.3. Экспериментальные данные, полученные после замеров для определения коэффициента фильтрации

4.4. Результаты расчёта коэффициента фильтрации

4.5. Определение сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата с грунтом основания

4.6. Определение сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата с песчаным грунтом в насыщенном водой состоянии

4.7. Определение весовой влажности песчаного грунта

4.8. Определение сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата с песчаным грунтом в насыщенном водой состоянии

4.9. Результаты обработки экспериментальных данных по сопротивлению сдвигу по песчаному грунту в насыщенном и ненасыщенном водой состоянии

4.10. Результаты расчёта коэффициента трения

4.11. Выводы по четвёртой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное обоснование использования геоматов с полимерным вяжущим»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Воздействие водной эрозии на гидротехнические сооружения может приводить к негативным последствиям, вследствие чего происходят размывы и разрушения этих сооружений. Для предотвращения таких последствий важно правильно подобрать защитный противоэрозионный материал и конструкцию крепления откоса.

Проблема защиты гидротехнических сооружений от водной эрозии не могла решаться без изучения данного явления и научных исследований. Основными исследователями в данной области являются: И.И. Леви, В.Н. Гончаров, Д.И. Кумин, М.М. Овчинников, М.А. Великанов, П.К. Божич, В.С. Боровков, Ю.М. Косиченко, И.С. Румянцев, В.В Волшаник, А.П. Гурьев, Д.В. Козлов, Н.В. Ханов и др.

Несмотря на большой опыт исследований и внушительное количество противоэрозионных материалов и конструкций, на практике бывают случаи применения не правильных технических решений, влекущих за собой негативные воздействия на сооружения, такие как разрушения и аварии.

В настоящее время существует большое количество противоэрозионных материалов, однако с развитием технологий появились современные геосинтетические материалы, по своим свойствам и характеристикам не уступающие устаревшим материалам. Современные геосинтетические материалы являются наиболее экологичными, экономичными и простыми в применении при производстве работ. Одним из таких материалов является геомат, заполненный щебнем и битумным вяжущим, однако недостатком данного покрытия является большое трещинообразование, которое происходит не только в процессе эксплуатации, но и при транспортировке и хранении данного покрытия. Для устранения данных недостатков предлагается использовать усовершенствование покрытия, состоящее из геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим.

В современной нормативной базе достаточно много исследований геосинтетических покрытий, но для использования в гидротехническом строительстве нового противоэрозионного материала - геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим, необходимо проведение комплексных исследований данного защитного покрытия.

Степень разработанности темы исследований. В диссертации проанализировано явление процесса водной эрозии, последствия воздействия водной эрозии на гидротехнические сооружения. Рассмотрены различные виды крепления откосов, представлены результаты исследования подобных геосинтетических покрытий.

В процессе изучения и теоретического обзора научной литературы и публикаций были выявлены достоинства и преимущества данного противоэрозионного покрытия, и необходимость выполнения комплексных лабораторных исследований для изучения характеристик геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим, с целью обоснования его применения.

Объект исследований. Объектом исследования являлся новый противоэрозионный материал - геомат, заполненный щебнем и битум-полимерным вяжущим.

Цель исследований. Целью исследований стало применение методики гидравлического расчёта для обоснования использования геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим, в качестве противоэрозионного защитного покрытия.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить задачи:

- путём визуальных наблюдений определить особенности работы геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим, как противоэрозионного защитного покрытия;

- изучить гидравлические характеристики защитного покрытия, определить коэффициент шероховатости п;

- изучить влияние воздействия пульсаций давления потока на устойчивость исследуемого материала;

- изучить фильтрационные характеристики защитного покрытия, определить коэффициента фильтрации к;

- изучить сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата с грунтовым основанием, определить коэффициент трения /Гр;

- дать рекомендации для эксплуатирующих организаций по использованию в гидротехническом строительстве противоэрозионного защитного покрытия из геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим.

