У даній статті описана проблема порушення фільтраційних режимів роботи. Проведено фільтраційний розрахунок і аналіз протифільтраційному геомембрани підземного контуру гідротехнічних споруд. Для визначення коефіцієнтів опору області фільтрації протифільтраційному геомембрани в підставі підземного контуру, перетворено комформность відображення області коефіцієнта опору (?), на комплексний потенціал фільтрації. Розрахований коефіцієнт опору. при використанні аналітичної зв'язку, розрахункових схем проти фільтраційного екрана, в підставі з проникним кріпленням, з будь-якою іншою областю найпростішого обриси з відомими. Провівши прості перетворення, приймаючи послідовно, що х> (-?) Їх> (+?), Отримаємо відповідно? R>? І? R> qr, виходячи з цього максимальний градієнт напору, знайдемо прирівняти першу похідну до нуля. Отримана залежність має таку ж структуру, що і відома формула Р.Р. Чугаева для вихідного уступу і шпунта, отримана ним на підставі гідромеханічного рішення С.Н. Нумерова. При практичних співвідношеннях t / T1? 0.3, коефіцієнт опору на виході з-під горизонтального екрану буде на 10% нижче, ніж для уступу. Зменшився натиск в кінці вироблення підземного контуру, до ?? h = 43, при цьому вихідні градієнти знижуються на? (Y) = 30 ... 50%.

Анотація наукової статті з фізики, автор наукової роботи - Атабієв У.И., Тезадова О.А.


ANALYSIS OF FILTER MODES FROM WATER JET WITH THE USE OF GEOMEMBRANE IN ITS BASIS

This paper considers the problem of violation of filtration modes. The authors carried out filtration calculation and the analysis of the anti-filtration geomembrane of the underground water circuit of hydraulic structures. A conformal mapping of the region resistance coefficient (?) To the complex filtration potential was converted to determine the resistance coefficients of the filtration area of ​​the antifiltration geomembrane at the base of the underground water circuit. The resistance coefficient was calculated for the case of analytical connection, design schemes of an anti-filter screen were used, in the base with permeable fastening, with any other area of ​​the simplest outline with the known ones. Performing simple transformations, assuming successively that х> (-?) Їх> (+?), We obtain? R>? І? R> qr, respectively, and proceeding from this the maximum pressure gradient, we find that the first derivative is equal to zero. The resulting dependence has the same structure as the well-known R.R. Chugaevs formula for the output ledge and channel, obtained by him based on the hydromechanical solution of S.N. Numerov. With practical ratios t / T1? 0.3 the resistance coefficient at the output from the horizontal screen will be 10% lower than for the ledge. The pressure at the end of the underground circuit development decreased to ?? h = 43, while the output gradients decrease by? (Y) = 30 ... 50%.


Область наук:
  • фізика
  • Рік видавництва: 2020
    Журнал: Міжнародний науково-дослідний журнал

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ фільтраційні РЕЖИМІВ З-ПІД водобоя З ВИКОРИСТАННЯМ геомембрана В ПІДСТАВІ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ фільтраційні РЕЖИМІВ З-ПІД водобоя З ВИКОРИСТАННЯМ геомембрана В ПІДСТАВІ»

    ?DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.91.1.009

    АНАЛІЗ фільтраційні РЕЖИМІВ З-ПІД водобоя З ВИКОРИСТАННЯМ геомембрана

    У ПІДСТАВІ

    Наукова стаття

    Атабієв У.І.1, *, Тезадова О.А.2 1 ОЯСГО: 0000-0002-1825-0097;

    1 Російський державний аграрний університет ім. К.А. Тімірязєва, Москва, Росія;

    2 Російський університет дружби народів, Москва, Росія

    * Корреспондирующий автор (a_omarlatlmail.org.ua)

