Рівненський державний технічний університет

Міністерство освіти та науки України

Дмитрієв Дмитро Анатолійович

УДК 626.823.93

Фільтраційні процеси в навколодренній зоні в

незв’язних ґрунтах

05.23.16 - Гідравліка та інженерна гідрологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Рівне-2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті водного господарства Рівненського державного технічного університету Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор ХЛАПУК МИКОЛА МИКОЛАЙОВИЧ, професор кафедри гідротехнічних споруд Інституту водного господарства Рівненського державного технічного університету.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор ПИВОВАР МИКОЛА ГРИГОРОВИЧ, завідувач відділу гідродінамики гідротехнічних споруд Інституту гідромеханіки НАН України;

кандидат технічних наук, доцент ЧЕРНЮК ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ, доцент кафедри гідравліки і санітарної техніки Національного університету “Львівська політехніка”.

Провідна установа: Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти та науки України, кафедра гідравліки і водопостачання, м. Київ.

Захист відбудеться “ 9 “ листопада 2001р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 47.104.01 у Рівненському державному технічному університеті за адресою: 33028, м. Рівне, вул. Соборна, 11.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Рівненського державного технічного університету: м. Рівне, вул. Приходька, 75.

Автореферат розісланий “ 6 “ жовтня 2001р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., доцент В.П.Востріков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Прийнята Верховною радою України концепція розвитку водного господарства України передбачає подальшу інтенсифікацію меліорації земель. Масштабність і значимість робіт з осушення і зволоження сільськогосподарських угідь, всесвітня інтенсифікація землеробства і перехід аграрного сектора на індустріальну основу висувають у ряд особливо актуальних питань удосконалення методів проектування меліоративних систем з врахуванням зростаючих вимог до якості будівництва, ефективності меліоративних об’єктів. Найбільшою мірою цим вимогам відповідають осушувально-зволожувальні системи, що дозволяють раціонально і ефективно використовувати водні і земельні ресурси при мінімальних небажаних впливах на природне середовище. Рішення стратегічних питань, поставлених перед меліорацією, ставлять більш високі вимоги по їх науковому обґрунтуванню. Відомо, що гідравлічні і фільтраційні розрахунки осушувально-зволожу-вальних систем виконуються за залежностями, отриманими при дослідженні роботи дренажної системи в режимі осушення. Це пояснюється тим, що дослідження роботи дренажної системи в режимі підгрунтового зволоження вивчені недостатньо, а в циклічному режимі практично були відсутні. Крім того, при фільтраційних розрахунках не враховувались можливі деформаційні зміни ґрунту в навколодренній зоні, що можуть істотно впливати на роботу меліоративної системи. Тому особливу актуальність мають питання досліджень роботи дренажних систем у незв’язних несуфозійних і суфозійних ґрунтах при роботі їх у двосторонньому режимі.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана за планами науково-дослідних робіт Рівненського державного технічного університету, що розроблялися за госпдоговірною та держбюджетною тематиками відповідно до комплексних наукових програм з меліорації та сільського господарства, на протязі 1996-1999рр, в тому числі за координаційним планом Держкомітету України по науці і техніці по проблемі О.Ц.034 “Підвищення ефективності меліорованих земель і використання водних ресурсів в меліорації”, за планом розробки науково-технічної продукції і надання науково-технічних послуг Мінводгоспу України, комплексна тема IV-86-17 “Удосконалення конструкцій, методів розрахунку, технології будівництва і експлуатації осушувально-зволожувальних систем” та розділом міжвузівської цільової комплексної науково-технічної програми “Прискорення науково-технічного прогресу в меліорації на основі розробки та впровадження передових технологій, автоматизації, механізації і удосконалення виробництва”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є вивчення фільтраційних деформацій незв’язних несуфозійних і суфозійних ґрунтів у навколодренній зоні і їх вплив на ефективність і надійність роботи осушувально- зволожувальних систем. Об’єктом досліджень є фільтраційні деформації ґрунтів навколодренної зони, предметом досліджень - ґрунти різного гранулометричного складу, дренажні конструкції з різними захисно – фільтруючими матеріалами, режими фільтрації (одномірна, радіальна), режими роботи дренажної системи (осушення, зволоження, циклічний режим).