Научная новизна работы. Впервые по результатам лабораторных исследований противоэрозионного покрытия было получено следующее:

- визуально изучена работа геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим, как противоэрозионного защитного покрытия;

- изучены гидравлические характеристики и расчётные параметры исследуемого покрытия;

- рассчитан коэффициент шероховатости п для бесшовного противоэрозионного покрытия при разных расходах и уклонах;

- изучены пульсационные характеристики, возникающие в следствии воздействия пульсаций давления потока на исследуемый материал при разных расходах;

- изучены фильтрационные характеристики материала при напорной и свободной фильтрации и получен коэффициент фильтрации к;

- изучены сдвиговые характеристики материала на песчаном грунте в насыщенном и ненасыщенном водой состоянии, получены коэффициенты трения /Тр;

- даны рекомендации для дальнейшего применения геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим в качестве противоэрозионного защитного покрытия.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности использования геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим в качестве противоэрозионного материала для защиты грунтовых откосов. Результаты исследований могут быть использованы для проектирования гидротехнических сооружений с применением данного противоэрозионного покрытия. Применение геомата с заполнителем может служить современной альтернативой применения устаревших аналогичных материалов, используемых для защиты откосов от водной эрозии, что будет способствовать повышению экономической целесообразности использования противоэрозионного защитного покрытия.

Методология и методы исследования. Теоретические расчёты выполнялись на основе существующих теорий, положений и опыта исследований в данных направлениях. Экспериментальные модельные исследования выполнялись в масштабе натуральной величины с отношением 1:1 в лабораторных условиях.

Личный вклад автора. Автором лично разработан план исследования, сделаны и доработаны экспериментальные установки и полотно геомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим. Автор самостоятельно выполнил экспериментальные исследования, анализ и расчёт экспериментальных данных. Автором самостоятельно написан текст диссертации.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты проведённого анализа противоэрозионных защитных креплений, в том числе и современных геосинтетических;

- результаты экспериментов по определению коэффициента шероховатости п бесшовного противоэрозионного покрытия;

- результаты исследования пульсационных характеристик;

- результаты экспериментов по определению коэффициента фильтрации к при напорном и свободном режиме;

- результаты исследований коэффициента трения /Тр с песчаным грунтом в насыщенном и ненасыщенном водой состоянии.

Степень достоверности результатов исследований. Достоверность основных положений и выводов обусловлена большим количеством проанализированной научной литературы, большим количество экспериментов и экспериментальных данных, полученных с применением методик, разработанных специально для данного исследования на основе известных методик, использованием измерительных приборов и вспомогательного оборудования при проведении физических экспериментов, использованием высокоточного программного обеспечения для минимизации погрешности при расчётах. Полученные данные сопоставлялись с известными методиками и проектными решениями. При проведении исследований использовались строительные нормы и правила, ведомственные и отраслевые документы.

Апробация результатов. Основные положения и результаты исследований диссертации обсуждались и были доложены на конференциях: Международная научная конференция молодых учёных и специалистов, посвящённая 150-летию РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, (г. Москва 2-3 июня 2015г.); Международная научная конференция молодых учёных и специалистов, «Наука молодых - агропромышленному комплексу», (г. Москва 1-3 июня 2016 г.); Международная научная конференция молодых учёных и специалистов, посвящённая 100-летию И.С. Шатилова, (г. Москва 6-7 июня 2017 г.); Международная научно-практическая конференция, посвященная 130-летию Н.И. Вавилова, (г. Москва 5-7 декабря 2017 г.); Международная научная конференция молодых учёных и специалистов, посвящённая 150-летию со дня рождения В.П. Горячкина, (г. Москва 5-6 июня 2018 г); Международная научно-практическая конференция, «Мелиорация земель -неотъемлемая часть восстановления и развития АПК Нечерноземной зоны Российской Федерации», (г. Москва 24-25 октября 2018 г.); Двенадцатая

научно-техническая конференция «Гидроэнергетика. Гидротехника. Новые разработки и технологии», (г. Санкт-Петербург 15-16 ноября 2018 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из которых 4 работы опубликованы в журналах включенных в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук».

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы (116 источников из них 2 на иностранном языке) и четырёх приложений. Диссертация изложена на 211 страницах, содержит 75 рисунков и 13 таблиц.

ГЛАВА 1. ОБЗОР КРЕПЛЕНИЙ И СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТКОСОВ В ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

1.1. Водная эрозия и её воздействие на сооружения

Во время эксплуатации каналов, происходит процесс разрушения

поверхности грунтового откоса водным потоком, как самого канала, так и ещё в большей степени дождевыми водами. Этот процесс называется водной эрозией. Он сопровождается такими явлениями, как образование русел сосредоточенного течения дождевой воды на откосах, вынос грунта откоса в русло канала, размыв дна и откосов канала потоком, вследствие чего возможно формирование осерёдков и побочней, с последующим искривлением русла канала в плане [104, 100]. Последствия от этих воздействий могут приводить к аварийной ситуации и проблемам при эксплуатации сооружения, а также к полному его разрушению.