    анотація

    У даній статті описана проблема порушення фільтраційних режимів роботи. Проведено фільтраційний розрахунок і аналіз протифільтраційному геомембрани підземного контуру гідротехнічних споруд. Для визначення коефіцієнтів опору області фільтрації протифільтраційному геомембрани в підставі підземного контуру, перетворено комформность відображення області коефіцієнта опору ©, на комплексний потенціал фільтрації. Розрахований коефіцієнт опору. при використанні аналітичної зв'язку, розрахункових схем проти фільтраційного екрана, в підставі з проникним кріпленням, з будь-якою іншою областю найпростішого обриси з відомими. Провівши прості перетворення, приймаючи послідовно, що х ^ (-го) їх ^ (+ ®), отримаємо відповідно? Г ^ ® і? Г ^ qr, виходячи з цього максимальний градієнт напору, знайдемо прирівняти першу похідну до нуля. Отримана залежність має таку ж структуру, що і відома формула Р.Р. Чугаева для вихідного уступу і шпунта, отримана ним на підставі гідромеханічного рішення С.Н. Нумерова. При практичних співвідношеннях ^ < 0.3, коефіцієнт опору на виході з-під

    горизонтального екрану буде на 10% нижче, ніж для уступу. Зменшився натиск в кінці вироблення підземного контуру, до 5ДІ = 43%, при цьому - вихідні градієнти знижуються на 5 (У) = 30 ... 50%.

    Ключові слова: фільтраційний потік, шпунт, обтікання, завіса, геомембрана, горизонтальний екран, гідротехнічні споруди.

    ANALYSIS OF FILTER MODES FROM WATER JET WITH THE USE OF GEOMEMBRANE IN ITS BASIS

    Research article

    Atabiev U.I.1, *, Tezadova O.A.2 1 ORCID: 0000-0002-1825-0097;

    1 Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia;

    2 Peoples 'Friendship University of Russia, Moscow, Russia

    * Corresponding author (a_omar [at] mail.org.ua)

    Abstract

    This paper considers the problem of violation of filtration modes. The authors carried out filtration calculation and the analysis of the anti-filtration geomembrane of the underground water circuit of hydraulic structures. A conformal mapping of the region resistance coefficient (Z) to the complex filtration potential was converted to determine the resistance coefficients of the filtration area of ​​the antifiltration geomembrane at the base of the underground water circuit. The resistance coefficient was calculated for the case of analytical connection, design schemes of an anti-filter screen were used, in the base with permeable fastening, with any other area of ​​the simplest outline with the known ones. Performing simple transformations, assuming successively that x ^ hx ^ (+ ®), we obtain? R ^ ® h? R ^ qr, respectively, and proceeding from this the maximum pressure gradient, we find that the first derivative is equal to zero. The resulting dependence has the same structure as the well-known R.R. Chugaev's formula for the output ledge and channel, obtained by him based on the hydromechanical solution of S.N. Numerov. With practical ratios T- < 0.3 the resistance coefficient at the output from the horizontal screen will be 10%

    lower than for the ledge. The pressure at the end of the underground circuit development decreased to SAh = 43%, while the output gradients decrease by S (Y) = 30 ... 50%.

    Keywords: filtration flow, channel, flow around, curtain, geomembrane, horizontal screen, hydraulic structures.

    Вступ

    Застосування синтетичних полімерних матеріалів в гідротехнічному будівництві і будівництві дренажних (протифільтраційних) елементів почалося ще в першій половині двадцятого століття. На початковому етапі використання даних матеріалів це були тонкі, завтовшки 0,1-0,5 мм поліетиленові і ПВХ плівки. В ході розвитку технології виробництва, якості синтетики, почалося виготовлення і інших матеріалів. На даний момент полімерні матеріали мають ряд істотних переваг перед іншими матеріалами. Вони сприймають значні напруження розтягу, зберігають міцність навіть при великих деформаціях, однорідні за своєю якістю, довговічні, технологічні та ефективні для застосування в гідротехнічному будівництві. В даний час практично всі ці листові матеріали і конструкції з них, призначені для влаштування протифільтраційних елементів різних споруд, називають «геомембрани».