При вивченні фільтраційних деформацій використовувалися методи експериментальних і теоретичних досліджень фільтраційних опорів в несуфозійних і суфозійних незв’язних ґрунтах в навколодренній зоні при роботі дренажу в режимі осушення і зволоження, а також в циклічному режимі, а при обробці отриманих результатів –методи математичної статистики.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі задачі:

- експериментальні дослідження одномірної фільтрації в несуфозійних і суфозійних незв’язних ґрунтах;

- експериментальні дослідження радіальної фільтрації в несуфозійних і суфозійних незв’язних ґрунтах при роботі дрени в режимі осушення, підгрунтового зволоження і у циклічному режимі;

- розробка математичних моделей фільтрації з урахуванням деформаційних процесів в навколодренній зоні;

- розробка практичних рекомендацій по розрахунку й експлуатації осушувально – зволожувальних систем з урахуванням деформацій ґрунту в навколодренній зоні.

Наукова новизна одержаних результатів. Розкрито механізм зміни коефіцієнта фільтрації внаслідок деформацій ґрунту в навколодренній зоні, а також встановлено вплив гранулометричного складу ґрунту і захисно – фільтруючого матеріалу на роботу дренажу в режимі двосторонньої дії. Встановлено універсальний закон розподілу градієнтів напору в навколодренній зоні. За результатами опрацювання експериментальних досліджень отримані математичні моделі для осесиметричної і радіальної фільтрації, що дозволяють визначати зміну градієнтів напору у навколодренній зоні.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі виконаних досліджень розроблені практичні рекомендації по проектуванню й експлуатації осушувально – зволожувальних систем. Впровадження рекомендацій у виробництво дозволить поліпшити методи проектування осушувально – зволожувальних систем, які застосовуються на практиці, що підвищить ефективність, надійність, і в остаточному підсумку, приведе до підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Розроблені рекомендації по фільтраційному розрахунку осушувально – зволожувальних систем з урахуванням деформаційних процесів передані проектним і водогосподарським організаціям для проектування і експлуатації меліоративних систем.

Особистий внесок здобувача:

- розроблено методику проведення досліджень одномірної фільтрації на установці Дарсі і радіальної фільтрації на секторному лотку;

- проведення експериментальних досліджень;

- опрацювання результатів досліджень і перевірка адекватності отриманих залежностей дослідним даним;

- розробка математичних моделей розподілу напорів і їх градієнтів в навколодренній зоні.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на міжнародних науково – технічних конференціях:

- “АКВАТЕРРА” (Санкт-Петербург, Росія, 14-17. 11.2000р);

- ”Проблеми меліорації і водного господарства на сучасному етапі”(м. Горки, Бєларусь, 1999р);

- науково – технічних конференціях Рівненського державного технічного університету (РДТУ) 1997, 1998, 1999, 2000, 2001рр;

- на науково – технічному семінарі по гідравліці Рівненського державного технічного університету в 2001р.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 наукових праць, з яких 6 статей, з них 5 у фахових виданнях, та 2 – тези.

Структура та об’єм дисертаційної роботи. Робота складається з вступу, п’яти розділів, основних висновків, списку використаних джерел із 135 найменувань. Загальний обсяг роботи складає 116 сторінок основного тексту, 30 таблиць,71 рисунок.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність проблеми, сформульовані ціль і задачі досліджень, дана загальна характеристика роботи.

У першому розділі “Стан досліджуваної проблеми. Задачі досліджень” приводиться обґрунтування переходу від проектування і будівництва осушувальних систем до більш досконалих осушувально – зволожувальних. При переході до систем двосторонньої дії виникає проблема щодо їхнього розрахунку через відсутність достатньо обґрунтованої методики фільтраційного розрахунку при роботі їх у режимі підгрунтового зволоження й у циклічному режимі(осушення - зволоження). Аналіз даних наших натурних досліджень осушувально–зволожувальних систем, а також наявних теоретичних і експериментальних досліджень дозволив нам висунути гіпотезу, що однією з основних причин низької ефективності і надійності дренажних систем є неврахування при їхньому проектуванні можливої появи в навколдренній зоні деформацій ґрунту. Незважаючи на порівняно незначні розміри навколдренної зони в порівнянні з загальним масивом ділянки, що дренується, вплив ії на роботу системи є визначальним, оскільки в цій області, у наслідок можливих деформацій відбуваються суфозійно - кольматаційні процеси. Причиною деформацій ґрунту в навколодренній зоні є підвищені градієнти фільтраційного напору. Перехід від осушувальних систем до осушувально–зволожувальних зробив ще більш актуальним питання дослідження впливу деформаційних процесів у навколодренній зоні на ефективність і надійність систем двосторонньої дії.