Существуют три основных вида водной эрозии: капельная, плоскостная и линейная [114]. Каждый из видов эрозии сопровождается смывом или размывом почвы, чаще всего и того, и другого [63]. Капельная эрозия возникает от удара капель о грунт, за счёт кинетической энергии капель происходит разрушение гранул грунта, она зависит от интенсивности дождя, крутизны и размера склона. Плоскостная эрозия возникает при стекании по поверхности откоса дождевых и талых вод, образующих сеть мелких потоков, формирующих сплошной водный поток. При плоскостной эрозии происходит смыв верхнего слоя почвы, такая эрозия малозаметна, приводит к образованию смытых и намытых почв, так же она имеет катастрофический характер из-за масштабности проявления. Линейная эрозия возникает в результате концентрации потока на узких участках откосов или склонов, это приводит к размыву почв в глубину, вследствие чего образуются глубокие промоины. Линейная эрозия делится на глубинную и боковую. При глубинной эрозии происходило разрушение дна русла водотока в глубину, при боковой эрозии происходит разрушение берегов из-за неравномерного распределения

скоростей в потоке. В каналах и на откосах могут одновременно происходить разные процессы водной эрозии, донная эрозия по мере уменьшения уклона русла начинает плавно переходить в боковую эрозию, в процессе которой происходит подмыв берегов.

Эрозия грунта обусловлена четырьмя основными факторами: геологические, гидрологические, гидродинамические и техногенные. Зачастую эти факторы взаимосвязаны. Примеры воздействия водной эрозии показаны на Рисунок 1.1.

в)

Рисунок 1.1 - Фрагменты формирующегося оврага на отвале "Западный": а) часть оврага на поверхности отвала; б) средняя часть оврага; в) откосная

часть оврага [42]

Размыв откосов гидротехнических сооружений. На откосах плотин, дамб и каналов может возникнуть водная эрозия. Причиной возникновения эрозии могут быть: образования волн на поверхности воды, дождевые потоки, талые воды, которые влекут за собой размыв берегового откоса, верхового откоса плотины или дамбы. Процесс эрозии на откосах гидротехнических сооружений может нанести как незначительный вред, так и вывести сооружения из нормальной эксплуатации, или привести к его разрушению. Обычно процесс водной эрозии начинает возникать в наиболее ослабленных местах сооружения, что приводит к прорыву водного потока, который влечёт за собой разрушение грунтового откоса. Примеры размыва гидротехнического откоса показан на Рисунок 1.2.

Рисунок 1.2 - Разрушение дамбы в результате размыва [7]

Разрушение разнообразных не гидротехнических откосов.

Обрушения откосов возникают зачастую по причине водной эрозии. Водная эрозия наносит вред сооружениям, вследствие возникновения размывов от

дождевых потоков, талых вод и половодий. Размыв откоса может повлечь за собой разрушение сооружения, примыкающего к этому откосу, это может быть здание, дорожное полотно, ограждение и т.д. Пример разрушения откоса показан на Рисунок 1.3.

Рисунок 1.3 - Повреждения откоса автодороги ливневыми стоками,

Владивосток [7]

1.2. Защитные облицовки откосов

Для защиты грунтового откоса от неблагоприятных воздействий, таких как атмосферные осадки, волны и течения применяются различные виды креплений откоса. Вид крепления откоса подбирается исходя из условий эксплуатации откоса и технико-экономического сравнения вариантов креплений.

На сегодняшний день применяется большое количество материалов, которые могут использоваться как по отдельности, так и комбинироваться между собой. Основные виды креплений грунтовых откосов:

1) Каменное

2) Бетонное и железобетонное

3) Асфальтовое и асфальтобетонное

4) Геосинтетическое

5) Биологическое

6) Прочие

Каменное крепление - выполняется в виде мощения или наброски на предварительной подготовке, которая является обратным фильтром. Важным фактором при возведении каменной наброски является размер и форма камней, от них зависит крутизна откоса, на сколько пустой окажется возводимая конструкция и какая будет осадка с течением времени. Такой вид крепления обычно выполнятся из крупного камня, твердых не выветривающихся пород. Укрепление откоса в виде каменной наброски может производиться прямо в воду, это крепление не боится местных деформаций грунта и осуществляется практически в любых условиях [70]. При укладке камней ряды, как правило, разравниваются, пустоты заполняются камнями из более мелкой фракции. Применение этого вида облицовки считается целесообразными при расположении объекта строительства в близости от месторождения камня.

