RU2618334C2 - Method of increasing slope stability of feeding drainage channel - Google Patents
Method of increasing slope stability of feeding drainage channel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618334C2 RU2618334C2 RU2015141184A RU2015141184A RU2618334C2 RU 2618334 C2 RU2618334 C2 RU 2618334C2 RU 2015141184 A RU2015141184 A RU 2015141184A RU 2015141184 A RU2015141184 A RU 2015141184A RU 2618334 C2 RU2618334 C2 RU 2618334C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slope
- channel
- drainage
- soil
- slopes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B11/00—Drainage of soil, e.g. for agricultural purposes
Abstract
Description
1. Область техники1. The technical field
Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к комплексной мелиорации агроландшафтов, и может быть применено при осушении почв Нечерноземной зоны, в т.ч. и закрытым дренажом, использовании осушаемых земель и эксплуатации осушительных систем, а также при проведении реконструкции, капитального и текущего ремонтов транспортирующих осушительных каналов. Предложенное распространяется и на внутренний для осушительной системы откос нагорного канала.The invention relates to the field of agriculture, namely to the integrated reclamation of agrolandscapes, and can be used for drainage of soils of the Non-chernozem zone, including and closed drainage, the use of drained lands and the operation of drainage systems, as well as during the reconstruction, overhaul and maintenance of transporting drainage channels. The proposed applies to the slope of the upland channel internal to the drainage system.
2. Уровень техники2. The level of technology
Проводящие осушительные каналы первого порядка именуют магистральными. Они впадают непосредственно в водоприемник. Каналы второго и последующих порядков, впадающие в проводящую сеть более высокого порядка, относят к транспортирующим. Проводящие каналы должны иметь достаточную глубину для бесподпорного приема воды из ограждающей и регулирующей сетей и отвода ее в водоприемник и необходимую устойчивость поперечного и продольного профилей, обеспечить возможность их строительства и нормальной эксплуатации современными механизмами.Conducting drainage channels of the first order are called trunk. They flow directly into the water intake. Channels of the second and subsequent orders that flow into a conducting network of a higher order are classified as transporting ones. The conductive channels should have sufficient depth for the uncontaminated reception of water from the enclosing and control networks and its removal into the water intake and the necessary stability of the transverse and longitudinal profiles, to ensure the possibility of their construction and normal operation by modern mechanisms.
Многолетняя практика мелиоративного строительства в Нечерноземной зоне показала, что осушительные каналы, построенные с соблюдением их проектных размеров, часто через 3…4 года выходят из строя. Иногда они становятся неработоспособными на другой год после строительства. Основная причина - оплывание и обрушение откосов каналов. В результате необходима повторная подчистка почвогрунта по дну канала, выравнивание и планировка его откосов. При этом осушительные проводящие каналы имеют большую протяженность, а работы по обеспечению устойчивости их откосов в процессе строительства и эксплуатации трудоемки и требуют значительных затрат. Поэтому предотвращение оплывания и обрушения откосов имеет первостепенное значение. Важнейшее условие предотвращения этого - правильно выбранная крутизна откоса. Состояние проводящей сети открытых каналов зависит как от потери общей устойчивости почвогрунта откоса канала, так и от потери его местной устойчивости.Long-term practice of reclamation construction in the Non-Chernozem zone has shown that drainage canals constructed in compliance with their design dimensions often fail after 3 ... 4 years. Sometimes they become unworkable for another year after construction. The main reason is the swelling and collapse of the slopes of the channels. As a result, re-cleaning of the soil along the bottom of the channel, alignment and planning of its slopes is necessary. At the same time, drainage conductive channels have a large length, and work to ensure the stability of their slopes in the process of construction and operation are laborious and require significant costs. Therefore, prevention of sweeping and collapse of slopes is of paramount importance. The most important condition for preventing this is the correctly selected steepness of the slope. The condition of the conducting network of open channels depends both on the loss of the overall stability of the canal slope ground and on the loss of its local stability.
Проблемы общей устойчивости откосов крупных гидротехнических сооружений (плотин, дамб, крупных каналов) в настоящее время изучены достаточно полно, разработан ряд методов и способов их расчета и проектирования. Так, известен способ расчета устойчивости откоса каналов и определения коэффициента запаса его устойчивости по методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига и по методу плоских поверхностей сдвига (ВСН 04-71. Указания по расчету устойчивости земляных откосов / Минэнерго СССР, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева; P. P. Чугаев. - Л.: Энергия, Ленинградское отд-ние, 1971. - 105 с.). Способ весового давления, относящийся к методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига, является наиболее простым, а способ наклонных сил, относящийся к методу плоских поверхностей сдвига, имеет примерно ту же точность, что и способ весового давления.The problems of the general stability of the slopes of large hydraulic structures (dams, dams, large canals) are now fully studied, a number of methods and methods for their calculation and design have been developed. So, there is a method of calculating the stability of the slope of the channels and determining the safety factor of its stability by the method of circular cylindrical shear surfaces and the method of flat shear surfaces (BCH 04-71. Instructions for calculating the stability of earthen slopes / Ministry of Energy of the USSR, VNIIG named after B.E. Vedeneev; PP Chugaev. - L.: Energy, Leningrad Branch, 1971. - 105 p.). The weight pressure method related to the method of circular cylindrical shear surfaces is the simplest, and the method of inclined forces relating to the method of plane shear surfaces has approximately the same accuracy as the weight pressure method.
В примечании к параграфу 1 «Содержание и область применения» Указаний указывается, что земляные откосы следует подвергать расчету только при достаточно большой их высоте (например, при высоте более 5 м), но расчеты устойчивости откосов являются в значительной мере приближенными. Результаты этих расчетов, носящих часто характер «расчетных прикидок», должны соответствующим образом увязываться с данными практики. Намеченные «расчетные случаи» для откоса заданного очертания и сложенного из имеющих место на объекте осушения грунтов должны отвечать наиболее тяжелым эксплуатационным условиям работы данного откоса.In the note to paragraph 1 “Content and scope” of the Instructions, it is indicated that earth slopes should be calculated only at a sufficiently high height (for example, at a height of more than 5 m), but calculations of the stability of slopes are largely approximate. The results of these calculations, which often have the character of “estimated estimates”, should be appropriately linked to the data of practice. The intended “design cases” for the slope of a given shape and composed of soils taking place at the drainage site must meet the most difficult operating conditions of the slope.