При вивчені проблеми був розглянутий розвиток теоретичних і експериментальних досліджень фільтрації, виконаних А.Дарсі, Ж.Дюпюі, І.Роте, Ж.Буссинеском, Ф.Форхгеймером, М.Є.Жуковським, В.В.Ведерніковим, М.М. Павловським, І.А.Чарним, П.Я.Полубариновою-Кочиною, Ф.Б.Нельсон -Сконяковим, В.А.Аравіним, С.М.Нумеровим, М.М.Верігіним та іншими вченими. Стосовно меліоративної практики великій внесок у розвіток теорії фільтрації зробили А.Д.Брудастов, А.М.Костяков, С.Ф.Авер’янов, О.Я.Олій-ник, М.Г.Пивовар, А.І.Мурашко, О.М.Янголь, В.А.Іонат, В.Л.Поляков і інші дослідники.

Дослідженням деформаційних процесів у ґрунті під дією градієнту напору в області гідротехніки займалися І.І.Зауєрбрей, С.В.Ізбаш, В.С.Істомі-на, Д.М.Мінц, О.М.Патрашев, В.М.Кондратьєв, Г.Х.Праведний і інші автори. На можливість утворення значних градієнтів напору в навколодренній зоні і виникнення внаслідок цього механічної суфозії вказували А.І.Мурашко, А.В.М’ясков, М.І.Хрисанов, П.П.Бегунов та інші дослідники, але вони не розкривали фізичної суті явища і його його впливу на процес фільтрації.

Аналіз стану досліджуваної проблеми і висунута нами робоча гіпотеза про залежність ефективності і надійності меліоративних систем від деформацій ґрунту в навколодренній зоні дозволили сформулювати мету і задачі досліджень. Ця робота є продовженням фільтраційних досліджень, які проводяться в гідротехнічній лабораторії РДТУ під керівництвом М.М.Хлапука.

В другому розділі “Експериментальні установки. Методика проведення досліджень” приводиться опис експериментальних установок і методика проведення експериментів. Дослідження одномірної фільтрації виконувалися на напірній установці Дарсі (рис.1), радіальної фільтрації – в секторному лотку (рис.2). Дослідження проводилися з незв’язними несуфозійними ґрунтами середнім діаметром часток 0.257, 0.358, 0.465 і 0.78мм і суфозійними ґрунтами, скелет яких складався з часток середнім діаметром 0.275, 0.358, 0.465 і 0.78мм із додаванням до них суфозійних часток діаметром 0.09, 0.13, 0.18 і 0.26мм у кількості 5, 10, 15 і 20%. Формування суфозійних ґрунтів проводилося за методикою ВНДІГ. Для визначення складу і кількості дослідів складалася матриця планування. У кожному досліді проводився триразовий вимір основних параметрів ґрунтового потоку. При опрацюванні результатів досліджень і перевірці адекватності отриманих залежностей використовувалися методи математичної статистики. Кількість дослідів на установці Дарсі складала 780, у секторному лотку-900.

У третьому розділі “Результати досліджень одномірної фільтрації в незв’язних ґрунтах” викладаються результати експериментів одномірної фільтрації в несуфозійних і суфозійних ґрунтах. Результати досліджень подані у формі графіків стабілізації процесу фільтрації в часі, залежності коефіцієнтів опорів від числа Рейнольдса, залежності розподілу напору в масиві ґрунту і залежності коефіцієнта фільтрації від градієнтів напору. На рис. 3 приведений графік k=f(I), з якого випливає, що коефіцієнт фільтрації k залежить від діаметра часток несуфозійного ґрунту і градієнту напору, де I- градієнт напору. Із збільшенням I величина k зростає і при I =0.33-0.37 досягає максимуму, при подальшому збільшенні I, значення k лишаються постійними. Збільшення коефіцієнта фільтрації пояснюється переорієнтуванням часток у масиві ґрунту під дією на них градієнта напору.

