ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ПЛОТИН ВОДОХРАНИЛИЩ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы экспериментального определения величин осадков и методы математического моделирования вычисления нивелиров на примере Акдарьинского водохранилища. Приведены результаты исследований и сравнительный анализ за 20 летний срок наблюдений.

ABSTRACT

The article deals with the issues of experimental determination of precipitation values and methods of mathematical modeling of the calculation of levels on the example of the Akdarya reservoir. The results of studies and comparative analysis for 20 years of observations are presented.

Ключевые слова: водохранилище, плотина, дамба, дренаж, гидроузел, нивелир, осадок, безопасность, надежность.

Keywords: reservoir, dam, dam, drainage, hydro unit, level, sediment, safety, reliability.

Акдарьинское водохранилище расположено в Каттакурганском районе Самаркандской области в 15 км СЗ районного центра Иштыхан, вблизи селения Кокча. В состав сооружений гидроузла входят: плотина, дамбы, водовыпуск, катастрофический сброс и дренаж. Плотина – земляная, выполнена из галечникового грунта с наклонным ядром из суглинка. Крепление верхового откоса железобетонными плитами толщиной 25 см. Наибольшая высота 20 м, с отметкой гребня 498,0 и длиной 930 м.

Дамбы - левобережная дамба из суглинка с креплением откосов галечником и железобетонной облицовкой на верховом откосе. Протяженность 6400 м, наибольшей высотой – 7 м; правобережная из суглинка с креплением откосов галечником и железобетонной облицовкой на верховом откосе. Длина – 530 м.

Водовыпуск – башенный с двухочковой отводящей трубой в теле плотины, совмещенный с шахтой катастрофического водосброса. Общая длина 113 м. Расчетный расход 75 м3/с.

Катастрофический сброс – шахтного типа совмещен с водовыпуском. Пропускная способность 173 м³/с. Дренаж – закрытый трубчатый, две нитки.

Строительство водохранилища завершено в 1989г.

1. Наблюдения за осадками плотины

Контрольно-измерительная аппаратура (КИА): Для наблюдений за осадками гребня плотины и бермы нижнего бьефа в 2000 году была произведена закладка КИА.

Высотной основой для наблюдений являются два куста фундаментальных реперов левобережный и правобережный, расположенные за пределами зоны высотных деформаций. Исследования вертикальной деформации плотины проводились на опорных конструкциях, отметках фундаментов, отметках на земле и отметках на бетонных поверхностях.

Исследования вертикальной деформации плотины проводились на контрольно створных знаках, фундаментальных реперах, грунтово-высотных знаках и отметках на бетонных поверхностях. Схемы расположения КИА представлены на рисунках – 1.

Рисунок 1. Схема расположения контрольных высотных знаков, фундаментальных реперов и ходов гидротехнического нивелирования

Фундаментальные реперы и контрольные высотные марки на гребне плотины и берме сохранены.

Конструкция всех заложенных знаков приведена на рисунках в техническом отчете нулевого и данного цикла наблюдений.

Схемы расположения КИА представлены на рисунках – 1.

Выполненные исследования и поверки реек GSS111 №741882/1 и №741882/2 приведены в таблице №.1.

Таблица 1.

Исследования и поверки реек GSS111 №741882/1 и №741882/2

По результатам компарирования рейки признаны годными для производства инженерно-геодезических работ.

2. Методика нивелирования, точность

На объекте выполнено нивелирование II и III классов. Нивелирование II класса выполнено между кустами фундаментальных реперов левобережным и правобережным в прямом и обратном направлении по контрольным маркам гребня плотины (м.5, м.6, м.7 и м.8 и рабочий репер №1682), правобережный куст реперов (фундаментальных реперов № Башни, №04 и №05) и правобережный куст реперов (фундаментальных реперов №01 и №02), по контрольным маркам бермы нижнего бьефа на отметке 488,0м. (м.2.1, м.3-1 и м.4-1). Схема нивелирования приведена на рисунке № 1.

Нивелированием II класса определены превышения между реперами в кустах в прямом и обратном направлении.

Характеристика результатов нивелирования II класса между фундаментальными реперами приведена в таблице № 2.