Необходимо отметить, что Межведомственная комиссия Госстроя СССР, рассмотревшая данные Указания, отметила, что они, в отличие от других имеющихся ведомственных нормативных документов, более всего отвечают современным взглядам на подобного рода расчеты.It should be noted that the Interdepartmental Commission of the Gosstroy of the USSR, having examined these Instructions, noted that they, in contrast to other existing departmental regulatory documents, most of all correspond to modern views on such calculations.
Откосы осушительных каналов по своим размерам, условиям строительства и воздействию на них природных и климатических факторов резко отличаются от откосов крупных каналов.The slopes of the drainage canals in their size, construction conditions and the impact of natural and climatic factors on them sharply differ from the slopes of large canals.
Известны предложения по оценке местной устойчивости откосов (Методические указания по оценке местной устойчивости откосов и выбору способов их укрепления в различных природных условиях / Всесозный НИИ транспортного строительства; Коллектив авторов. - М.: 1970. - 82 с.). Их рекомендуют использовать при проектировании мероприятий по обеспечению местной устойчивости откосов выемок, а также откосов, подверженных деформациям в условиях их эксплуатации. Начальными очагами нарушения местной устойчивости откосов могут быть трещины по бровке и их поверхности. При этом они могут стать очагами дальнейшего развития деформаций.Known proposals for assessing the local stability of slopes (Guidelines for assessing the local stability of slopes and the choice of ways to strengthen them in various environmental conditions / All-Russian Research Institute of Transport Construction; Team of authors. - M .: 1970. - 82 pp.). They are recommended to be used when designing measures to ensure local stability of slopes of recesses, as well as slopes subject to deformations in the conditions of their operation. The initial foci of violation of the local stability of the slopes can be cracks along the edge and their surface. Moreover, they can become centers of the further development of deformations.
Основные причины, ведущие к снижению прочности грунта в поверхностных слоях откоса: промерзание и оттаивание, набухание и усадка при изменении влажности. В первый год после сооружения эти процессы вызывают необратимые изменения свойств грунта, накопление которых во времени происходит с постоянно затухающей интенсивностью. После создания откоса интенсивность изменений особенно велика у его подошвы, уменьшаясь по высоте откоса от подошвы. Поэтому выделяют подводную и надводную части откоса (см. ниже).The main reasons leading to a decrease in soil strength in the surface layers of the slope: freezing and thawing, swelling and shrinkage when humidity changes. In the first year after construction, these processes cause irreversible changes in the properties of the soil, the accumulation of which over time occurs with constantly damping intensity. After creating a slope, the intensity of the changes is especially great at its sole, decreasing in height of the slope from the sole. Therefore, the underwater and surface parts of the slope are distinguished (see below).
Поверхностные воды и дождевые осадки, попадая на откос, вызывают эрозионную деформацию его в виде смыва грунта.Surface water and rainfall falling on a slope cause erosive deformation in the form of soil washout.
По степени опасности возникновения нарушения местной устойчивости различают: особо опасные - все глинистые грунты мягкопластичной консистенции, пылеватые (не менее 40% пыли и больше, чем песка) суглинки и супеси, сильно набухающие и усадочные грунты; опасные - все глинистые грунты тугопластичной консистенции, сильно набухающие глинистые грунты, переуплотненные глинистые грунты; малоопасные - песчаные, гравелистые, ненабухающие и слабонабухающие глинистые грунты, нормально уплотненные, твердой и полутвердой консистенции.According to the degree of danger of a violation of local stability, they distinguish: especially hazardous - all clay soils with a soft plastic consistency, dusty (at least 40% dust and more than sand) loams and sandy loams, highly swellable and shrinkable soils; hazardous - all clay soils of a refractory consistency, strongly swelling clay soils, over-compacted clay soils; low-hazard - sandy, gravelly, non-swellable and slightly swellable clay soils, normally compacted, of solid and semi-solid consistency.
При расположении выемок на склонах и при пересечении водоразделов оценку опасности образования верховодки производят в зависимости от элементов рельефа, вскрытых выемкой: опасное - подошвы затяжных склонов, средние части склонов с вогнутым профилем, замкнутые котловины водоразделов; малоопасное - средние части однородных склонов, плоские вершины водоразделов; безопасное - узкие вершины водоразделов, верхние части склонов.When the recesses are located on the slopes and at the intersection of the watersheds, the dangers of the formation of a floodwater are assessed depending on the relief elements exposed by the recess: dangerous — the soles of the long slopes, the middle parts of the slopes with a concave profile, closed basins of the watersheds; low hazard - middle parts of homogeneous slopes, flat tops of watersheds; safe - narrow peaks of the watersheds, the upper parts of the slopes.
При малой толщине оползающего слоя (до 10…15 см) смещение его происходит при переходе грунта в текучепластичное состояние.With a small thickness of the creeping layer (up to 10 ... 15 cm), its displacement occurs when the soil goes into a fluid-plastic state.
В качестве мер по обеспечению местной устойчивости откосов проводят укрепление откосов против сплывов.As measures to ensure local slope stability, slopes are strengthened against rafting.
В реальных условиях наблюдается совместное действие набухания-усадки и промерзания-оттаивания. С момента окончания оттаивания откоса происходит просачивание талых вод, которое заканчивается после схода снежного покрова.In real conditions, the combined effect of swelling-shrinkage and freezing-thawing is observed. Since the end of thawing of the slope, melt water seeps out, which ends after the snow cover has melted.
