Диссертация (Повышение водообеспеченности сельскохозяйственных объектов на основе превентивных мероприятий, обеспечивающих устойчивость низконапорных грунтовых плотин центральной Якутии), страница 9

В основном преобладает шлировая линзовидная криогеннаятекстура. В интервале 8,8-10,1 м примерно такая же темно-серая супесь, но вотличие верхних горизонтов, заторфованный с запахом сероводорода. Результатылабораторных определений состава и влажности грунтов показаны в таб. 3.6.Таблица 3.6 – Результаты определения влажности грунтов скважины С-3КВлажность, %Плотность, г/см3Супесь лѐгкая пылеватая202,33,0Супесь лѐгкая пылеватая252,334,0Песок пылеватый252,346,3Песок пылеватый461,957,5Песок пылеватый412,068,4Песок пылеватый242,5710,0Песок пылеватый502,0№Глубина, м12,02Грунты65Геотермическиеусловия.Как известно,плотина—это открытаятермодинамическая система, в которой температурный режим меняется современем в результате взаимодействия последней с приземным слоем воздуха,водохранилищем и подстилающими многолетнемерзлыми породами.

В этомаспекте в плотине выделяются несколько областей, различающихся характеромвзаимодействия с окружающей средой.Наиболее высокие среднегодовые температуры, близкие к температуреводы в водохранилище (4-5 С), имеют породы верховой пригрузки. В породахнизового клина в результате взаимодействия с приземным слоем воздухасоздаются благоприятные условия для образования многолетнемерзлых пород,температуракоторых,по-видимому,будетпостепенноприближатьсяктемпературе характерной для рассматриваемого района [96].В тонкодисперсных породах, характеризующихся слабой проницаемостью восновном действует конвективный теплоперенос, а влияние молекулярнойтеплопроводности, перенос тепла путем фильтрации воды, инфильтрациейатмосферных осадков, а также свободная межпоровая конвекция воздухаминимальны.Из-заэтого,процессыфазовыхпревращенийводывовнутрипоровом пространстве минимальны, в результате которых существенныхизменений прочности и проницаемости пород оснований и тел плотин,сооруженных в тонкодисперсных породах, практически не бывает.

В этом изаключается долговременная устойчивость низконапорных насыпных плотинЦентральной Якутии.Температураповерхностиоткосаплотинывследствиебольшоготермического сопротивления пород чаще близка к температуре воды вводохранилище. Диапазон изменения температуры воды в течение годасравнительно невелик. На глубинах, превышающих 10-15 м, она изменяется впределах 2,5-10 С, а среднегодовая составляет 4,2 С [27].В пределах плотины гидроузла Куогалы измерение температуры грунтов вдвух скважинах (С-1К и С-2К) были произведены на 2-й и 3-й день после бурения.Хотя температура в скважинах была отрицательной, необходимо иметь ввиду, что66температурный режим скважин был еще не восстановлен, вследствие чеготемпературные наблюдения проводились 1 октября 2016 г., т.е. через месяц.Анализ полученных результатов показывает, что на момент измеренийплотина находилась в мерзлом состоянии, но имеет температуру весьма высокую.Температура пород на глубине 10 м, т.е.

почти на подошве годовых нулевыхамплитуд, равнялась минус 0,8 С (рис. 3.11).Глубина сезонно-талого слоя изменялась от 2,5 м (по краям) до 3,8 м(центральная часть). Причем наибольшая глубина фиксируется на участкеуровневого автоводосброса (рис. 3.12).Таким образом, геокриологическое изучение гидроузла Куогалы показало,что ее основанием служат отложения ледового комплекса. Сама плотинасооружена примерно такими же отложениями и имеет высоту 2-4 м.Преобладающаякриогеннаятекстурашлироваяили массивная.Средняяльдистость пород 20-25 %.

По классификации грунтовых плотин, сооруженных взоне распространения мерзлых грунтов, плотину гидроузла Куогалы можноотнести к плотинам средней льдистости [10]. Буровыми работами установлено,что отложения ледового комплекса содержат повторно-жильные льды (ПЖЛ)мощностью 6-8 м. Верхняя поверхность льда залегает примерно в 1,5-2,0 м нижекоренного ложа плотины.

Отличительной особенностью структуры ПЖЛ являетсято, что в некоторых горизонтах они имеют чисто сублимационное происхождение(зернистую структуру).Показатели глубины сезонного оттаивания и температуры грунтовоснования в 2006-м и 2016-м годах позволяют сделать вывод о снижениипервоначальныхтермовлажностныххарактеристик,предусмотренныхприпроектировании плотины с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии(табл.

3.7).67Таблица 3.7 – Показатели плотины Куогалы в районе скв. С-1КПоказатели2006 г.2016 г.2,73,0Температура грунтов на глубине 10 м, ˚С– 3,2– 0,8Среднегодовая сумма осадков, мм273293-10,2-9,2Глубина сезонного оттаивания, мСреднегодовая температура воздуха, СПроведенные исследования показывают, что просадка дна уровневогоавтоводосбросапроисходитневследствиеэрозионнойпереработкиднаавтоводосброса, а вследствие его термокарстовой просадки, из-за оттаиванияподстилающего ледяного тела. При этом необходимо учесть, что отложенияледового комплекса основания плотины содержат повторно-жильные льды, атакже относительно высокую температуру грунтов основания от плюс 2,0 ˚С доминус 0,8 ˚С.