При проведенні досліджень з суфозійними ґрунтами встановлювався час стабілізації процесу фільтрації, розподіл напору в масиві ґрунту, а також залежність коефіцієнта фільтрації від гранулометричного складу ґрунту і градієнта напору. На рис. 4 для ілюстрації приводиться один з таких графіків k=f(I), побудований для скелета ґрунту середнім діаметром часток 0.358мм із додаванням 5% суфозійних часток діаметром 0.18мм. З графіка видно, що у верхній і середній зонах масиву ґрунту зі збільшенням I спостерігається інтенсивне збільшення коефіцієнта фільтрації , після досягнення максимуму він поступово знижується, а при I0.4 він стає постійним. У нижній зоні крива k=f(I) в інтервалі I від 0.12 до 0.175 інтенсивно знижується, при I0.225 стає прямою паралельною осі абсцис. Такий характер зміни коефіцієнта фільтрації пояснюється деформацією ґрунту, суфозійні частки під дією градієнта переміщуються в нижню, пористість ґрунту у верхніх зонах зростає, в нижній навпаки, знижується, відповідно і змінюється коефіцієнт фільтрації. Аналіз гранулометричного складу ґрунту по зонах наприкінці досліду підтверджує наявність внутрішньої суфозії ґрунту в навколодренній зоні.

Аналогічним чином опрацьовувалися й аналізувалися результати досліджень, виконаних з іншими ґрунтами, що дозволило вивчити складний механізм внутрішньої суфозії ґрунту і вплив її на процес фільтрації.

У четвертому розділі “Результати досліджень радіальної фільтрації в незв’язних ґрунтах” викладаються результати експериментів в несуфозійних і суфозійних ґрунтах, виконані в секторному лотку. За результатами досліджень встановлювався час стабілізації фільтрації, розподіл напору в масиві ґрунту, а також зміна коефіцієнта фільтрації при роботі дрени в режимі осушення, зволоження та у циклічному режимі. На рис.5, для прикладу, приведений графік k=f(I) для несуфозійного ґрунту середнім діаметром часток 0.358мм. З графіка видно, що коефіцієнт фільтрації в діапазоні зміни I від 0.05 до 0.45 із збільшенням I зростає, що пояснюється переорієнтуванням часток ґрунту. Положення осереднюючих кривих k=f(I) на графіку залежить від режиму роботи дрени і номера циклу. У третьому циклі при I0.55 криві k=f(I), що відповідають режиму осушення і зволоження, зливаються в одну пряму, що свідчить про завершення структурних змін ґрунту в навколодренній зоні. При I0.45 значення k, що відповідають одномірній фільтрації (пунктирна крива) збігається зі значенням k, що відповідає радіальній фільтрації.

Результати досліджень фільтрації в суфозійних ґрунтах подані у виді графіків k=f(I). На рис.6 і 7 приводяться такі графіки, побудовані для нижнь-ої та верхньої зон масиву ґрунту, скелет якого складається з часток середнім діаметром 0.358мм, із додаванням 5% суфозійних часток діаметром 0.13мм. При роботі дрени в режимі осушення в діапазоні I від 0.15 до 0.3 із збільшенням I величина k інтенсивно зніжується, при I0.35 криві k=f(I) стають прямими, а k не залежить від градієнту напору. Кожному циклу відповідає своя осереднююча крива k=f(I). Максимальне значення k відповідає першому циклу, мінімальне – третьому циклу(рис.6). При роботі дрени в режимі зволоження в діапазоні I від 0.15 до 0.30 із збільшенням I коефіцієнт фільтрації зростає, після досягнення максимуму (при I=0.30) поступово знижується, при I0.45 стає постійним. Криві k=f(I) для всіх циклів практично паралельні одна одній, верхня крива відповідає першому циклу, нижня – третьому циклу.