Весной грунт откоса оттаивает сверху и снизу. Оттаивание сверху начинается после схода снежного покрова. До этого может оттаять только небольшая часть толщи грунта под влиянием тепла воды, стекающей с откоса под снегом. Пока не исчезнет снежный покров, грунт оттаивает преимущественно снизу за счет теплового потока из глубины его слоев. В том случае, когда грунты на откосе оттаивают быстрее, чем сходит снежный покров, происходит просачивание талых вод в защитный слой.In spring, the slope thaws above and below. Thawing from above begins after the snow has melted. Prior to this, only a small part of the soil thickness can thaw under the influence of the heat of water flowing down the slope under the snow. Until the snow cover disappears, the soil thaws mainly from below due to the heat flux from the depth of its layers. In the case when the soil on the slope thaws faster than the snow cover is melting, melt water seeps into the protective layer.
Оплывание откоса имеет место и при движении воды по откосу под снегом.Slope swimming also takes place when water moves along a slope under snow.
Откосы каналов должны быть не круче угла естественного откоса данного грунта.The slopes of the channels should not be steeper than the angle of repose of this soil.
Каналы открытой проводящей сети, как правило, размещают по наиболее низким отметкам осушаемой территории. К концу зимнего периода транспортирующие каналы, как правило, полностью заносятся снегом.Channels of an open conductive network, as a rule, are located at the lowest elevations of the drained territory. By the end of the winter period, the transporting canals are usually completely covered with snow.
Снегонакопление на откосе канала в начальный период идет с учетом господствующего направления ветра и ориентации откоса. Снег на откосе образуется в виде клина с наибольшей толщиной у подошвы откоса. Это определяет и ход промерзания откоса, и ход накопления влаги в почвогрунте.Snow accumulation on the channel slope in the initial period takes into account the prevailing wind direction and the orientation of the slope. Snow on the slope is formed in the form of a wedge with the greatest thickness at the bottom of the slope. This determines the course of freezing of the slope, and the course of moisture accumulation in the soil.
Осушительные проводящие каналы выполняют, как правило, в основном с равнобоким трапецеидальным поперечным сечением. Известно, что при этом коэффициент заложения откоса m, соответствующий котангенсу угла его наклона к горизонту, определяют расчетом из условия устойчивости и сравнивают затем со значением, приведенным в табл. 1 (Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник / Коллектив авторов; Сост. Е.И. Кормыш; Под ред. Б.С. Маслова. - М.: Ассоциация «Экост», 2001. - С. 247…249, 262…264, 277…286). Если значение больше табличного, то принимают его равным или меньшим значению, приведенному в табл. 1, но при этом для обеспечения устойчивости откосы укрепляют. Если расчетное значение меньше или равно табличному, то принимают расчетное значение m без крепления откоса. Для предупреждения развития эрозии откосов от воздействия дождевых (поверхностных) вод, температурных и других факторов применяют их биологическое и биохимическое укрепление: одерновка, залужение откосов (гидропосев), пригрузка растительным слоем почвы или торфокрошкой, дерново-травяные ковры.Drainage conductive channels are usually performed mainly with an isosceles trapezoidal cross-section. It is known that in this case, the slope laying coefficient m, corresponding to the cotangent of its angle of inclination to the horizon, is determined by calculation from the stability condition and then compared with the value given in Table. 1 (Land reclamation and water management. Drainage: Reference / Collective authors; Comp. EI Kormysh; Edited by BS Maslov. - M.: Ecost Association, 2001. - P. 247 ... 249, 262 ... 264, 277 ... 286). If the value is greater than the table, then take it equal to or less than the value given in table. 1, but at the same time, to ensure stability, the slopes are strengthened. If the calculated value is less than or equal to the table, then take the calculated value of m without fastening the slope. To prevent the development of slope erosion from the effects of rain (surface) water, temperature and other factors, their biological and biochemical strengthening is used: sodding, slope tinning (hydroseeding), loading with a vegetative layer of soil or peat crumb, turf-grass carpets.
Известно также, что и ленинградские мелиораторы (Справочник мелиоратора / А.И. Климко, М.Б. Черняк, Ю.Г. Янко. - Санкт-Петербург: изд-во Политехнического университета, 2009. - С. 83…84) крутизну откосов каналов равнобокого трапецеидального сечения принимают в зависимости от глубины канала и характеристик почвогрунтов (табл. 2). Известны и способы укрепления откосов проводящих каналов осушительных систем (Даишев Т.И. Проектирование крепления проводящих каналов осушительных систем. - В сб. научных трудов СевНИИГиМ под ред. Н.И. Дружинина «Орошение культурных пастбищ на мелиорируемых землях в Нечерноземной зоне РСФСР».- Л.: Ленгипроводхоз, 1975. - С. 51…64) и способы производства работ (Нетреба Н.Н., Даишев Т.И., Борщев Т.С. Производство работ по креплению проводящих каналов осушительных систем. -Там же. - С. 142…153).It is also known that Leningrad land reclamators (Land reclamation guide / AI Klimko, MB Chernyak, YG Yanko. - St. Petersburg: Publishing House of the Polytechnic University, 2009. - P. 83 ... 84) the slopes of the channels of an isosceles trapezoidal section take depending on the depth of the channel and the characteristics of the soil (table. 2). Known and ways to strengthen the slopes of the conductive channels of drainage systems (Daishev TI Designing the fastening of the conductive channels of drainage systems. - In the collection of scientific works of SevNIIIGiM under the editorship of NI Druzhinin “Irrigation of cultural pastures on reclaimed land in the Non-chernozem zone of the RSFSR”. - L .: Lengiprovodkhoz, 1975. - S. 51 ... 64) and methods of production (Netreba NN, Daishev TI, Borschev TS Production of work on the fastening of the conductive channels of drainage systems. -Tam. - S. 142 ... 153).
Известны и результаты исследований деформаций и устойчивости откосов осушительных каналов, выполненных в геолого-почвенных и климатических условиях Ленинградской (А.А. Севриков, 1973) и Московской (К.Г. Егорова, 2000) областей.The results of studies of deformations and stability of slopes of drainage canals made in the geological-soil and climatic conditions of the Leningrad (A.A. Sevrikov, 1973) and Moscow (K.G. Egorova, 2000) regions are also known.