Виды каменных креплений откосов:

• Полунабросные - это сочетание каменной наброски с сухой кладкой со стороны наибольшего напора на возводимое сооружение.

• Каменно-земляные - смешивание каменной наброски с грунтом.

• Каменная наброска с элементами сухой кладки из постелистого камня.

Примеры крепления откосов каменной наброской показаны на Рисунок 1.4 и Рисунок 1.5.

Рисунок 1.4 - Конструкции укрепления каменной наброской. а — укладка равномерным слоем; б — укладка с упором в виде призмы; в — укладка с бермой; г — с бермой и тюфячным укреплением [79]

Рисунок 1.5 - Укрепление грунтового откоса каменной наброской на реке

Волга, Волгоградская область

Габионы — это контейнеры, выполненные из металлической сетки или кручёной оцинкованной проволоки [17]. В качестве заполнителя в основном используется щебень или камень, заполнение осуществляется на строительной площадке в процессе установки габионов. Заготовленные сетчатые контейнеры собирают на месте их установки и наполняют выбранным насыпным материалом, основные виды габионов показаны на Рисунок 1.6. Основными достоинствами габионов являются: экологичность, высокая устойчивость и прочность, пористость (водопроницаемость, гибкость и долговечность [95]. С помощью габионов укрепляют откосы, формируют берега водоемов, устраивают подпорные стенки, мостовые переходы [44]. Основные схемы габионных креплений показаны на Рисунок 1.7.

Крышка

Рисунок 1.6 - Виды конструктивных схем габионных конструкций: а) коробчатой формы; б) матрацно-тюфячной формы; в) цилиндрической

формы [74]

а)

б)

в)

Рисунок 1.7 - Схемы берегозащитных сооружений из габионных конструкций: а) откосное; б) комбинированное (полуоткосное); в)

вертикальные [74]

Бетонное и железобетонное крепление - считаются одними из самых прочных креплений, делается на фильтрующем слое подготовки. Данные крепления могут быть в виде плит, тетраподов, гравитационных подпорных стен и прочих конструкций, выполненных из бетона или железобетона. Существуют сборные или монолитные плиты. Сборные плиты бывают с закрытыми (не проницаемыми) швами и с открытыми (проницаемыми) швами, в которых вода свободно проникает на слой подготовки [4]. Стоимость монолитных плит меньше, чем сборных, в то же время сборные плиты менее трудоёмкие и требуют меньше времени на их возведение. Недостатком

данного крепления, является сложность производства работ нижнего упора, т.к. данные работы необходимо выполнять при малых попусках воды [83]. Эти крепления обладают достаточной прочностью для противодействия ледовым и волновым воздействиям, однако укрепление откоса плитами считается относительно дорогим мероприятием [84]. Примеры укреплений откосов, выполненных из бетонных и железобетонных креплений показаны на Рисунок 1.8 - Рисунок 1.10.

ю

Рисунок 1.8 - Конструкции укрепления откосов монолитными

железобетонными плитами. 1 — упорная призма; 2 — песок; 3 — поверхность естественного откоса; 4 —железобетонные плиты; 5 — отметка верха откоса; 6 — слой из щебня и гравия; 7 —сборные железобетонные плиты; 8 — температурно-усадочный шов; 9 — плиты железобетонные монолитные; 10 — конструктивные швы; РГВ — расчетный горизонт воды; Ь

— ширина плиты [80]

Рисунок 1.9 - Укрепление откоса железобетонными плитами, верхний бьеф

Волжской ГЭС, Волгоградская область

Рисунок 1.10 - Конструкция берегоукрепления выполненная из тетраподов: 1 — тетраподы крупного размера; 2 — тетраподы малого размера; 3 — обратный фильтр; 4 — призма выполненная из каменной наброски [4]

Асфальтовое и асфальтобетонное крепление - это крепление применяется при скорости потока до 2-х м/с. Преимуществом такого покрытия является: высокая деформируемость (гибкость), простота в эксплуатации и сравнительно не дорогое и не трудоёмкое изготовление [29]. Компонентами крепления служат дробленый гравий или щебень, песок и минеральный порошок, а в качестве вяжущего материала - нефтяной дорожный битум. Эти покрытия бывают монолитные и сборные. Выпускаются в виде плит размером до 15 м2, пример крепления показан на Рисунок 1.11. Так же данное крепление выпускается в виде секций, намотанных на барабан, площадь секции не более 50 м2. Данное покрытие может быть изготовленно как на заводе так и непосредственно на месте производства работ.