На рис.7 наведений графік k=f(I), побудований для верхньої зони ґрунту. Положення кривих k=f(I) на графіку аналогічно положенню кривих k=f(I), побудованих для нижньої зони ґрунту (рис.6). Значення коефіцієнта фільтрації у всьому діапазоні зміни I при режимі зволоження рівні значенням k при режимі осушення, що відповідає нижній зоні масиву ґрунту, і навпаки, значення k, що відповідають режиму осушення (верхня зона ґрунту), рівні значенням k, що відповідають режиму зволоження (нижня зона ґрунту)(рис.6 і 7). Таке дзеркальне відображення пояснюється ідентичними умовами проведення дослідів при дослідженні низхідної і висхідної фільтрації. Аналогічні залежності k=f(I) отримані і для інших ґрунтів із різноманітним вмістом і діаметрами суфозійних часток, а також при застосуванні в якості захисно – фільтруючого матеріалу нетканого полотна.

П’ятий розділ “Результати досліджень розподілу градієнтів напору в навколодренній зоні” присвячений викладу результатів експериментів по вивченню розподілу градієнтів напору в пористому середовищі та їх математичному опису. За результатами досліджень встановлювалися нижне критичне значення градієнту напору Iкр.н, при якому починається переміщення суфозійних часток по порах ґрунту, і верхнє критичне значення Iкр.в, при якому наступає стабілізація процесу фільтрації (рис. 6 і 7).

Результати виконаних досліджень у дисертації подані на графіках I=f(r/R); де r-радіальна координата – відстань від осі дрени до перерізу, що розглядається; R– відстань від осі дрени до поверхні ґрунту. На рис. 8 наведений один з таких графіків, побудований для скелету ґрунту середнім діаметром часток 0.358мм із додаванням 10% суфозійних часток діаметром 0.09, 0.13 і 0.18мм для двох значень напору на дрені. З графіка видно, що величина градієнта напору залежить від діаметра суфозійних часток і напору на дрені. У інтервалі r/R від 0.07 до 0.30 криві I=f(r/R) інтенсивно знижуються, при r/R0.35 зниження I із збільшенням r/R стає незначним, а між величинами r/R і I встановлюється лінійна залежність.

Аналіз графіків I=f(r/R), побудованих для скелету ґрунту середнім діаметром часток 0.465 і 0.780мм з додаванням 5, 10, 15 і 20% суфозійних часток діаметром 0.13 і 0.18мм і різних напорів на дрені, показав, що значення градієнта напору залежать від напору на дрені, середнього діаметра часток скелета ґрунту, діаметра суфозійних часток і не залежать від їхньої кількості. При цьому для всіх скелетів ґрунтів, що досліджувалися, діаметрів суфозійних часток і їхньої кількості, а також напорів на дрені, залежність I=f(r/R) носить універсальний характер. Така ж залежність встановлена за результатами досліджень одномірної фільтрації на установці Дарсі.

Експериментальними дослідженнями було встановлено, що під дією градієнтів напору відбувається переміщення суфозійних часток у навколодренній зоні ґрунту, що впливає на значення коефіцієнта фільтрації ґрунту. Розподіл коефіцієнта фільтрації залежить від величини діючих градієнтів напору, критичного градієнту і граничних умов. Графік розподілу коефіцієнта фільтрації ґрунту в навколодренній зоні для режиму осушення і зволоження має вид, поданий на рис.9

Розподіл k(r) при режимі осушенні (крива 1, рис.7) може бути описаний рівнянням

k, (1)

де a – константа, що характеризує спроможність ґрунту деформуватися під дією градієнта напору (r0 введено для перетворення константи в безрозмірну величину).

Напір h(r) визначаємо в даному випадку у виді

(2)

де h1(r) і h2(r) є рішенням таких задач:

(3)

Розв’язуючи рівняння 3, отримуємо рівняння напору

(4)

і рівняння градієнтів напору

(5)

Питома фільтраційна витрата визначається по залежності

(6)

Значення r1, r2 визначаються з рівняння балансу суфозійних часток, рівняння для k(r) із урахуванням дослідного визначення параметра б.

Для режиму зволоження (крива 2, рис.9) зміну коефіцієнта фільтрації можна описати аналітичним виразом

(7)

В результаті розв’язку, аналогічного як для режиму осушення, отримаємо рівняння для визначення напору

, (8)

і градієнтів напору

(9)

де Ф=

Значення r2 визначається з балансу суфозійних часток, що розподілені по масиву грунта відповідно до рівняння (9). При відомих значеннях r1, r2 визначаються напори і їхні градієнти.