По СНиП 2.06.03-85 (прил. 15, табл. 1) коэффициент заложения откоса каналов, устраиваемых также по равнобокой трапеции, рекомендуют принимать по табл. 3 в зависимости от строения почвенного профиля, гранулометрического состава почвогрунта и положения откоса над или под водой. Поскольку это предложение является наиболее близким к рассматриваемому в предполагаемом изобретении, то оно и принято за прототип.According to SNiP 2.06.03-85 (Appendix 15, Table 1), the coefficient of laying of the slope of the channels arranged also on an isosceles trapezoid is recommended to be taken according to Table. 3 depending on the structure of the soil profile, the particle size distribution of the soil and the position of the slope above or under water. Since this proposal is the closest to that considered in the proposed invention, it is taken as a prototype.
Известные способы расчета устойчивости и назначения коэффициента заложения откосов канала и способы укрепления каналов, приведенные выше, в т.ч. и прототип, не учитывают ход накопления снега на откосе канала и накопления влаги в его почвогрунте, ход снеготаяния, а также и ход оттаивания почвогрунта откоса и возникающие при этом нагрузки, влияющие на устойчивость откоса. В условиях осушаемых земель с пересеченным рельефом Нечерноземной зоны эти факторы в значительной степени определяют ориентация откоса канала, положение канала на склоне и господствующее направление ветра в холодный период года. Однако в известных способах расчета, проектирования и строительства и проведенных до сих пор исследованиях эта проблема не нашла отражения. Каналы выполняют, как правило, в виде равнобокой трапеции, коэффициенты заложения обоих откосов канала принимают одинаковыми. Данные же натурных обследований осушительных каналов проводящей сети свидетельствуют, что каждый из двух откосов даже одного канала подвержен деформации в разном объеме. При этом откосы канала наиболее часто подвержены деформациям в весенний период. В итоге поперечное сечение канала стабилизируется, как правило, в виде неравнобокой трапеции.Known methods for calculating the stability and assignment of the coefficient of laying channel slopes and methods for strengthening the channels described above, including and the prototype, do not take into account the course of snow accumulation on the slope of the canal and the accumulation of moisture in its soil, the snowmelt, as well as the course of thawing of the soil of the slope and the resulting loads that affect the stability of the slope. In conditions of drained lands with a crossed relief of the Non-Chernozem zone, these factors largely determine the orientation of the channel slope, the position of the channel on the slope and the prevailing wind direction in the cold season. However, in the known methods of calculation, design and construction, and the studies carried out so far, this problem has not been reflected. The channels are performed, as a rule, in the form of an isosceles trapezoid, the laying coefficients of both slopes of the channel are assumed to be the same. The data of field surveys of the drainage channels of the conducting network indicate that each of the two slopes of even one channel is subject to deformation in a different volume. At the same time, channel slopes are most often subject to deformations in the spring. As a result, the channel cross section stabilizes, as a rule, in the form of an unequal trapezoid.
Необходимо также учитывать, что, по мнению широко известного среди специалистов ученого проф. Р.Р. Чугаева (см. работу, приведенную выше), «Расчеты устойчивости откосов являются в значительной мере приближенными. Результаты этих расчетов, носящих часто характер «расчетных прикидок», должны соответствующим образом увязываться с данными практики».It should also be borne in mind that, in the opinion of the widely known scientist prof. R.R. Chugaeva (see the work cited above), “Calculations of the stability of slopes are largely approximate. The results of these calculations, which often have the character of “estimated estimates”, should be appropriately linked with the data of practice. ”
3. Раскрытие изобретения3. Disclosure of invention
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении устойчивости откосов транспортирующего осушительного канала путем введения поправочного к коэффициенту заложения надводной части откоса коэффициента, учитывающего ориентацию откоса канала, размещение канала на склоне и господствующий в холодный период года ветер северо-западного направления, а также соответствующее им накопление снега на откосе и влаги в его почвогрунте и промерзание, продолжительность таяния снега и оттаивания почвогрунта откоса.The problem solved by this invention is to increase the stability of the slopes of the transporting drainage channel by introducing a correction factor for the surface part of the slope of the slope coefficient, taking into account the orientation of the slope of the channel, the channel on the slope and the north-west direction prevailing in the cold season, as well as the corresponding accumulation of snow on the slope and moisture in its soil and freezing, the duration of snow melting and thawing of the soil of the slope.
Технический результат заключается в создании усовершенствованной расчетной схемы устойчивости откосов транспортирующего осушительного канала, повышении устойчивости откосов этих каналов, надежности и долговечности их действия не ниже нормативного срока службы, экономном использовании средств на строительство транспортирующих каналов и снижении затрат на их эксплуатацию, повышении надежности и долговечности действия и дренажных систем, из которых в них сбрасываются избыточные воды.The technical result consists in creating an improved design scheme for the stability of slopes of the transporting drainage channel, increasing the stability of the slopes of these channels, the reliability and durability of their action not lower than the standard service life, the economical use of funds for the construction of transporting channels and reducing the cost of their operation, increasing the reliability and durability of the action and drainage systems from which excess water is discharged into them.