    I

    Мал. 1 - Види геомембрани

    Підземний контур такого водобоя формується горизонтальним полімерним екраном, прігруженним шаром місцевого грунту, змив якого запобігається захисним кріпленням. Будемо вважати, що в основі кріплення дна нижнього б'єфу розташовується пластовий дренаж. Тоді область фільтрації при виході потоку матиме вигляд як на (рис 2а). Інтеграл Крістофеля-Шварца [1], що відображає область комплексного змінного z = х + iy на канонічну напівплощина ш (рис. 2б), має вигляд [2]

    г = АЛ

    ГОЛ) (?-

    ж

    (? - 1) ТГ + Р 71

    1п (1 -0 + р! П (1+

    (1)

    Конформне відображення області? на комплексний потенціал фільтрації (рис.2 в) здійснимо наступним чином: шг = фг +

    шг =

    I

    ? dZ 1

    -, = 2аг-аг1к

    про (? - п

    ? + в

    1 + р

    (2)

    Функція зворотна (2)

    а

    Мал. 2 - Схема до розрахунку проти фільтраційного екрана підставі флютбета з проникним кріпленням. а - Область фільтрації при виході потоку з підземного контуру водобоя з полімерним екраном і пластовим

    дренажем

    З (.оо)

    Мал. 2 - Схема до розрахунку проти фільтраційного екрана підставі флютбета з проникним кріпленням. б - Область комплексного змінного z = х + iy на канонічну напівплощина

    Мал. 2 - Схема до розрахунку проти фільтраційного екрана підставі флютбета з проникним кріпленням. в - Конформне відображення області? на комплексний потенціал фільтрації

    X

    Мал. 2 - Схема до розрахунку проти фільтраційного екрана підставі флютбета з проникним кріпленням.

    г - Параметр асимптоти ДК

    ? = (1 + в) 012 - ^ - 13 2Чг

    Ь

    Р = ^ 12

    Т2 {I Д + Р

    = ^ {/ П (1+ Ю (1

    (3)

    (4)

    Методи і принципи дослідження

    Складемо з (4) рівняння напорів х = Х (К) при г = х < 0, м / г = до < Ак і, визначивши параметр її асимптоти АК (ріс.1г) як в [2], [3], знайдемо із співвідношення? = АН / ЦГ формулу для коефіцієнта опору ви-перехідного фрагмента.

    / Л 11 471 t Т-л

    4 ЕКУ вих п \ 72 Т2 t)

    22

    Комплексний градієнт фільтрації визначиться після того як (4) продифференцируем по wг

    йлКу. (йг

    awr / az ч у dz \ dwT)

    Потім приймаємо Yx = 0, wr =, отримаємо вихідні градієнти по лінії 2-3

    _ -Р СВБ -р

    у = ^ 2Чг 2Чг (7)

    ГУ т Тп ШФ (7)

    11 1 СВБ ^ Р- ^ 71 2цг _ ДК Чг = ^ у

    П'єзометричний натиск на кінці екрану в точці 1 визначиться з (2) при шг = ДЙ; ? = С1 = 0..

    (С) = Ah = - qrarth

    1 -

    (8)

    Функція струму може бути визначена з (4) при z = х + it, шг =

    х _ 1 7- п

    72 1 + ^ ГУ2 (? Г) ^ / 2gr)

    2 1 - IП

    2 / h

    | + -In-

    / 1

    (9)

    Беручи послідовно в (9) х ^ їх ^ (+<»), Будемо мати ^ ^ ЦГ. Тоді легко переконається в

    точках нижнього б'єфу 2 і 3 відповідно до (7) будемо мати Уу = 0. Максимально вихідний градієнт знайдемо, якщо прирівняємо першу похідну до (7) нулю.

    nWr 1

    - = - а з г s in

    2 4

    Т1

    2 ~ Т2 / Т1

    (10)

    Підставивши (10) і (7), отримаємо

    (Y) = вих .