Питома витрата визначається по залежності

(10)

Опрацювання результатів дослідних даних по отриманих залежностях показало адекватність математичних моделей експериментальним даним. Різниця в результатах отриманих за залежністю для питомої витрати для випадку постійного коефіцієнта фільтрації всього масиву ґрунту складає 34%, а при апроксимації дослідних значень коефіцієнта фільтрації по моделі (1) – 6.5%.

ВИСНОВКИ

1.Виконані дослідження одномірної фільтрації підтвердили зроблене нами припущення про можливі деформації ґрунту під дією градієнта напору в навколодренній зоні. В несуфозійних ґрунтах деформація ґрунту проявляється в переорієнтуванні часток ґрунту, у суфозійних ґрунтах – в переміщенні суфозійних часток по порах скелета ґрунту.

2. У несуфозійних ґрунтах переорієнтування часток ґрунту супроводжується збільшенням коефіцієнта фільтрації . У суфозійних ґрунтах переміщення суфозійних часток із верхньої і середньої зон масиву ґрунту в нижню призводить до підвищення коефіцієнта фільтрації у верхніх зонах, і навпаки, зниженню коефіцієнта фільтрації в нижній зоні масиву ґрунту.

3. Дослідження радіальної фільтрації показали, що в навколодренній зоні в незв’язних ґрунтах під дією градієнта напору відбувається деформація ґрунту, у несуфозійних ґрунтах шляхом переорієнтування часток ґрунту, у суфозійних – переміщенням суфозійних часток по порах ґрунту.

4. Дослідження показали, що при роботі дрени в режимі осушення, зволоження і у циклічному режимі деформаційні процеси практично однозначні і, як наслідок, спостерігається рівність коефіцієнтів фільтрації при низхідній і висхідній фільтрації.

5. За результатами досліджень встановлене нижнє значення градієнта напору, при якому в ґрунті починаються деформаційні процеси, і верхнє критичне значення градієнта напору, при якому деформаційні процеси стабілізуються. У діапазоні між нижнім і верхнім критичним значеннями градієнтів напору відбуваються всі деформаційні процеси в ґрунті.

6. Дослідження показали, що критичні значення градієнтів напору, при яких починається переміщення суфозійних часток незначні і, що в природних умовах діючі градієнти напору біля дрени практично завжди будуть перевищувати критичні значення, отже, у навколодренній зоні завжди будуть спостерігатися деформації ґрунту, які будуть негативно впливати на процес фільтрації. Оскільки виключити появу внутрішньої суфозії в навколодренній зоні практично неможливо, необхідно передбачити заходи щодо ослаблення їх негативних наслідків на роботу дрени.

7. Дослідження розподілу градієнта напору в навколодренній зоні показали, що значення градієнта напору залежать від середнього діаметра часток скелета гранту, діаметра суфозійних часток, напору на дрені і не залежать від кількості суфозійних часток у ґрунті. При цьому для всіх скелетів ґрунту, що досліджувалися, діаметрів суфозійних часток, їхнього відсоткового вмісту і напорів на дрені, залежність градієнта напору від r/R носить універсальний характер.

8. Дослідження показали, що максимальні значення градієнта напору встановлюються в створі, що примикає до дрени. На відстані від дрени до створу r/R=0.30 відбувається інтенсивне зниження значень градієнта напору; при r/R0.35 зниження I із збільшенням r/R практично припиняється. Оскільки в діапазоні r/R від 0 до 0.35 у навколодренній зоні будуть відбуватися максимальні деформації ґрунту, необхідно передбачити заходи щодо зниження таких деформацій, які негативно впливають на роботу дрени.

9. Для послаблення негативних впливів на роботу дрени внаслідок деформації ґрунту у навколодренній зоні, необхідно по всьому периметру дрени зробити насип незв’язного ґрунту по типу зворотнього фільтру шаром 15-18см, чи захистити дрену об’ємним фільтром. При цьому гранулометричний склад ґрунту насипу чи об’ємний фільтр мають бути у співвідношенні з гранулометричним складом масиву ґрунту, у який вкладаються дрени.

10. Обробка результатів досліджень дозволила розробити математичну модель, що описує процес фільтрації з урахуванням деформацій ґрунту у навколодренній зоні і запропонувати залежності для фільтраційних розрахунків осушувально – зволожувальних систем.