Поставленная задача достигается тем, что способ повышения устойчивости откосов транспортирующего осушительного канала включает подводную и надводную части с коэффициентами заложения откосов соответственно mп и mн, зависящими от строения профиля почвогрунта, его гранулометрического состава и выклинивания почвенно-грунтовых вод на откос. Поперечное сечение надводной части канала отрывают в виде неравнобокой трапеции. При этом коэффициент заложения каждого из двух откосов надводной части канала, положение которой фиксируют на конец снеготаяния на поле с учетом действия приоткосного дренажа, принимают раздельно в зависимости от ориентации каждого откоса канала х, положения канала на склоне у и господствующего в холодный период года ветра северо-западного направления путем умножения mн на величину поправочного коэффициента kH=f(x,y,), определяемого для каждого откоса с учетом накопления снега на откосе и влаги в его почвогрунте, промерзания откоса, продолжительности таяния снега и оттаивания почвогрунта откоса. Значение mн устанавливают с учетом глубины надводной части канала. Для откосов каналов kн, прокладываемых в глинистых, суглинистых и супесчаных почвогрунтах, величину kн устанавливают с учетом ориентации каждого откоса канала и положения канала на склоне по таблице 4, разработанной для господствующего в холодный период года ветра северо-западного направления. Дополнительно применяют биологическое и биохимическое укрепление откосов канала: одерновку, пригрузку растительным слоем почвы или торфокрошкой и залужение откосов (гидропосев), использование дерново-травяных ковров.The task is achieved in that a method of increasing the slope stability of the transporting drainage channel includes underwater and surface parts with slope laying coefficients m p and m n , respectively, depending on the structure of the soil profile, its particle size distribution and wedging out of the ground water to the slope. The cross section of the surface of the channel is torn off in the form of an unequal trapezoid. In this case, the laying coefficient of each of the two slopes of the surface part of the channel, the position of which is fixed at the end of snowmelt on the field, taking into account the action of the slope drainage, is taken separately depending on the orientation of each slope of the channel x, the position of the channel on the slope y and the north wind prevailing in the cold season -western direction by multiplying m n by the value of the correction coefficient k H = f (x, y,), determined for each slope taking into account the accumulation of snow on the slope and moisture in its soil, freezing of the slope, deceitfulness of melting snow and thawing of the soil of the slope. The value of m n set taking into account the depth of the surface of the channel. For channel slopes k n laid in clay, loamy and sandy loamy soils, the value of k n is established taking into account the orientation of each channel slope and the channel position on the slope according to Table 4, developed for northwestern wind prevailing in the cold season. In addition, biological and biochemical strengthening of canal slopes is used: sodding, loading with a vegetative layer of soil or peat crumb and tinning of slopes (hydroseeding), the use of sod-grass carpets.
4. Осуществление изобретения4. The implementation of the invention
Коэффициент kн (табл. 4) установлен для надводной части откоса с учетом господствующего в холодный период года ветра северо-западного направления, накопления снега на откосе и влаги в его почвогрунте и промерзания, интенсивности и продолжительности таяния накопленного на откосе снега и оттаивания почвогрунта откоса. Естественно, что учтена также и нагрузка на откос от снега в процессе оттаивания верхнего слоя почвогрунта, в т.ч. и оттаивание почвогрунта под снегом, и влияние нагрузки на оплывание почвогрунта откоса (по методу плоской поверхности сдвига). При этом надводную часть откоса устанавливают на дату схода снежного покрова с поверхности прилегающего к каналу поля. В случае применения приоткосного дренажа дополнительно учитывают его влияние на выклинивание кривой депрессии на откос. Значение mн принимают с учетом глубины надводной части канала. При этом если она превышает 1,5 м, то значение mн принимают по табл. 1. Определение величины kн для других условий, не приведенных в табл. 4, осуществляют по данным изысканий на ранее реализованных в натуре объектах-аналогах.Coefficient k n (Table 4) was established for the surface part of the slope taking into account the north-west direction prevailing in the cold season, the accumulation of snow on the slope and moisture in its soil and freezing, the intensity and duration of melting of the snow accumulated on the slope and thawing of the slope soil . Naturally, the load on the slope from the snow during the thawing of the top layer of the soil, including and thawing of the soil under the snow, and the effect of the load on the abatement of the soil of the slope (according to the method of a flat shear surface). In this case, the surface part of the slope is set on the date the snow cover disappears from the surface of the field adjacent to the channel. In the case of the use of tine drainage, its influence on the wedging out of the depression curve on the slope is additionally taken into account. The value of m n take into account the depth of the surface of the channel. Moreover, if it exceeds 1.5 m, then the value of m n take on the table. 1. Determination of k n for other conditions not shown in table. 4, carried out according to surveys previously implemented in kind of objects-analogues.
Коэффициент заложения откоса, установленный с учетом kн, соответствует замеряемому в натуре в процессе эксплуатации канала после стабилизации его профиля. Использование же в практике строительства транспортирующих каналов значения kн обеспечивает экономное использование средств на строительство транспортирующих каналов и снижение затрат на их эксплуатацию.The slope laying coefficient, established taking into account k n , corresponds to that measured in nature during operation of the channel after stabilization of its profile. The use of k n values in the practice of constructing transporting canals ensures the economical use of funds for the construction of transporting canals and reducing the cost of their operation.
Пояснение изложенного выше представлено на чертеже в виде фрагмента поперечного профиля канала в момент схода снежного покрова на поле: 1 - поверхность поля, 2 - дно канала, 3 - откос подводной части канала, 4 - уровень воды в канале, 5 - откос северной ориентации надводной части канала, 6 - мерзлый почвогрунт, 7 - кривая депрессии, 8 - нерастаявший снег на откосе.The explanation of the above is presented in the drawing as a fragment of the transverse profile of the channel at the moment of snow cover removal on the field: 1 - field surface, 2 - channel bottom, 3 - slope of the underwater part of the channel, 4 - water level in the channel, 5 - slope of the northern orientation of the surface parts of the canal, 6 - frozen ground, 7 - depression curve, 8 - un melted snow on the slope.
Масса снега в рассматриваемый момент времени зависит от ориентации откоса канала, положения канала на склоне и господствующего в холодный период года ветра северо-западного направления. Наибольшую величину в рассмотренном примере она имеет при расположении канала на нижней части склона и северной ориентации его откоса, наименьшую - при расположении канала на верхней части склона и южной ориентации его откоса. Глубина промерзания почвогрунта откоса зависит от господствующего в холодный период года ветра северо-западного направления и хода накопления снега и имеет обратную зависимость с мощностью снега.The mass of snow at the moment in question depends on the orientation of the slope of the channel, the position of the channel on the slope and the north-west direction prevailing in the cold season. It has the greatest value in the considered example when the channel is located on the lower part of the slope and the northern orientation of its slope, the smallest - when the channel is located on the upper part of the slope and the southern orientation of its slope. The depth of freezing of the slope soil depends on the northwestern wind prevailing in the cold season and the course of snow accumulation and has an inverse relationship with snow thickness.