Рисунок 1.11 - Конструкция укрепления откоса, выполненная из асфальтобетонных плит. 1 — упорная призма, выполненная из камня; 2 — гравий; 3 — подготовка, выполненная из щебенки; 4 — плиты выполненные из асфальтобетона; РГВ — расчетный горизонт воды [80]

Геосинтетические материалы - это группа материалов из синтетических или природных полимеров, неорганических веществ, использующаяся в гидротехническом строительстве для улучшения характеристик поверхностных слоёв грунтовых откосов. Эти материалы используются для защиты, армирования и гидроизоляции верхних слоёв грунтовых откосов. Геосинтетические материалы используются совместно с другими материалами, которые применяются в различных строительных конструкциях и сооружениях [13].

Геосинтетики — это материалы, изготавливаемые из синтетических или натуральных полимеров, производятся как правило в виде рулонов, блоков или плит [22]. Геосинтетические материалы обладают теми же эксплуатационными свойствами, как и традиционные материалы.

Мировой опыт применения геосинтетических материалов показал эффективность использования данных материалов, что в свою очередь вызвало развитие собственных производств данных материалов в России [67, 82, 94, 98, 15]. С возникновением геосинтетических материалов появилась возможность получать более устойчивые структуры за меньшие деньги, по сравнению с устаревшими методами армирования и возводить грунтовые откосы с более крутыми углами, по сравнению с естественным откосом грунта [69]. Геосинтетики воспринимают значительные растягивающие напряжения, остаются прочными даже при сильных деформациях, однородны по своему составу и качеству [105]. В отличие от традиционных материалов, геосинтетические материалы имеют более компактные размеры. Геосинтетики просты в применении, с точки зрения производства работ, что особенно важно в гидротехническом строительстве, потому что строительство объектов, обычно производится на сложной местности, так же это способствует сокращению сроков строительства. Применение геосинтетических материалов увеличивает срок службы и эксплуатации конструкции. По сравнению с материалами, применяемыми для защиты

грунтового откоса от водной эрозии, геосинтетические материалы, являются наиболее перспективными [109].

Георешетка - это конструкция из полиэтиленовых металлических или пластиковых лент, скрещенных между собой в шахматном порядке сварными швами - в общем плане представляющие сотовую конструкцию [101], пример такой конструкции показан на Рисунок 1.12. Георешетка растягивается и в рабочей плоскости образует устойчивый вертикальный и горизонтальный каркас, в который засыпают заполнитель (грунт, камень, песок, бетон и т.п.). Для снижения воздействия водной среды на ребра георешетки, они могут быть перфорированы для большей водопроницаемости [8].

б)

Рисунок 1.12 - Общая схема георешеток (геосот): а) в рабочем состоянии; б) в транспортном состоянии. 1 - сварные швы; 2 - геополосы [76]

Геосетка - сетчатый материал из синтетических или полимерных нитей, покрытых защитным слоем с одинаковыми размерами отверстий. Материал изготавливается в виде рулонов. Они применяются для создания армирующих прослоек, армирования грунта оснований сооружений и дорожных покрытий [6]. Виды геосеток: двуосные, с ячейками прямоугольной формы, они используются на слабых грунтах; одноосные с прямоугольными вытянутыми ячейками, которые работают на растяжение [68], виды геосеток показаны на Рисунок 1.13.

а) б)

Рисунок 1.13 - Виды геосеток а) двуосные; б) одноосные [68]

Геотекстиль - это водопроницаемое полотно, представляющее из себя скрепленные между собой волокна, нитей и лент. Изготавливается из искусственных или натуральных материалов путём механического или термического сцепления нитей и полиамидных, полиэфирных, полипропиленовых волокон [1]. Изменяя материал, способ переплетения и шаг нитей можно изменять разнообразные свойства полотна [60]. Геоткань является очень эластичным материалом и используется как разделитель, между разными слоями материалов, один из способов применения показан на Рисунок 1.14.