11. Виконані дослідження на “еталонній” моделі дозволили розкрити складний процес внутрішньої суфозії ґрунту в навколодренній зоні і встановити вплив на суфозію різноманітних чинників: гранулометричного складу ґрунту; захисно – фільтруючого матеріалу, режиму роботи дрени. Надалі необхідно продовжити аналогічні дослідження з урахуванням різноманітних умов, що зустрічаються в природі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ.

По темі дисертації опубліковано 8 наукових праць. Основні результати викладені у наступних публікаціях:

- з них у фахових виданнях:

1.Дмитрієв Д.А., Іващенко А.П. Вплив фільтраційної міцності ґрунту в навколодренній зоні на роботу дренажної системи// Актуальні проблеми водного господарства: Зб. наук. статей.-Рівне: УДАВГ, 1997.-Т.1.-С.36-38.

2. Дмитрієв Д.А. Про вплив градієнта напору на коефіцієнт фільтрації незв’язніх ґрунтів// Вісник Укр.держ. акад. водн. госп-ва.-Рівне: УДАВГ, 1998.-Ч.2-С.23-27.

3. Дмитрієв Д.А. Вплив суфозійних деформацій у ґрунті на коефіцієнт фільтрації// Вісник Рівненського державного технічного університету.-Рівне: РДТУ,-1999.-Вип.2-Ч.1-С.132-135.

4. Хлапук М.М., Дмитрієв Д.А. Моделювання впливу градієнтів напору на фільтрацію із зволожувача в грунт// Гідромеліорація і гідротехнічне будівництво.-2000.-Вип.25.-С.92-103.

5. Дмитриев Д.А. К вопросу эффективности и надежности работы осушительно-увлажнительных дренажных систем// Гидравлика и гидротехника.-1999.-Вып.60.-С.81-86.

- інші статі та тези доповідей:

6.Іващенко А.П., Дмитрієв Д.А. Визначення коефіцієнту фільтрації ґрунту на напірній установці Дарсі// Зб. статей за матеріалами III наук.-техн. конференції професорсько – викладацького складу, аспірантів та студентів академії 24 березня – 16 квітня 1997р.-Рівне: УДАВГ, 1997.-Ч.II-С.33-35.

7. Дмитриев Д.А. Влияние деформаций несвязного грунта в придренной зоне на работу дренажной системы// Тр. Междунар. конф. “Пробле-мы мелиорации и водного хозяйства на современном этапе”.-Горки(Бела-русь).-1999.-Ч.2.-С.218-222.

8. Хлапук Н.Н., Дмитриев А.Ф., Дмитриев Д.А., Повышение эффективности и надежности осушительно – увлажнительных систем// Тр. Междунар. конф. “АКВАТЕРРА - 2000”.-Санкт –Петербург.-2000.-С.179-180.

АНОТАЦІЯ

Дмитрієв Д.А. Фільтраційні процеси в навколодренній зоні в незв’язних грунтах.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.16 – гідравліка та інженерна гідрологія (технічні науки).Рівненський державний технічний університет, Рівне. 2001р.

В дисертації приводяться експериментальні та теоретичні дослідження деформаційних процесів у несуфозійних і суфозійних незв’язних ґрунтах в навколодренній зоні при роботі дренажної системи в режимі осушення, підгрунтового зволоження й у циклічному режимі. Експериментально підтверджено, що деформації ґрунтів негативно впливають на фільтраційні процеси в навколодренній зоні. Запропоновано практичні рекомендації по розрахунку й експлуатації осушувально – зволожувальних систем.

Ключові слова: деформація, фільтрація, дрена, осушення, зволоження, цикл, грунт, суфозія.

АННОТАЦИЯ

Дмитриев Д.А. Фильтрационные процессы в придренной зоне в несвязных грунтах Рукопись.

Диссертация на соискание ученей степени кандидата технических наук по специальности 05.23.16 –гидравлика и инженерная гидрология (технические науки).- Ривненский государственный технический университет, Ривне. 2001г.