Учитывая теорию проблемы, изложенное (см. чертеж), по-видимому, недопустимо не учитывать при расчете устойчивости откоса как по методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига, так и по методу плоских поверхностей сдвига, приведенным выше.Given the theory of the problem outlined (see drawing), it is apparently unacceptable not to take into account when calculating the stability of the slope, both by the method of circular cylindrical shear surfaces and the method of flat shear surfaces given above.
В данном предлагаемом изобретении рассмотрены только те деформации, которые обусловлены ориентацией откоса канала, расположением канала на склоне и господствующим в холодный период года ветром северо-западного направления и связаны с такими факторами, как освещенность (учет действия закона Киргофа), роза ветров в зимний период (см., например: Климатические параметры холодного периода года. - СНиП 23-01-99, табл. 1) и перераспределение снежного покрова в сравнении с ровной поверхностью, глубина промерзания откоса, продолжительность таяния снега и оттаивания почвогрунта на откосе. При этом предложенное распространяется и на внутренний для осушительной системы откос нагорного канала.In this proposed invention, only those deformations are considered that are caused by the orientation of the canal slope, the location of the canal on the slope and the north-west direction prevailing in the cold season and are associated with factors such as light exposure (taking into account the effect of the Kirgoff law), wind rose in winter (see, for example: Climatic parameters of the cold season. - SNiP 23-01-99, table. 1) and redistribution of snow cover in comparison with a flat surface, depth of freezing of the slope, duration of snow melt and thawing of soil-ground and on a slope. Moreover, the proposed applies to the slope of the upland channel internal to the drainage system.
Вследствие воздействия отрицательных температур меняются качественные и количественные характеристики перераспределения влаги. И.М. Нестеренко приводит данные об увеличении количества влаги, мигрирующей к фронту промерзания откоса на осушаемых землях: количество влаги в промерзшем слое в минеральных почвогрунтах увеличивается на 80…100 мм, в торфяных - на 40…60 мм.Due to the influence of negative temperatures, the qualitative and quantitative characteristics of the redistribution of moisture change. THEM. Nesterenko cites data on an increase in the amount of moisture migrating to the front of the slope freezing on drained lands: the amount of moisture in the frozen layer in mineral soils increases by 80 ... 100 mm, in peat soils by 40 ... 60 mm.
При обследовании состояния проводящих осушительных каналов в течение многолетнего периода учитывали тип почвогрунта, слагающего зону откоса, влияние погодно-климатических факторов (глубина промерзания, высота снежного покрова, осадки, температура), строение почвенного профиля в откосе, высоту откоса и его экспозицию, размещение канала на склоне (верх, середина, низ). На основании полученных данных установлено следующее:When examining the condition of conducting drainage channels over a long period, the type of soil composing the slope zone, the influence of weather and climate factors (freezing depth, snow depth, precipitation, temperature), the structure of the soil profile in the slope, the height of the slope and its exposure, and channel placement were taken into account on a slope (top, middle, bottom). Based on the data obtained, the following was established:
1. Действие осушительной системы в значительной степени зависит от состояния проводящей сети открытых каналов, которое зависит не столько от потери общей устойчивости почвогрунта откоса канала, сколько от потери его местной устойчивости.1. The operation of the drainage system largely depends on the state of the conducting network of open channels, which depends not so much on the loss of overall stability of the canal slope ground as on the loss of its local stability.
2. Наиболее подвержены деформациям откосы и дно каналов при весеннем оттаивании в первые годы после отрывки русла канала. При этом образование сплывов наблюдается, когда в толще откоса имеет место ослабленный прослой почвогрунта, который, как правило, формируется на границе оттаивания грунта из-за резкого уменьшения его прочности - переходе грунта из мерзлого состояния в талое, и в местах концентрации вытаявших линз и прослоев льда.2. The slopes and bottom of the channels during spring thawing in the first years after the passage of the channel bed are most susceptible to deformation. In this case, the formation of muds is observed when there is a weakened interlayer of soil in the thickness of the slope, which, as a rule, is formed at the boundary of thawing of the soil due to a sharp decrease in its strength - the transition of the soil from frozen to thawed conditions, and in places of concentration of thawed lenses and interlayers ice.
3. Потери местной устойчивости откоса канала (оплывание и оползание поверхностного слоя почвогрунта откоса) имеют место в основном в весенний период. Основная причина - потеря структурной связности почвогрунтов откоса и их переувлажнение вследствие миграции влаги и накопления ее в этой зоне (сверх полной влагоемкости); дополнительная причина - гидродинамическое давление выклинивающихся на откос вод. Происходит отмеченное во всех суглинках и глинах.3. Losses of local stability of the canal slope (sweeping and creeping of the surface layer of the slope ground) occur mainly in the spring. The main reason is the loss of structural cohesion of slope soils and their overmoistening due to moisture migration and its accumulation in this zone (in excess of full moisture capacity); an additional reason is the hydrodynamic pressure of the waters sticking out to the slope. It occurs noted in all loams and clays.