Таблица 2.

Характеристика результатов нивелирования II класса между фундаментальными реперами

Допустимая разность превышений прямого и обратного ходов в нивелировании II класса подсчитана по формуле:

                                                                                       (1)

где  n –число штативов в ходе одного направления.

В нивелировании II класса значение средней квадратической ошибки одного штатива (m_ст) подсчитано по формуле:  

                                                                    (2)

где: d - разность превышений, измеренных на станции по основной и дополнительной шкалам рейки.

 n - число разностей.

Средняя квадратическая погрешность слабой марки в середине хода (марка 2-1, на берме плотины), занивелированной II  классом будет  равна:

                                                                                    (3)

где: n - число штативов в ходе от рп.01 до высотной марки 2-1, равно 11;

 - ср. кв. погрешность одного штатива из  нивелирования  II класса, равна ±0,18 мм (таблица №2).

=±0,6 мм

Нивелирование III класса выполнено по контрольным маркам в нижнем бьефе (висячий ход от м.4-1:м.5-1, м,6-1 и м.7-1), по контрольным маркам гребня плотины (замкнутый ход от рабочего репера №1682: м.0, м.1, м.2, м.3 и м.4) и по маркам башни водовыпуска (замкнутый ход от рабочего репера №1682: марки 101, 102, 103 и 104 новый (в связи с исчезновением марки 104 усстановлена новая ​​и названа м.104 новый) от рабочего репера и марок, занивелированных II классом.

Ниже приводится характеристика ходов из нивелирования III класса.

Таблица 3.

Характеристика ходов из нивелирования III класса

Невязка хода в нивелировании III класса подсчитана по формуле:

                                                                                             (4)

где: n - число штативов.

Средняя квадратическая ошибка на станции подсчитана по формуле:

                                                                                 (5)

где: d - разность превышений, измеренных по основной и дополнительной

шкалам,

n - число разностей.

Средняя квадратическая погрешность слабой марки в середине хода (м.1 на гребне плотины), занивелированной III классом, с учетом ошибки  II класса, будет равна:

                                                                          (6)

где: m₁ - ср. кв. погрешность слабой марки из нивелирования II класса, равна ±0,6 мм,

m₂ - то же, III класса,  м.1 на гребне плотины.

Погрешность высотной марки в слабом месте из нивелирования III класса (ход на гребне плотины  будет равна:

                                                                                         (7)

где: m - ср. кв. погрешность одного штатива из нивелирования III класса, равна ±0,27 мм (таблица №3) .

n – число штативов, равно 5 (таблица №3) .

Исходя из полученных данных погрешности из нивелирования II и III классов, общая погрешность будет равна:

m=±0,85 мм

А средняя квадратическая погрешность осадки слабой марки будет равна:

                                                     (8)

=1,2

                                              (9) 

=2,4

На основании РСТ Уз.843-97 допустимая погрешность измерения вертикальных деформаций зданий и сооружений 4 класса точности составляет ±10 мм, что удовлетворяет техническим требованиям.

3. Опорная высотная основа

Высотной основой  на объекте является два куста фундаментальных реперов: правобережный куст состоит из  двух  фундаментальных  реперов (01 и 02), левобережный из фундаментальных реперов 04 и 05 и Башня.

Для определения состояния высотной основы и анализа в  последующих циклах в таблице №4 приведены данные превышений между реперами.

Таблица 4.

Данные превышений между реперами

Из данных нивелирования последнего цикла видно, что репер 01 неустойчив.

Для подсчета осадочных процессов приняты отметки фундаментальных реперов: Ф.рп. Башня – 490,4786 м, Ф.рп.02 – 500,9490 м.

Для наглядности деформационных процессов приведены графики вертикальных перемещений по гребню плотины и берме нижнего бьефа на отметке 488,0 м, которые представлены на рисунках № 2 и 3.