Объектом исследований являются суффозионные деформации грунтов в придренной зоне, предметом исследований – грунты различного гранулометрического состава, дренажные конструкции с разным защитно – фильтрующим материалом, режимы фильтрации(одномерная, радиальная), режимы работы дренажной системы(осушение, увлажнение, цикличный режим). Раскрыт механизм изменения коэффициента фильтрации вследствие деформаций грунта в придренной зоне, а также выявлено влияние гранулометрического состава грунта и защитно – фильтрующего материала на работу дренжа в режиме двустороннего действия. Установлен универсальный закон распределения градиента напора в придренной зоне. По результатам обработки экспериментальных исследований получены математические модели для осесимметричной и радиальной фильтрации, позволяющие устанавливать изменение градиентов напора в придренной зоне. На основании выполненных исследований разработаны практические рекомендации по проектированию и эксплуатации осушительно-увлажнительных систем. При изучении фильтрационных деформаций использовались методы экспериментальных и теоретических исследований фильтрационных сопротивлений в несуффозионных и суффозионных несвязных грунтах в придренной зоне при работе дренажа в режиме осушения и увлажнения , а также в цикличном режиме, при обработке полученных результатов – методы математической статистики. Сравнение полученных результатов с результатами, полученными другими авторами, подтверждает достоверность экспериментальных исследований.

В введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, дана общая характеристика работы.

В первом разделе на основании изучения проблемы влияния деформации грунта в придренной зоне на фильтрационные процессы сформулированы цель и задачи исследований.

Во втором разделе приводится описание экспериментальных установок, методика проведения экспериментов, обработка результатов исследований и проверка адекватности полученных зависимостей опытным данным.

В третьем разделе приводятся результаты исследований одномерной фильтрации, в несвязных несуффозионных и суффозионных грунтах, выполненных на напорной установке Дарси. По результатам исследований установлены коэффициенты фильтрационных сопротивлений, время стабилизации процесса фильтрации, распределение напора по массиву грунта и зависимости коэффициентов фильтрации от градиента напора и гранулометрического состава грунта.

В четвертом разделе представлены результаты исследований радиальной фильтрации в несвязных несуффозионных и суффозионных грунтах, выполненных в секторном лотке. По результатам экспериментов установлены время стабилизации процесса фильтрации, распределение напора по массиву грунта, коэффициенты фильтрации при работе дрены в режиме осушения, подпочвенного увлажнения и цикличном режиме. Исследования показали, что при цикличной работе дрены, уложенной в несуффозионных грунтах, процесс фильтрации носит затухающий характер и сопровождается значительным снижением величины коэффициента фильтрации. По результатам исследований, выполненных в суффозионных грунтах, установлено, что величины коэффициентов фильтрации при режиме увлажнения равны значениям k в режиме осушения, и наоборот, значения k, соответствующие режиму осушенная (верхняя зона грунта), практически равны значениям k, соответствующим режиму увлажнения (нижняя зона грунта). Такое зеркальное отображение значений k объясняется тем, что условия проведения опытов и граничные условия были идентичными.

В пятом разделе излагаются результаты исследований распределения градиента напора в придренной зоне. По результатам исследований установлены численные значения верхнего и нижнего критических градиентов напора, при которых начинается внутренняя суффозия грунта и при которых процесс фильтрации стабилизируется. В диапазоне между нижним и верхним критическими градиентами напора происходят основные деформационные изменения в грунте, влияющие на процесс фильтрации. Установлен универсальный закон распределения градиента напора в зависимости от удаления от дрены, дана его математическая интерпретация. По результатам исследований предложены практические рекомендации по расчету и эксплуатации осушительно-увлажнительных систем, с учетом деформаций грунта в придренной зоне.

Ключевые слова: деформация, фильтрация, дрена, осушение, увлажнение, цикл, грунт, суффозия.

ANNOTATION

Dmitriev D.A. Filtration process in neardrain zone in inconsistent soils.- Manuscript.

Dissertation for scientific degree of candidate of technical sciences in speciality 05.23.16 – hydraulics and engineering hydrology,- State Technical University of the city Rivne, 2001.

Dissertation contain experimental and theoretical researches of deformation process in untransference and transference inconsistent soils round drains are resulted at work of drainage system in a mode of drainage, humidifying and cycle mode. Experimentally is confirmed, that soil deformations render negative influ-

ence on filtration process in neardrain zone. The practical recommendations for account and operation of drainage – moisten systems are offered.

Key words: deformation, drain, drainage, humidifying, cycle, soil, suffusion.