При повышении температуры выше минус 1,0 ˚С [77] грунты даннойтерритории переходят из мерзлого в талое состояние, увеличивается содержаниенезамѐрзшей воды [61], происходит оттаивание повторно жильных льдов,снижающее несущую способность мерзлых грунтов основания плотины,вследствие чего происходит осадка основания сооружения, так как наибольшейосадкой при оттаивании обладают мерзлые грунты с содержанием ледяныхпрослоек.

В наших исследованиях грунты основания плотины характеризуютсятемпературой, определяющей их переход из мерзлого в талое состояние.Как известно на сопротивление мерзлых грунтов сдвигу влияют род грунта,его температура, внешнее давление и продолжительность действия нагрузки. Принаших исследованиях грунты основания плотины представлены с температурой,переходящей из мерзлого в талое состояние, которое отрицательно влияет нанесущую способность грунтов с включением повторно-жильных льдов припостоянномтепловомвоздействииснесоразмерногопообъемамводопотребления водохранилища. Важной характеристикой мерзлых грунтов,используемых в качестве оснований сооружений, является сопротивление грунтанормальному давлению.

Предельно длительное значение этого сопротивленияпринимают за нормативную величину сопротивления грунта нормальному68давлению Rн и используют для оценки несущей способности мерзлых грунтовыхоснований. Значение Rн для основных разновидностей грунтов определяется потаб.

6 [78]. При этом, значение Rн для супеси, при повышении температурыгрунтов идут в сторону уменьшения и при максимальной температуре грунтовминус 0,5 ˚С имеют предельное значение 5 кг/см2.Результаты геокриологических исследований грунтов основания плотиныКуогалы показывают, что за последние 10 лет глубина сезонного оттаиванияувеличилась на 0,3 м, при этом, температура грунтов на глубине 10 м увеличиласьна 2,4 ˚С (таб. 3.7), что отрицательно влияет на несущую способность основанияплотины.

Указанные явления вызваны потеплением климата за последние 30 летна 2,5 ˚С в ст. Чурапча (рис. 2.3), что повлекло увеличение среднегодовой суммыатмосферных осадков на 75 мм (рис. 2.5), а также несоразмерный по нормамводопотребленияобъемводохранилища,отрицательновлияющийнатемпературный режим основания и тела плотины. Все характеристики состоянияплотины не отвечают нормам безопасной эксплуатации. Происходящие процессыдеградации пород тела и основания плотины требуют разработки эффективныхпревентивных мероприятий по повышению устойчивости сооружений.69Рисунок 3.11 – Температура многолетнемерзлых горных пород в плотине гидроузла Куогалы28 августа (синий) и 30 сентября (красный) 2016 г.7012-0,43С-1К45Рисунок 3.12 – Температурное поле плотины гидроузла Куогалы.

Август 2016 г.1 – многолетнемерзлые грунты; 2 – повторно-жильный лед; 3 – температура грунтов; 4 – скважина;5 – замораживающая установка713.2. Исследование геокриологических условийгидроузла Матта Горного районаОбъектом исследования является грунтовая насыпная водоподпорнаяплотина водохранилища Матта, построенная в 1991 году. Водохранилище Маттапредназначено для обеспечения технической водой села Бердигестях Горногорайона (рис. 3.13). Водоисточником является речка Матта, расположенная наЛено-Вилюйском междуречье. Тип питания смешанный - 60-70 % составляютталые воды, остальное – дождевые.Плотина характеризуется следующими параметрами: длина - 770,0 м,ширина по гребню - 9,0 м, высота - 11,0 м.

Отметка НПУ- 214,0 м, - откосы - 1:2,объем воды в водохранилище - 3,47 млн м3. На плотине сооружен трубчатыйводовыпуск из 16-ти металлических труб, диаметром 1420 мм и сифонныйавтоводосброс из 6-ти металлических труб, диаметром 319 мм. Для содержанияплотины в мерзлом состоянииоборудованы 18 жидкостно-замораживающихустановок шагом через 2 м, глубиной до 14 м. Ледозащитное сооружение, длиной90 м предназначено для воспрепятствования давления льда и задержаниякрупногабаритныхпредметов.ГидроузелМаттаIIIкласса,являетсягосударственной собственностью Республики Саха (Якутия), находится воперативномуправленииГБУ«Управлениепомелиорацииземельисельскохозяйственному водоснабжению» Министерства сельского хозяйстваРеспублики Саха (Якутия).72Рисунок 3.13 – Гидроузел Матта с.

Бердигестях во время весеннего половодьяС августа по октябрь 2016 года на гидроузле «Матта» проведены детальныегеокриологические исследования. Для изучения состава отложений, слагающихложе плотины, а также дляустановления зоны фильтрации воды изводохранилища, пробурены 4 скважины глубиной до 12 м с применениеманалогичной методики температурных наблюдений, использовавшейсянагидроузле Куогалы Чурапчинского района.Результаты буровых работ (таб. 3.8 и 3.9) показали, что сама плотинасложена темно-серой пылеватой супесью, а ложе плотины (начиная с глубины4,5-5,0 м) светло-серым разнозернистым песками с прослоями светло-серогоалеврита. Ближе к правому борту долины наблюдается фильтрация воды состороны водохранилища.Таблица 3.8 – Криолитологическое описание грунтов в скважины С-1М№Глубина, м10,0-0,720,7-3,5Описание грунтовДеятельный слой.