Рисунок 2. График вертикальных перемещений гребня плотины

Рисунок 3. График вертикальных перемещений бермы на отметке 488,0 м. Нижний бьеф

Заключение

По полученным данным измерений четырёх циклов (V.2002 г,  IV.2005 г, II.2018 г. и X.2022 г) следует:

• по результатам первого цикла наибольший показатель осадков в гребне плотины составил 8 мм в 4-й, 5-й, 6-й марках, 7 мм в 3-й марке и 6 мм в 7-й марке. По результатам 3-го цикла наибольшая осадка наблюдалась в 1-й марки и составила 23 мм. В 6-й марке 10 мм, а в 5-й марке 8 мм. В текущем цикле наибольшее осадки составило 4 мм (2021-2022 гг) в марке 1 (около 1 мм в год) и 3 мм в марке 6 (около 0,75 мм в год). По результатам всех периодов измерений (за 22 года) наибольшие осадки составили 32 мм в марке 1 (около 1,45 мм в год), 30 мм в марке 6 (около1,36 мм в год), 25 мм в марке 5, наименьшая осадка 10 мм в марке 8 и 16 мм в марке 2.
• по результатам первого цикла наибольшие показатели осадки в нижней берме плотины на отметке 488 м составили 6 мм на марке 4-1 на ПК4+00 и 6-1 на ПК6+00, 5 мм в марке 7-1 в ПК7+00. По результатам 3-го цикла наибольшие осадки составили 28 мм на марке 2-1 в ПК2+00 и 15 мм на марке 5-1 в ПК5+00. По результатам текущего цикла наибольшие осадки составили 4 мм (около 1 мм в год) на марке 2-1 на ПК2+00, 3 мм на марке 5-1 на ПК5+00 (около 0,75 мм в год). год) и составляет 2 мм (около 0,5 мм в год) на марке 4-1 в ПК4+00. По результатам всех периодов измерений (за 22 года) наибольшие осадки составили 45 мм (около  2,05 мм в год) на марке 2-1, 26 мм на марке 5-1 (около 1,2 мм в год), на марке  4-1 составляет 17 мм (около 0,77 мм в год).
• по результатам третьего цикла наибольшая осадка наносов в башне водовыпуска наблюдалась на 101-й марке, которая составила 18 мм (в среднем 1 мм в год). По итогам текущего цикла наибольшее осадки наблюдалось у 101-й марки, то есть 3 мм. В остальных 102 и 103 марках она составляет 1 мм (около 0,25 мм в год). Марка 104 новая была установлена, так как старая марка исчезла. По результатам всех периодов измерений (за 22 года) наибольшие осадки составили 46 мм (около 2,1 мм в год) на марке 101, 19 мм (около 0,9 мм в год) на марке 102 и 24 мм (около 0,9 мм в год), в марке 103 составляет 24 мм (около 1,1 мм в год).

Среднемноголетняя осадка в башне водовыпуска колеблется от 0,9 мм до 2,1 мм.Осадка в норме.

Список литературы:

1. И.Махмудов, Ж.Нарзиев, Б.Улуғбеков, Ш.Устемиров. Технический отчет о натурных наблюдениях топографо-геодезическими методами за   деформациями плотины Акдарьинского водохранилища 4-ий цикл. - Тошкент, 2022 г. С. 28.
2. Ж.Ж.Нарзиев. Совершенствование гидравлических методов  расчета параметров надежности грунтовых плотин водохранилищ. Автореферат диссертации доктора философии (Phd) по техническим наукам. - Тошкент, 2022 г. С. 44.
3. Makhmudov Ilkhom, Narziev Jasurbek, Uktam  Jovliev, Ulugbekov Bobur, Odiljon Sayliev, Shoxrux Ustemirov, Davlat Nematov. “Hydraulic model of non-stationary filtration of an earth dark body". Journal of Engineering and Technology (JET) ISSN(P):2250-2394/ http://www.tjprc.org/view-archives.php?keyword=&from_date=&to_date=&id=6&jtype=1&journal=6&page=2. (05.00.00; №31).
4. Narziev J.J., Maxmudov I.E., Paluanov D.T., Ernazarov A.I. Assessment of Probability Reliability of Hydro technical Structures during Operation Period. International Journal of Innovative Analyses and Emerging Technology.  https://openaccessjournals-eu.translate.goog/index.php/ijiaet/article/view/949 Том. 2 № 1 (2022), (2792-4025). Impact Factor: 7.225.