Определение границ зоны подтопления при изменении уровня грунтовых вод для случая плоскопараллельной фильтрации Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

РАЗДЕЛ II

СТРОИТЕЛЬСТВО. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 69.034.96

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ЗОНЫ ПОДТОПЛЕНИЯ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ДЛЯ СЛУЧАЯ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

В. И. Сологаев, д-р техн. наук, доц.*, К.А. Кравцев, аспирант** *Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) **Омский государственный аграрный университет (ОмГАУ)

Аннотация. В статье рассмотрена методика определения длины языка подтопления при падении уровня в источнике подтопления. Полученные результаты могут применяться при составлении прогноза подтопления территории, а также при разработке комплекса защитных мер.

Ключевые слова: подтопление, фильтрационные параметры, процессы нестационарной фильтрации.

Введение

Проблема подтопления территорий существовала на протяжении всего развития человечества независимо от уровня существующих технологий. Особенно остро эта проблема проявляется при строительстве сооружений вследствие нарушения естественной структуры грунта на участке, при сезонном колебании уровня грунтовых вод и т.д.

Рис. 1 Язык подтопления при плоскопараллельной фильтрации

Исследования

В работе рассмотрен случай подтопления участка вследствие резкого подъема, а затем постепенного понижения уровня воды в источнике подтопления. Рассмотрим рисунок 1, на котором показан рассматриваемый случай.

Первоначальный уровень воды в источнике Н1 затем уровень резко поднимается до Н0. Допустим, что за время dt напор в водоеме изменяется от Н0 до первоначального Н1, соответственно длина языка подтопления при первоначальном значении напора была Lt, а за время dt, соответствующее изменению напора, увеличилась на величину dL Целью решения является нахождение общей длины языка подтопления и приращение длины за время dt.

Первоначально нам известны следующие данные:

Н0 - постоянный напор в водоеме [м];

к - коэффициент фильтрации грунта [м/сут];

р - недостаток насыщения грунта;

Т - время фильтрации [сут].

Исходное нелинейное гидравлическое дифференциальное уравнение

нестационарной фильтрации языка подтопления при плоскопараллельном движении воды в частных производных по Буссинеску [1] имеет вид

к. д

/и дх

Н

дН

дх

\

д (1)

д

Задаем граничные условия для решения данной задачи:

- граничное условие слева при х = 0 и Т = t выражает постоянство напора в начальный момент времени:

Н(0, t) = Но;

- граничное условие с постоянным нулевым напором ставим на движущемся фронте языка подтопления справа при х = Lt и Т = ^

Н(Ц, t) = 0.

Длина языка подтопления за время t вычисляется по (2), полученной при дифференцировании уравнения Буссинеска и подстановки граничных условий для случая подтопления территории при неизменном уровне воды в источнике подтопления, и равна [2]:

ц =

6 • к • Н0 • Т . (2)

и

подтопления справа при х = Lt+ДL и Т = t+Дt,

Н(Ц+ДЦ t+Дt) = 0.

Первая производная по х от H(Lt+ДL, t+Дt) будет равна нулю, т.е.

дН (Ц + АЛ, t + А) _ 0

дх

Для упрощения решения обозначим Цх = Ц + ДL.

Решение функции Н(x,t) ищем в виде многочлена:

H(x, () = а0 + a1x + a2x , где а0, а1, а2 — коэффициенты, зависящие от времени.

Для нахождения коэффициентов, подставим в уравнение граничные условия:

а0 + а1 • 0+02 • 0_ Н;

ао + а • Л+02 • Л _ 0^

0 + %• а2 • Ц_0.

откуда найдем коэффициенты

а0 _ Н1, а1 _

2 • Ні Ні

------, а2 _—1.

Лх лХ

С учетом этих решений функция запишется в виде:

2 ■ Н, Н, 2

Н (х, t) = Н,---------1 ■ х +—■ х

1 ¿2

Затем, решая уравнение (2) находим зависимость для вычисления общей длины языка подтопления:

_ \вкН1 ^ + Аt)

(3)

и

Граничное условие слева при х = 0 и Т = t+Дt выражает постоянство напора в настоящий момент времени:

Н(0, t+Дt) = Н

Граничное условие с постоянным нулевым напором ставим на движущемся фронте языка

Приращение длины языка подтопления за время Лt находится из разности конечного и первоначального значений длины языка подтопления:

м = — (тндтта)).

V №

Выводы

Полученная формула позволяет определить зону подтопления для случая плоскопараллельной в плане фильтрации при отсутствии естественного УГВ на участке, по прошествии определенного времени, учитывая при этом фильтрационные свойства грунта (коэффициент фильтрации и недостатка насыщения).

Библиографический список

1. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. - М.: Недра, 1988. - 349 с.

2. Прогноз подпертой фильтрации из очага подтопления в сухой грунт/ Сологаев В.И., Кравцев К.А.// Омский научный вестник.- 190 с. -Вып. 10(48) -С. 59-61

The Determination of the borders of the sunken zone when change water table for event to flat-parallel filtering.

V.I. Sologaev, K.A. Kravtsev

In article is considered methods of the determination of the length of the language sunken at fall level in the source sunken. The Got results can be used when sheduling the forecast of sunken territory, as well as at development of the complex of the protection moves.

Статья поступила 29.05

УДК 624.15:625.745.2

О ВЛИЯНИИ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ГРУНТА ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ НА ИХ ОСАДКИ

Н.Н. Щетинина Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Аннотация. Показано, что осадки основания фундаментов водопропускных труб, вычисленные с учётом коэффициента Пуассона, уменьшаются по сравнению с осадками, определёнными по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» при постоянном значении коэффициента, учитывающего боковое расширение грунта.

Ключевые слова: водопропускные трубы, основания фундаментов, осадки, расчётное сопротивление грунта основания, коэффициент Пуассона, линейно-упругая стадия, упруго-пластическая стадия.

Введение

Расчёт оснований фундаментов труб по деформациям производят исходя из условия [1]

(1)

n a ■ h

5 = ß^_Ip--------L

i=i E.

(2)

где в - совместная деформация основания и фундамента трубы, м;

Яц - предельно допустимая совместная деформация основания и фундамента трубы, м.

В соответствии с приложением 2 [1] осадка основания я с использованием схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где в - безразмерный коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта, равный 0,8;

<г - дополнительное вертикальное нор-

2р1

мальное напряжение в /'-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h/, Е/ - соответственно толщина и модуль деформации / -го слоя грунта;

п - число слоёв, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основа-