    (I ек) мах гг1

    Т1 а (С)

    1 ек вих

    а = 2

    N

    (11)

    Отримуємо в результаті, що залежність (11) має таку ж структуру, що і відома фор-мула Р.Р. Чугаева [4] для вихідного уступу і шпунта, отримана ним на підставі гідромеханічного рішення С.Н. Нумерова [3]. Крапку М виходу (УЕК) мах знайдемо з (8) з урахуванням (9)

    = I ' «(21 - 1)

    (12)

    За формулами (7), (9), заданих в параметричному вигляді 0 < ^ < 1, побудовані графіки вихідних градієнтів

    2qr

    (Рис. 3), що мають куполообразное обрис.

    Порівняємо фільтраційні характеристики (5), (8) і (11) дослі-дова вихідного елемента з рівновеликим по заглиблення t в грунтову основу уступом [3], [4]

    (О. = 2 {т-тг- 4г / т -1) +

    In

    (1 -% У

    -1

    (13)

    х

    м

    X

    .про

    ш

    -1/71 = 0.1 "- | /Г1=0.2" -1 / 71 = 0.3 "-1 / 71 = 0,5"

    0,8 -0,6 -0,4 0,2 Х / Г1

    0,2 0,4

    0,6

    1,2 1,4 1,6 1,1

    Х / 71

    Мал. 3 - Графік наведених вихідних градієнтів

    квих = иг = qj.-a.rth л

    И = ги 1

    х т / ту /

    (14)

    [1 а

    а =

    (15)

    Порівняння показує (рис. 3), що при практичних співвідношеннях - < 0.3 коефіцієнт опору на

    виході з-під горизонтального екрану буде на 10% і менше нижче 8 (() < 10% ,, ніж для уступу. Це зумовлює зменшення напорів в кінці підземного контуру до 5 иг = 45%, але особливо важливим є те, що вихідні градієнти знижуються на 5 (У) = 40 ... 55%.

    1 у

    т \ X

    !

    / /

    А (ДГ 1}

    1 / >

    і

    про

    ? 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Рис. 4 - Графік зіставлення фільтраційних характеристик проти фільтраційного екрана і уступу

    висновок

    1.Получение залежність має таку ж структуру, що і формула Р.Р. Чугаева.

    2. При практичних співвідношеннях, < 0.3 коефіцієнт опору на виході з-під горизонтального екрану буде на 10% нижче, ніж для уступу.

    3.Уменьшеніе напору в кінці підземного контуру до 8 Ah = 45%, але особливо важливим є те, що вихідні градієнти знижуються на 5 (У) = 40 ... 55%.

    4.Типи, вид і склад геомембрани основи підбирається виходячи з інженерно-геологічних характеристик підстави контуру, зміна характеристик геомембрани основи не тягне за собою значних змін в розрахунках.

    5.Прімененіе геомембрани в підставі сприяє зниженню вхідних градієнтів і зменшення фільтраційного напору, зниження ймовірності суффозии в підставі.

    Конфлікт інтересів Conflict of Interest

    Не вказано. None declared.

    Список літератури / References

    1. Лаврентьєв М.А. Методи теорії функцій комплексного змінного / Лаврентьєв М.А., Шабат В.Б. - М .: Наука, 1973. 736 с.

    2. Бурдінскій В.Н. Визначення коефіцієнта опору вхідного-го елемента плівкового понуро / Бурдінскій В.Н. // Матеріали науково-практичної конференції Кабардино-Балкарської державної сільськогосподарської академії (Технічні науки. Вип. 2) .- Нальчик: КБГСА, 1996. - С.225-228.

    3. Аравін В.Й. Теорія руху рідин і газів в недеформируемой пористої середовищі / Аравін В.Й., Нумеров С.Н. - М .: Гостехиздат, 1953. - 616 с.

    4. Чугаєв Р.Р. Підземний контур гідротехнічних споруд / Чугаєв Р.Р. - Л .: Енергія, 1974. - 237 с.

    5. Веригин М.М. Фільтрація в підставі гребель з похилими завісами і шпунтами / Веригин М.М. // Гідротехнічне будівництво. - 1940.- №2. -131 з.

    6. Дегтяр Б.Г. Гідротехнічний розрахунок греблі з похилим шпунтом при Т < да / Дегтяр Б.Г. / Республіканський міжвідомчий науково-технічний сб., Вип.18. // Меліорація і водне господарство. - Київ: Урожай, 1970. 183 с.