4. Оползание с обрушением значительных масс почвогрунта откоса в весенний период. Основная причина - потеря структурной связности почвогрунта откоса, образование ледяных прослоек и линз льда толщиной до 10 см, расположенных параллельно откосу вследствие миграции влаги к фронту промерзания; образование продольных трещин на откосе и прилегающей к каналу полосе шириной 4…5 см, глубиной до 1 м; дополнительная - та же, что и в п. 3. Происходит отмеченное в глинах, пылеватых суглинках, позднеледниковых ленточных отложениях с четко выраженной слоистостью при чередовании глинистых прослоек с мелкими песчаными, супесчаными или пылеватыми прослойками.4. A landslide with the collapse of significant masses of slope soil in the spring. The main reason is the loss of structural connectivity of the slope ground, the formation of ice layers and ice lenses up to 10 cm thick, parallel to the slope due to moisture migration to the freezing front; the formation of longitudinal cracks on the slope and adjacent to the channel strip with a width of 4 ... 5 cm, a depth of 1 m; additional - the same as in paragraph 3. The occurrence noted in clays, silty loams, late glacial tape sediments with clearly defined lamination occurs during the alternation of clay interlayers with small sandy, sandy loamy or silty interlayers.
5. Оползание нижней части откоса с обрушением вышележащей части. Происходит преимущественно в весенний период, но возможно и при затяжных дождях в летний и осенний периоды. Это наблюдается в супесях и песках, особенно ярко выражено в мелких пылеватых песках и супесях при высоком стоянии уровня почвенно-грунтовых вод.5. The creep of the lower part of the slope with the collapse of the overlying part. It occurs mainly in the spring, but also with prolonged rains in the summer and autumn. This is observed in sandy loam and sand, especially pronounced in fine dusty sand and sandy loam with a high standing level of soil and groundwater.
6. Выпор почвогрунта дна и нижней части откоса при гидродинамическом давлении напорных грунтовых вод в случае глинистых почвогрунтов, подстилаемых водонасыщенными песками.6. The uplift of the soil of the bottom and the bottom of the slope at the hydrodynamic pressure of pressure groundwater in the case of clay soil, laden with water-saturated sands.
Изобретение промышленно применимо. Заявленный способ включает следующие операции:The invention is industrially applicable. The claimed method includes the following operations:
1. Разметку предварительного размещения транспортирующих каналов на осушаемой площади.1. The marking of the preliminary placement of the transporting channels on the drained area.
2. Проведение комплексных инженерно-геологических и почвенно-мелиоративных изысканий на объекте осушения и ранее реализованных объектах-аналогах.2. Conducting comprehensive engineering-geological and soil-reclamation surveys at the drainage facility and previously implemented similar facilities.
3. Установление по данным проведенных изысканий строения почвенного профиля почвогрунта по длине каналов.3. The establishment according to the data of the survey of the structure of the soil soil profile along the length of the channels.
4. Установление по данным изысканий глубины воды в канале на дату схода снега с поля и выклинивания кривой депрессии на откос.4. Establishment of the depth of the water in the canal according to surveys on the date the snow leaves the field and the depression curve wedges out on a slope.
5. По данным, полученным в п. 2…4, установление по табл. 3 коэффициента заложения откоса для подводной mн и надводной mн его частей, при глубине надводной части канала большей 1,5 м значение mн принимают по табл. 1.5. According to the data obtained in paragraphs 2 ... 4, the establishment of the table. 3 slope laying coefficients for underwater m n and surface m n of its parts, when the depth of the surface part of the channel is greater than 1.5 m, the value of m n is taken according to table. one.
6. Уточнение размещения канала на склоне и экспозиции откоса по табл. 4 или по данным изысканий на объектах-аналогах соответствующего им значения поправочного к mн коэффициента kн господствующего в холодный период года ветра северо-западного направления для надводной части откоса, а путем умножения mн для надводной части откоса на kн - определение для надводной части коэффициента заложения рассматриваемого откоса.6. Clarification of the placement of the channel on the slope and the exposure of the slope according to the table. 4 or according to surveys at analogous facilities of the corresponding value of the coefficient k n correcting for m n , the northwestern wind prevailing in the cold season for the surface part of the slope, and by multiplying m n for the surface part of the slope by k n - the definition for the surface part of the laying coefficient of the slope under consideration.
7. Завершение проектирования осушительной системы, проведение необходимых согласований; осуществление экспертизы проекта, его рассмотрения на научно-техническом совете и утверждения - получение разрешения на производство работ.7. Completion of the design of the drainage system, the necessary approvals; examination of the project, its consideration at the scientific and technical council and approval - obtaining permission to carry out work.
8. Проведение работ по переносу трассы канала в натуру и осуществление выполнения земляных работ - отрывку канала на местности.8. Carrying out work on the transfer of the canal to nature and the implementation of earthwork - a fragment of the canal on the ground.
9. Проверку соответствия качества выполненных работ предъявляемым требованиям.9. Checking the compliance of the quality of work performed with the requirements.
Результаты реализации заявленного способа в Тверской области на объекте осушения «Марьино» - примеры расчета коэффициента заложения откосов по предполагаемому изобретению при господствующем направлении ветра северо-западного направления приведены в табл. 5. Необходимо отметить, что часть из рассмотренных откосов до сих пор выполняют с запасом устойчивости.The results of the implementation of the inventive method in the Tver region at the Maryino drainage facility - examples of calculating the slope laying coefficient of the proposed invention with the prevailing north-west wind direction are given in table. 5. It should be noted that some of the slopes considered are still performed with a margin of stability.
5. Технический результат5. The technical result
Предложенный дифференцированный подход к назначению коэффициента заложения откосов транспортирующего осушительного канала и усовершенствованная конструкция откосов их надводной части обеспечивают ожидаемый технический результат. При этом в отличие от применяемого до последнего времени поперечного сечения осушительного канала в виде равнобокой трапеции оно имеет вид, как правило, неравнобокой трапеции. Кроме этого, например, в среднем суглинке по прототипу mн=1,0, а по предложенному способу в рассмотренных случаях коэффициент заложения откоса может изменяться от 1,0 до 1,5, а в супесях при mн=1,5 - соответственно от 1,3 до 1,7 (табл. 5). При этом глубина подводной части канала с учетом кривой депрессии к нему не превышает 0,3 м, надводной - не превышает 1,5 м. Значение mн, как и mп, установлено по табл. 3, величина mп в суглинке принята равной 1,5, а в супеси - 1,7.The proposed differentiated approach to the designation of the slope coefficient of the conveyor drainage channel and the improved design of the slopes of their surface part provide the expected technical result. Moreover, in contrast to the cross-section of the drainage channel used until recently in the form of an isosceles trapezoid, it has the form, as a rule, of an unequal trapezoid. In addition, for example, on average loam according to the prototype m n = 1.0, and according to the proposed method in the cases considered, the slope laying coefficient can vary from 1.0 to 1.5, and in sandy loam with m n = 1.5, respectively from 1.3 to 1.7 (table. 5). At the same time, the depth of the underwater part of the channel, taking into account the curve of depression to it, does not exceed 0.3 m, the surface does not exceed 1.5 m. The value of m n , like m p , is established according to table. 3, the value of m p in the loam is taken equal to 1.5, and in sandy loam - 1.7.