Рисунок 1.14 - Комбинирование различных видов геополотен. 1 -геополотно; 2 - растительный грунт; 3 - анкер; 4 - замыкающий слой (3-5 см) над геополотнами из растительного грунта, мульчирующего материала; 5 -

засыпка; 6 - геомат [75]

Геомат - это объёмная трёхмерная водопроницаемая структура, состоящая из полимерных нитей, хаотично переплетённых между собой термическим, механическим или химическим способом. Покрытие изготавливается в виде ковра и поставляется в рулонах, геомат показан на Рисунок 1.15 и Рисунок 1.16. Одно из назначений данного материала противоэрозионная защита, укрепление и армирование покрытия откоса [97, 103]. На Рисунок 1.14 показан пример укрепления откоса геоматом в комбинации с геополотном.

Рисунок 1.15 - Геомат

Рисунок 1.16 - Покрытие из геомата

Биомат - это композиционное трехслойное нетканое полотно, состоящее из растительных волокон, семян трав, укреплённых джутовой или полипропиленовой нитью [77]. На Рисунок 1.17 показан пример укладки биоматов. Покрытие состоит из трех слоёв, в которые входят два слоя из нетканой основы, семена и удобрения, вся эта масса разлагается в природной среде. Биоматы применяются для восстановления растительного покрова и защиты поверхности от эрозии [100].

а) б) в)

Рисунок 1.17 - Биоматы а) расстилание; б) засыпание грунтом; в) прорастание в течение первой недели [2]

Геомембрана - это водонепроницаемый геосинтетик, который применяется в качестве гидроизоляции [65]. Геомембрана изготавливается из прочного полиэтилена, благодаря чему данный материал является прочным по сравнению с плёночными материалами, имеет высокое сопротивление к прокалыванию за счёт чего повреждение крупными частицами грунта снижается практически на порядок [59]. Пример геомембраны показан на Рисунок 1.18. Особая поверхность, на которой есть многочисленные выступы, не пропускает влагу, а также вентилирует грунт, для увеличения прочности её армируют специальной сеткой. Данный материал является стойким к большинству химических соединений, устойчив к ультрафиолетовому излучению, трещинообразованию, к прорастанию корней растений и действию микроорганизмов [64].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Еремеев Андрей Викторович, 2019 год

- 34 с.

115. Elevatorski, E.A. Hydraulic energy dissipators / E.A. Elevatorski. -New York.: McGraw-Hill book company, 1959, - 214 p.

116. Khatsuria, R.M. Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators / R.M. Khatsuria -New York.: Marcel Dekker, 2005. - 649 p.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Эпюры скоростей потока на мерных вертикалях, при уклоне I = 0,0073

расходе Q = 83,44 л/с

1 створ

Эпюры скоростей потока на мерных вертикалях, при уклоне I = 0,0073

расходе Q = 83,44 л/с

2 створ

Эпюры скоростей потока на мерных вертикалях, при уклоне I = 0,0073

расходе Q = 83,44 л/с

3 створ

расходе Q = 83,44 л/с

4 створ

расходе Q = 83,44 л/с

5 створ

расходе Q = 122,59 л/с

1 створ

расходе Q = 122,59 л/с

2 створ

расходе Q = 122,59 л/с

3 створ

расходе Q = 122,59 л/с

4 створ

Эпюры скоростей потока на мерных вертикалях, при уклоне I = 0,0073

расходе Q = 122,59 л/с

5 створ

расходе Q = 162,01 л/с

1 створ

расходе Q = 162,01 л/с

2 створ

расходе Q = 162,01 л/с

3 створ

расходе Q = 162,01 л/с

4 створ

расходе Q = 162,01 л/с

5 створ

расходе Q = 83,44 л/с

1 створ

расходе Q = 83,44 л/с

2 створ

расходе Q = 83,44 л/с

3 створ

расходе Q = 83,44 л/с

4 створ

расходе Q = 83,44 л/с

5 створ

расходе Q = 120,28 л/с

1 створ

расходе Q = 120,28 л/с

2 створ

Эпюры скоростей потока на мерных вертикалях, при уклоне I = 0,0237

расходе Q = 120,28 л/с

3 створ

расходе Q = 120,28 л/с

4 створ

расходе Q = 120,28 л/с

5 створ

Эпюры скоростей потока на мерных вертикалях, при уклоне I = 0,0237

расходе Q = 166,31 л/с

1 створ

расходе Q = 166,31 л/с

2 створ

Эпюры скоростей потока на мерных вертикалях, при уклоне I = 0,0237

расходе Q = 166,31 л/с

3 створ

расходе Q = 166,31 л/с

4 створ

расходе Q = 166,31 л/с

5 створ

а)

б)

. . ■

0,2 ОД 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь

1,8

1,6

1,4

1,2

5

<

■с 1

X

ю 0,8

0,6

0,4

0,2

0

• • • • * •

_ * . . "___ ---------- ----------------

•

..... ,,,.,,,, ..... .... .... ......