    7. Фільчаков П.Ф. Теорія фільтрації під гідротехнічними сооруженіям.т.2 / Фільчаков П.Ф. - Київ: Вид. АНУССР, 1960. -123 с.

    8. Лаврентьєв М.А. Методи теорії функції комплексної змінної / Лаврентьєв М.А., Шабат В.Б. - М: Наука, 1973. -736 с.

    9. Буличов Н.С. Механіка підземних сооружній / Буличов Н.С .. - М .: Недра, 1994

    10. Гідротехнічні споруди / Під. ред. Г.М. Каганова. Т.2, М .: Вища школа, 1994. - 464 с.

    Список літератури англійською мовою / References in English

    1. Lavrentiev M.A. Metody teorii funkcij kompleksnogo peremennogo [Methods of the theory of functions of a complex variable] / Lavrentiev M.A., Shabat V.B. - Moscow: Nauka, 1973. 736 p. [In Russian]

    2. Burdinsky V.N. Opredelenie koefficienta soprotivleniya vhodnogo elementa plenochnogo ponura [Determination of the coefficient of resistance of the input element of the film circuit] / Burdinsky VN / Materials of the scientific and practical conference of the Kabardino-Balkar state agricultural Academy (Technical Sciences. Vol. 2) . - Nalchik: CBGS, 1996. - P. 225-228. [In Russian]

    3. Aravin V.Th. Teoriya dvizheniya zhidkostej i gazov v nedeformiruemoj poristoj srede [Theory of motion of liquids and gases in a non-deformable porous medium] / Aravin V. Th., Numerov S. N. - Moscow: Gostekhizdat, 1953. - 616 p. [In Russian]

    4. Chugaev R.R. Podzemnyj kontur gidrotekhnicheskih sooruzhenij [Underground contour of hydraulic structures] / Chugaev R.R. - L .: Energy, 1974. - 237 p.

    5. Verigin N.N. Filtraciya v osnovanii plotin s naklonnymi zavesami i shpuntami [Filtration at the base of dams with inclined curtains and dowels] / Verigin N. N. // Hydraulic engineering. - 1940.- No. 2. - 131 p. [In Russian]

    6. Degtyar B.G. Gidrotekhnicheskij raschet plotiny s naklonnym shpuntom pri T < да [Hydrotechnical calculation of a dam with an inclined tongue at T < Так] / Degtyar B.G. / Republican interdepartmental scientific and technical Council, vol.18. // Land reclamation and water management. - Kiev: Vintage, 1970. 183 p. [In Russian]

    7. Filchakov P.F. Teoriya filtracii pod gidrotekhnicheskimi sooruzheniyam.t.2 [Theory of filtration under hydraulic structures.vol. 2] / Filchakov P.F. - Kiev: Ed. ANOSR, 1960. - 123 p. [In Russian]

    8. Lavrentiev M.A. Metody teorii funkcii kompleksnogo peremennogo [Methods of the theory of the function of a complex variable] / Lavrentiev M. A., Shabat V. B. - M: Science, 1973. - 736 p. [In Russian]

    9. Bulychev N.S. Mekhanika podzemnyh sooruzhnij [Mechanics of underground structures] / Bulychev N. S. - Moscow: Nedra, 1994 [in Russian]

    10. Gidrotekhnicheskie sooruzheniya [Hydraulic structures] / Edited by G. M. Kaganov Vol. 2, - Moscow: Energoatomizdat, 1994. - 464 p. [In Russian]


    Ключові слова: FLOW AROUND / CHANNEL / FILTRATION FLOW / ГІДРОТЕХНІЧНІ СПОРУДИ / ГОРИЗОНТАЛЬНИЙ ЕКРАН / ЗАВІСА / геомембрана / шпунт / обтікання / фільтраційні ПОТІК / CURTAIN / GEOMEMBRANE / HORIZONTAL SCREEN / HYDRAULIC STRUCTURES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити