Моделирование устойчивости ограждающих сооружений золоотвала

Складирование золошлаковых материалов, удаляемых из котельных помещений ТЭЦ «Теплоэлектроцентраль» при помощи гидротранспорта, производится в золоотвалы: специально организованные участки местности, по границам которых, в зависимости от рельефа, возводятся ограждающие дамбы либо по всему периметру золоотвала, либо только на отдельных пониженных участках. Ограждающие дамбы гидротехнических сооружений должны обладать устойчивостью всего сооружения на сдвиг; устойчивостью откосов на оползание; фильтрационной прочностью грунта тела сооружения; надежностью защиты откосов от возможных разрушений в результате действия атмосферных осадков, а также от волнового воздействия воды (в пределах отстойного пруда); достаточным превышением гребня дамбы над уровнем воды пруда и т.д. Основное внимание в исследовании сконцентрировано на вопросах проектирования ограждающих сооружений золошлаковых материалов, удаляемых из котельных помещений Карагандинской ТЭЦ при помощи гидротранспорта. При проектировании золоотвала решаются многие задачи, в том числе определяются местоположение, конструктивные особенности и тип ограждающих сооружений, площадь зеркала и объем складируемых хвостов, прочность сооружений ограждающих дамб и т.д. С целью оценки состояния проектируемого золоотвала выполнен анализ устойчивости откосов ограждающей дамбы для различных сочетаний нагрузок, условий возможной обводненности дамбы, наличия «геомембраны» и порового давления. Расчетная программа, основанная на методе конечных элементов, позволяет моделировать состояние массива в соответствии с прочностными и деформационными характеристиками насыпных грунтов тела дамбы и грунтов пород основания. Коэффициент устойчивости внешних откосов гидротехнических сооружений определяется с учетом класса и конструкции сооружения, типа основания, ответственности расчетного технологического этапа и других факторов исходя из условий, обеспечивающих предупреждение наступления предельных состояний. На основании анализа геологического строения основания проектируемого гидротехнического сооружения выбраны наиболее ответственные и характерные поперечные расчетные сечения по периметру ограждающих дамб золоотвала. Согласно выполненным расчетам внешние откосы дамбы по линиям скважин № 373-19, № 381-19, которые являются характерными практически по всей длине ограждающей дамбы, являются устойчивыми для разных сочетаний нагрузок.

1. Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. М.: Агропромиздат; 1985. 318 с.

2. Чугаев Р.Р. Земляные гидротехнические сооружения. Л.: Энергия; 1967. 460 с.

3. Костюков Е.В., Простов С.М., Бахаева С.П. Прогноз устойчивости ограждающих дамб гидротехнических сооружений на основе геоэлектрического контроля их состояния. Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2004;(2):14–18. URL: https://vestnik.kuzstu.ru/index.php?page=article&id=1637

4. Zhang L., Peng M., Chang D., Xu Y., Dam failure mechanisms and risk assessment. John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd.; 2016. https://doi.org/10.1002/9781118558522

5. Пантелеев В.Г., Чугаева Г.А., Филиппова Е.А. и др. Состав расчетных случаев при анализе устойчивости откосов грунтовых сооружений различного назначения. Известия ВНИИГ. 1996;231.

6. Ashraf M., Soliman A.H., El-Ghorab E., El Zawahry A. Assessment of embankment dams breaching using large scalephysical modeling and statistical methods. Water Science. 2018;32(8):362–379.

7. Бахаева С.П., Простов С.М., Костюков Е.В., Серегин Е.А. Комплексная оценка геомеханических процессов в дамбах из грунтовых материалов. Маркшейдерский вестник. 2003;(2):62–66.

8. Гальперин А.М., Шафаренко Е.М. Реологические расчеты горнотехнических сооружений. М.: Недра; 1977. 246 с.

9. Кибирев В.И., Райлян Г.А., Сазонов Г.Т. и др. Гидравлическое складирование хвостов обогащения. Справочник. М.: Недра; 1991.

10. Wahl T.L. Uncertainty of predictions of embankment dam breach parameters. Journal of Hydraulic Engineering. 2004;130(5):389–397. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2004)130:5(389)

11. Wu W., Marsooli R., He Z. Depth-averaged two-dimensional model of unsteady flow and sediment transport due to noncohesive embankment break/breaching. Journal of Hydraulic Engineering. 2012;138(6):503–516. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000546

12. Wang L., Chen Z., Wang N. et al. Modeling lateral enlargement in dam breaches using slope stability analysis based on circular slip mode. Engineering Geology. 2016;209:70–81. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2016.04.027

13. Костюков Е.В. Исследование физического состояния и оценка устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений горных предприятий геоэлектрическим методом. [Дисс. канд. техн. наук]. Кемерово; 2005. 147 с.