Экспериментальные данные

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь

• Экспериментальные данные ---Ьср=1,29б

в)

г)

1,8 1,6

• *

и 5

ю 0,8

0 С

) 0, Д 0,2 ОД 0,4 ОД 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные ---Ьср=1,297

д)

а)

б)

в) г)

16

>» 5 » < # ■ •

■

1 1 4 =1 3- 2

с ) ОД 0,2 О, 3 0,4 0, ,5 0,6 0,7 0, ,8 0,9 1

Относительное расстояние от вертикальной стенки у/ь

• Экспериментальные даш чые ----Уср=12,65

д)

а)

б)

в)

г)

д)

а)

б)

в) г)

1,2 ] а а —* *• * • -т • •

| 0,8

X

| 0,6 | 0,4 0,2

( ) 0, ,1 0,2 0,3 0,4 ОД 0,6 0, ,7 ОД 0,9 ]

Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь

• Экспериментальные данные---аср=1,07

д)

а)

б)

в)

г)

• 1 - • •

•

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Относительное расстояние от вертикальной сгенк! • Экспериментальные данные---Ьср= 1,437

у/ь

д)

а)

б)

в) г)

18 -Ы 16 <5 * • • • • *

| 12 I" ю

•

С 8 о о 6 | 4 5 •

ОД 0,2 ОД 0,4 ОД 0,6 0,7 ОД ОД 1 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные ---Уср-13,53

д)

а)

б)

в)

г)

д)

а)

б)

в)

г)

д)

а)

б)

в)

г)

*

0,8 Ч I 0,6 ю £ • • • * * _ М- •

0 ОД 0,2 ОД 0,4 ОД 0,6 0,7 ОД 0, Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные ---Ьср=0,91б .9 1

д)

Распределение глуби по ширине сечения в первом створе (а), во втором створе (б), в третьем створе (в), в четвёртом створе (г) и в пятом створе (д). при уклоне I = 0,0237 расходе Q = 83,44 л/с

а)

б)

в) г)

18 < 16 =[ ■---- > 14 • 2 12 •

§ 10

о

1 6

5" 2

0 0 1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные---Уср=14,7

д)

а)

б)

в) г)

16 5 • • • • •

•

V ге 10 - Я

X

5 6

ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные---дср=14,72

д)

а)

б)

в)

г)

1,2 а ■ • • • • ■ —------•---

1 0-8 | 0,6 § 0.4 0,2

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные---аср=1,13

д)

а)

б)

в)

г)

д)

£ ю 2

• ■ Л • • ■

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь

Экспериментальные данные

а)

б)

в) г)

•

1:: > Iм _____ • •

о. 12 к !10 •

0 8 1 6

и <3

1 4

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные---Уср=16,5

д)

а)

б)

в) г)

20 5 Ч с? 15 ■ * • • • • •

I 10 :

ОД 0,2 ОД 0,4 0,5 0,6 0,7 ОД 0 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные---чср=19,7 9 1

д)

а)

б)

в)

г)

д)

а)

б)

в) г)

1,8

• • • . . . • •••

1-4

<

ю 0,8

0,2

0 0 1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь

• Экспериментальные данные---Ьср=1,299

д)

^ 18 * 16

д? ю

■ * ♦ • * • •

•

ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь

Экспериментальные данные

а)

б)

• * . 1 • • -------1— ■ • • •

•

0,2 ОД

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные---7ср=16,57

в)

г)

д)

а)

б)

в) г)

30 4 5 • * 25 • • • • • • • •

4 20 § | 15 3 ю 5 • *

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Относительное расстояние от вертикальной стенки у/Ь • Экспериментальные данные — — — дср=23,58

д)

а)

б)

в)

г)

д)

Распределение полной удельной энергии Е, удельной энергии е и средних глубин Яср по длине лотка при I = 0,0073 и @ = 122,59 л/с

