Размер шрифта: A A
Цвет сайта: A A

Научно-исследовательская деятельность

Кафедра гидротехнических сооружений специализируется на исследованиях напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтовых и бетонных плотин, фильтрации в основании и в обход сооружений, безопасности плотин.

Все исследования выполняются в трехмерной постановке (если необходимо или для сравнения – в двумерной постановке, а также для контроля правильности расчетов или получения экспрессрезультатов) а также для определения НДС с учетом сейсмических сил.

Все исследования плотин выполняются с учетом поэтапности возведения (графика строительства). Именно учет поэтапности возведения впервые (возможно и в мире) был выполнен на кафедре гидротехнических сооружений применительно к грунтовым, а затем и бетонным плотинам.

Исследования грунтовых плотин выполняются с учетом нелинейных свойств грунтов. Энергетическая модель грунта впервые нами опубликована в 1978 году, а затем развитая для учета ползучести грунтов тела и основания плотины, исследований в трехмерной постановке, учете в трехмерной постановке сейсмических сил, устойчивости плотины во времени, оценке деформаций во времени, порового давления, осадок, вызванных консолидацией грунта ядра (экрана) и т.д.

Сопоставление прогнозов осадок Нурекской, Чарвакской плотин с данными натурных наблюдений, выполненных в период строительства и эксплуатации, показали очень хорошее совпадение прогнозов и наблюдений. Такие совпадения относятся и к осадкам склона Загорской ГАЭС-1, и к прогнозам дальнейших осадок.

Оценка устойчивости грунтовых плотин от действия сейсмических сил осуществляется по второму предельному состоянию, т.е. по допустимым остаточным перемещениям.

В случае исследования НДС каменных плотин, т.е. с негрунтовыми противофильтрационными устройствами: экраны, диафрагмы и т.д., используются конечные элементы повышенной точности (до 32 узлов в элементе) как имело место при расчете НДС Богучанской плотины с асфальтобетонной диафрагмой.

Вообще на кафедре отошли от использования простых элементов типа треугольника (плоская задача) или тетраэдр (трехмерная задача).

Необходимо добавить, что на кафедре накоплен большой опыт исследований грунтов в сложно напряженном состоянии (различные приборы трехосного сжатия) а также исследованы различные асфальтобетоны в приборах трехосного сжатия и построены соответствующие номограммы для оценки деформативных и прочностных свойств.

Оценка порового давления производится по методике А.А. Ничипоровича, получившая признание за счет отличного совпадения прогнозов и натурных наблюдений на Чарвакской плотине высотой 168 м.

По рассеиванию порового давления оцениваются (рассчитываются) осадки, вызванные консолидацией грунта.

В настоящее время необходимо исследовать поровое давление в верховой упорной призме каменно-земляной плотины от действия сейсмических сил.

Сейсмические силы оцениваются по динамической теории – теории колебаний. Естественно, что проведенные разработки позволяют исследовать работоспособность плотины и по квазидинамической теории.

Решение НДС бетонных плотин выполняются на основе линейной теории (упругости) с учетом возможного трещинообразования, что, в общем, делает теорию нелинейной.

Для оценки развития трещинообразования в теле бетонной плотины и скальном основании используется механика разрушения, разработанная на кафедре в начале 80-х годов. В начале 90-х годов механика разрушения была использована при исследованиях Братской плотины.

Кафедра традиционно развила исследования температурного состояния плотин при строительстве и эксплуатации всех типов бетонных плотин и все это в трехмерной постановке.

При учете сейсмических сил изучается не только влияние трехмерности акселерограммы, но и угол подхода сейсмической волны к сооружениям, что особенно важно в случае арочных и контрфорсных плотин, а также при известном положении очага землетрясения.

Фильтрация в теле плотины, в скальном основании и в обход сооружения проводится по новой, разработанной на кафедре методике. Движение воды рассматривается в двойной среде: в фильтрующей области по обычным уравнениям движения воды и по трещинам, если они не заполнены грунтом и в берегах трещины тоже сильно трещиноватых.

Эта методика оценки фильтрации воды в скальном основании дает намного более соответствующие натурным данным результаты.

Исследования фильтрации на кафедре выполняются в трехмерной постановке, что существенно уточняет результаты решения. Особенно в узких створах. К примеру, прогноз фильтрации в створе Сангтудинского гидроузла был 5,8 м3/с. Сейчас идет около 6 м3/с.

В случае взрывонабросных плотин кафедра решает задачи нелинейной фильтрации, когда вместо закона Дарси используется физическое уравнение Смрекера.

Все это разработки кафедры гидротехнических сооружений.

Следует иметь в виду, что кафедра умеет рассчитывать фильтрацию с учетом изменения размеров трещин при строительстве плотин за счет изменения напряженно-деформированного состояния основания, а в случае грунтовых плотин за счет изменения пористости противофильтрационных устройств при уплотнении от действия напряженно-деформированного состояния (НДС).

Безопасность плотин сопряжена с натурными наблюдениями и анализом НДС, устойчивости плотин и других сооружений. Кроме того, с созданием мониторинга для оценки состояния сооружений гидроузла. Все эти вопросы находятся в компетенции кафедры.

Стоимость работ зависит от объема исследований конкретного гидроузла. В настоящее время кафедра работает над вопросами учета возникновения порового давления в верховой упорной призме из крупнообломочного грунта, в уточненной методике определения остаточных перемещений в плотине при прохождении сейсмических волн различной интенсивности, в совершенствовании расчетных методов решения задач с целью сокращения времени счета и повышения точности решения, и т.д.