Диссертация (Экспериментальное обоснование использования геоматов с полимерным вяжущим)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРТСВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –МСХА ИМЕНИ К.А. ТИМИРЯЗЕВАНа правах рукописиЕРЕМЕЕВ АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯГЕОМАТОВ С ПОЛИМЕРНЫМ ВЯЖУЩИМСпециальность: 05.23.07 – Гидротехническое строительствоДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорХанов Нартмир ВладимировичМосква – 20192ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 4ГЛАВА 1.

ОБЗОР КРЕПЛЕНИЙ И СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ,ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТКОСОВ ВГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ............................................. 101.1. Водная эрозия и её воздействие на сооружения ...................................... 101.2. Защитные облицовки откосов.................................................................... 131.3. Противоэрозионное крепление откоса из геомата, заполненногощебнем и битум-полимерным вяжущим ......................................................... 281.4. Подбор оптимальной пропорции битум-полимерного вяжущего ищебня в структуре геомата................................................................................ 341.5.

Выводы по первой главе ............................................................................ 40ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК.ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯЭКСПЕРИМЕНТА И ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ .............................................. 432.1. Цели и особенности проведения эксперимента ....................................... 432.2.

Описание экспериментальных установок ................................................ 462.3. Измерительные приборы и вспомогательное оборудование ................. 562.4. Оценка точности измерений ...................................................................... 612.5. Методика проведения экспериментов ...................................................... 672.6.

Выводы по второй главе ............................................................................. 73ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙГЕОМАТА С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ЩЕБНЯ И БИТУМ-ПОЛИМЕРА 753.1. Существующая методика и основные расчётные формулы при расчётегидротехнических каналов при равномерном установившемся движении . 753.2. Методика расчёта коэффициента шероховатости "n"............................. 783.3. Методика расчёта экспериментальных данных кинематики потока..... 793.4.

Экспериментальные данные, полученные после замеров дляопределения коэффициента шероховатости "n" ............................................. 833.5. Результаты вычислений значений коэффициента шероховатости "n" . 913.6. Результаты вычислений расчётных значений коэффициенташероховатости "n".............................................................................................. 9333.7. Исследование пульсационных характеристик потока и их влияние наустойчивость покрытия ................................................................................... 1003.8. Тарировка датчиков ..................................................................................

1033.9. Результаты тарировки датчика измерения пульсационныххарактеристик ................................................................................................... 1043.10. Результаты исследования пульсационных характеристик ................. 1053.11. Выводы по третьей главе ....................................................................... 108ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХХАРАКТЕРИСТИК И ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕНИЯ ГЕОМАТА, СЗАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ЩЕБНЯ И БИТУМ-ПОЛИМЕРА .......................

1104.1. Исследование фильтрационных характеристик материала .................. 1104.2. Методика расчёта коэффициента фильтрации ...................................... 1114.3. Экспериментальные данные, полученные после замеров дляопределения коэффициента фильтрации ....................................................... 1134.4. Результаты расчёта коэффициента фильтрации .................................... 1184.5.

Определение сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата сгрунтом основания ........................................................................................... 1214.6. Определение сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата спесчаным грунтом в насыщенном водой состоянии .................................... 1244.7. Определение весовой влажности песчаного грунта ..............................

1264.8. Определение сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата спесчаным грунтом в насыщенном водой состоянии .................................... 1274.9. Результаты обработки экспериментальных данных по сопротивлениюсдвигу по песчаному грунту в насыщенном и ненасыщенном водойсостоянии ..........................................................................................................

1294.10. Результаты расчёта коэффициента трения ........................................... 1314.11. Выводы по четвёртой главе ................................................................... 134ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................

136СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................... 141ПРИЛОЖЕНИЯ ................................................................................................ 1554ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследований. Воздействие водной эрозии нагидротехнические сооружения может приводить к негативным последствиям,вследствие чего происходят размывы и разрушения этих сооружений. Дляпредотвращения таких последствий важно правильно подобрать защитныйпротивоэрозионный материал и конструкцию крепления откоса.Проблема защиты гидротехнических сооружений от водной эрозии немогла 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 количествопротивоэрозионных материалов и конструкций, на практике бывают случаиприменения не правильных технических решений, влекущих за собойнегативные воздействия на сооружения, такие как разрушения и аварии.В настоящее время существует большое количество противоэрозионныхматериалов, однако с развитием технологий появились современныегеосинтетические материалы, по своим свойствам и характеристикам неуступающиеустаревшимматериалам.Современныегеосинтетическиематериалы являются наиболее экологичными, экономичными и простыми вприменении при производстве работ.

Одним из таких материалов являетсягеомат, заполненный щебнем и битумным вяжущим, однако недостаткомданногопокрытияявляетсябольшоетрещинообразование,котороепроисходит не только в процессе эксплуатации, но и при транспортировке ихраненииданногопокрытия.Дляустраненияданныхнедостатковпредлагается использовать усовершенствование покрытия, состоящее изгеомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим.5В современной нормативной базе достаточно много исследованийгеосинтетических покрытий, но для использования в гидротехническомстроительстве нового противоэрозионного материала – геомата, заполненногощебнемибитум-полимернымвяжущим,необходимопроведениекомплексных исследований данного защитного покрытия.Степень разработанности темы исследований.

В диссертациипроанализировано явление процесса водной эрозии, последствия воздействияводной эрозии на гидротехнические сооружения. Рассмотрены различныевиды крепления откосов, представлены результаты исследования подобныхгеосинтетических покрытий.В процессе изучения и теоретического обзора научной литературы ипубликацийбыливыявленыдостоинстваипреимуществаданногопротивоэрозионного покрытия, и необходимость выполнения комплексныхлабораторныхисследованийдляизученияхарактеристикгеомата,заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим, с целью обоснованияего применения.Объект исследований. Объектом исследования являлся новыйпротивоэрозионный материал – геомат, заполненный щебнем и битумполимерным вяжущим.Цель исследований. Целью исследований стало применение методикигидравлическогозаполненногорасчётащебнемидляобоснованиябитум-полимернымиспользованиявяжущим,вгеомата,качествепротивоэрозионного защитного покрытия.Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимовыполнить задачи:- путём визуальных наблюдений определить особенности работыгеомата, заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим, какпротивоэрозионного защитного покрытия;- изучить гидравлические характеристики защитного покрытия,определить коэффициент шероховатости ;6- изучить влияние воздействия пульсаций давления потока наустойчивость исследуемого материала;- изучить фильтрационные характеристики защитного покрытия,определить коэффициента фильтрации ;- изучить сопротивления сдвигу по контакту подошвы геомата сгрунтовым основанием, определить коэффициент трения тр ;-датьрекомендациидляэксплуатирующихорганизацийпоиспользованию в гидротехническом строительстве противоэрозионногозащитного покрытия из геомата, заполненного щебнем и битум-полимернымвяжущим.Научная новизна работы.

Впервые по результатам лабораторныхисследований противоэрозионного покрытия было получено следующее:- визуально изучена работа геомата, заполненного щебнем и битумполимерным вяжущим, как противоэрозионного защитного покрытия;- изучены гидравлические характеристики и расчётные параметрыисследуемого покрытия;-рассчитанкоэффициентшероховатостидлябесшовногопротивоэрозионного покрытия при разных расходах и уклонах;- изучены пульсационные характеристики, возникающие в следствиивоздействия пульсаций давления потока на исследуемый материал при разныхрасходах;- изучены фильтрационные характеристики материала при напорной исвободной фильтрации и получен коэффициент фильтрации ;- изучены сдвиговые характеристики материала на песчаном грунте внасыщенном и ненасыщенном водой состоянии, получены коэффициентытрения тр ;-данызаполненногорекомендациищебнемидлядальнейшегобитум-полимернымпротивоэрозионного защитного покрытия.применениявяжущимвгеомата,качестве7Теоретическая и практическая значимость работы.