В настоящее время заявленный способ и приведенное в табл. 4 находятся в стадии дальнейшего совершенствования, полевые испытания продолжаются.Currently, the claimed method and are given in table. 4 are in the stage of further improvement, field trials are ongoing.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015141184A RU2618334C2 (en) | 2015-09-28 | 2015-09-28 | Method of increasing slope stability of feeding drainage channel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015141184A RU2618334C2 (en) | 2015-09-28 | 2015-09-28 | Method of increasing slope stability of feeding drainage channel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015141184A RU2015141184A (en) | 2017-03-31 |
| RU2618334C2 true RU2618334C2 (en) | 2017-05-03 |
Family
ID=58505752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015141184A RU2618334C2 (en) | 2015-09-28 | 2015-09-28 | Method of increasing slope stability of feeding drainage channel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2618334C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1606582A1 (en) * | 1988-05-03 | 1990-11-15 | C.M. Койбаков | Method of protecting canal from snow drift |
| RO112201B (en) * | 1989-11-29 | 1997-06-30 | Inst De Studii Si Proiectari P | Making process and outlet canal for stabilizing the surface flowing landslides |
| RU2189420C2 (en) * | 2000-06-05 | 2002-09-20 | Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия | Hydraulic canal |
| RU2563146C1 (en) * | 2014-07-28 | 2015-09-20 | Михаил Иванович Голубенко | Method of anti-erosion protection of relief on polders for growing herbs |
-
2015
- 2015-09-28 RU RU2015141184A patent/RU2618334C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1606582A1 (en) * | 1988-05-03 | 1990-11-15 | C.M. Койбаков | Method of protecting canal from snow drift |
| RO112201B (en) * | 1989-11-29 | 1997-06-30 | Inst De Studii Si Proiectari P | Making process and outlet canal for stabilizing the surface flowing landslides |
| RU2189420C2 (en) * | 2000-06-05 | 2002-09-20 | Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия | Hydraulic canal |
| RU2563146C1 (en) * | 2014-07-28 | 2015-09-20 | Михаил Иванович Голубенко | Method of anti-erosion protection of relief on polders for growing herbs |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| МЕЛИОРАЦИЯ И ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ОСУШЕНИЕ: СПРАВОЧНИК/ Под. ред. Б.С.Маслова. - М.: "Ассоциация Экост", 2001, с. 247-249, 262-264, 277-286. * |
| МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ И ВЫБОРУ СПОСОБОВ ИХ УКРЕПЛЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ. - М: Всесоюзный НИИ транспортного строительства, 1970, глава III - глава V, приложение 1. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015141184A (en) | 2017-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Abernethy et al. | Where along a river's length will vegetation most effectively stabilise stream banks? | |
| Malenfant Lepage | Experimentation of mitigation techniques to reduce the effects of permafrost degradation on transportation infrastructures at Beaver Creek Experimental Road Site, Alaska Highway, Yukon | |
| Cedergren et al. | Development of guidelines for the design of subsurface drainage systems for highway pavement structural sections | |
| Varlamov | Thermal monitoring of railway subgrade in a region of ice-rich permafrost, Yakutia, Russia | |
| Kaczmarek et al. | The role of freeze-thaw action in dam reservoir cliff degradation assessed by terrestrial laser scanning: A case study of Jeziorsko Reservoir (central Poland) | |
| RU2324032C1 (en) | Road embankment over permanently frosen soils | |
| Fifer Bizjak et al. | The impact of climate change on the European road network | |
| Sladen et al. | Evaluation of threshold freezing conditions for winter road construction over discontinuous permafrost peatlands, subarctic Canada | |
| Leaf | Sediment yields from central Colorado snow zone | |
| RU2618334C2 (en) | Method of increasing slope stability of feeding drainage channel | |
| Paige-Green et al. | Climate Adaptation: Risk Management and Resilience Optimisation for Vulnerable Road Access in Africa | |
| Johnson et al. | Roadway design in seasonal frost areas | |
| Yu et al. | Cut-slope icing prevention: Case study of the seasonal frozen area of western China | |
| Čubanová et al. | Complex Proposal of Flood Protection Measures for Small Municipalities in the Area of Small Carpathians | |
| Meiers et al. | The use of in situ measurement of hydraulic conductivity to provide an understanding of cover system performance over time | |
| Kachanoski et al. | Comparison of the soil water cycle in clear‐cut and forested sites | |
| Juodis | Investigation of the Influence of Subgrade's Stabilization on the Decrease of Bearing Capacity of the Road Pavement Structure during the Spring Thaw Period | |
| Edgar et al. | Frost Heave Mitigation Using Polymer Injection and Frost Depth Prediction | |
| Acreman et al. | Flood frequency analysis for the 1988 Truro floods | |
| Singh et al. | Effect of canal water level on stability of its embankment and side slopes | |
| Lingnau | Observation of the Design and Performance of the Dempster Highway | |
| Hong et al. | Design of pavements on expansive soils | |
| BSw | Frost Considerations in Highway Pavement Design: West-Central United States | |
| Xia et al. | A Case Study of Slope Stability Assessment Thames River, London, Canada | |
| Oyegoke et al. | Design of storm water drainage for an estate at epe in Lagos state, Nigeria |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180929 |