Распределение коэффициента Кориолиса а по длине лотка при I = 0,0073 и

Q = 122,59 л/с

Изменение удельного расхода ц вдоль протяженности рабочего участка при

I = 0,0073 и Q = 122,59 л/с

Распределение полной удельной энергии Е, удельной энергии е и средних глубин Яср по длине лотка при I = 0,0073 и @ = 162,01 л/с

Распределение коэффициента Кориолиса а по длине лотка при I = 0,0073 и

Q = 162,01 л/с

Распределение полной удельной энергии Е, удельной энергии е и средних глубин Яср по длине лотка при ¿ = 0,0237 и @ = 83,44 л/с

Распределение коэффициента Кориолиса а по длине лотка при I = 0,0237 и

Q = 83,44 л/с

Распределение полной удельной энергии Е, удельной энергии е и средних глубин Яср по длине лотка при I = 0,0237 и @ = 120,28 л/с

Распределение коэффициента Кориолиса а по длине лотка при I = 0,0237 и

Q = 120,28 л/с

Распределение полной удельной энергии Е, удельной энергии е и средних глубин Яср по длине лотка при I = 0,0237 и @ = 166,31 л/с

Распределение коэффициента Кориолиса а по длине лотка при I = 0,0237 и

Q = 166,31 л/с

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, входящих в «Перечень рецензируемых научных издании, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание учёной

степени доктора наук»:

1) Еремеев, А.В. Оптимизация структуры геомата с заполнителем из щебня и битум-полимера / А.В. Еремеев, Н.В. Ханов // Природообустройство. - 2018. - № 1. - С. 60-64.

2) Еремеев, А.В. Исследование фильтрационных характеристик геомата с заполнителем из щебня и битум-полимера / А.В. Еремеев, А.П. Гурьев, Н.В. Ханов // Природообустройство. - 2018. - № 4. - С. 48-53.

3) Еремеев, А.В. Результаты гидравлических исследований геомата с заполнителем из щебня на битум-полимерном вяжущем / А.В. Еремеев, А.П. Гурьев, Н.В. Ханов, В.П. Букреев // Природообустройство. - 2018. - № 5. - С. 48-54.

4) Еремеев, А.В. Некоторые результаты исследований характеристик геомата на щебне с битум-полимерным вяжущим / А.В. Еремеев, А.П. Гурьев, Н.В. Ханов // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 2019. - Т. 291. - С.22-28.

Публикации в сборниках материалов конференций и других изданиях:

1) Еремеев, А.В. Обзор применения современных геосинтетических материалов в гидротехническом строительстве / Н.В. Ханов, А.В. Еремеев // В сборнике: Международная научная конференция молодых ученых и специалистов, посвященная 150-летию РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева Сборник статей. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА. - 2015. - С. 336-339.

2) Еремеев, А.В. Обзор применения полимербетонной композиции на основе уретановых связей в гидротехническом строительстве / А.В. Еремеев, Н.В. Ханов // Международная научная конференция молодых учёных и специалистов «Наука молодых -агропромышленному комплексу». Сборник статей. М.: Изд-во РГАУ-МСХА. - 2016. - С. 221-223.

3) Еремеев, А.В. Перспективы применения геомата с заполнителем из щебня с битум-полимерным вяжущим в гидротехническом строительстве / А.В. Еремеев // Материалы международной научной конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 100-летию И.С. Шатилова. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА. - 2017. - С 324-325.

4) Еремеев, А.В. Подбор оптимальной пропорции битум-полимерного вяжущего и щебня в теле геомата, применяемого для защиты откосов в гидротехническом строительстве / А.В. Еремеев, Н.В. Ханов // Доклады ТСХА: Сборник статей. Вып. 290. Ч. I. - М.: Изд-во РГАУ- МСХА. - 2018. - С 169-171.

5) Еремеев, А.В. Исследование фильтрационных характеристик в тонкой противоэрозионной защитной одежде откоса / А.В. Еремеев // Материалы международной научной конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 150-летию со дня рождения В.П. Горячкина, М.: Издательство РГАУ-МСХА, - 2018. - С. 664-667.

6) Еремеев, А.В. Определение коэффициента трения геомата на песчаном грунте / А.В. Еремеев, А.П. Гурьев, Н.В. Ханов // Мелиорация земель - неотъемлемая часть восстановления и развития АПК Нечерноземной зоны Российской Федерации. Материалы международной научно-практической конференции 24-25 октября 2018 г. -М.: Изд. ВНИИГиМ. 2019. - С. 530-534.