Температурно-фильтрационный режим и устойчивость гидротехнических сооружений в условиях вечной мерзлоты

Номер гранта:14-05-90116
Область научного знания:науки о земле
Тип конкурса: (киргизия_а)(киргизия_а) конкурс инициативных научных проектов, проводимый совместно рффи и государственным фондом развития академической и вузовской науки при национальной академии наук киргизской республики
Год выполнения:2014г.
Руководитель: Назарова Л.А.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Цель проекта - обоснование методов оценки устойчивости и определения свойств массивов с многолетнемерзлыми породами, расположенных в регионах с повышенной сейсмичностью, на основе решения прямых и обратных задач геомеханики по данным натурных измерений. Разработанные методы и подходы будут апробированы на реальном объекте - плотине хвостохранилища с отходами вредного производства. Предусматривается: - разработка и численная реализация двумерной геомеханико-гидродинамической модели для описания эволюции полей температуры и давления в областях с подвижной границей фазового перехода между растепленной и мерзлой зонами; - формулировка и анализ разрешимости одномерных обратных задач определения теплофизических и фильтрационных параметров среды по данным измерения температуры и объема дренированного на свободной поверхности флюида; - проведения лабораторных испытаний мерзлых пород для определения зависимости деформационно-прочностных свойств от температуры и льдистости; - оценка амплитуды ускорения приповерхностной зоны, которое может генерировать сейсмическое событие, на основе оценки сейсмотектонических деформаций по данным каталогов землетрясений; - прогнозные оценки устойчивости реального геомеханического объекта на основе выполненного цикла исследований.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Разработана физически нелинейная связанная модель, описывающая термогидродинамические и деформационные процессы в окрестности защитной дамбы хвостохранилища. Модель учитывает геометрию объекта, наличие противофильтрационного экрана (ПЭ), сезонные колебания температуры, фазовый переход на границе мерзлых и талых пород, а также сейсмические воздействия от землетрясений. Подход реализован для условий, близких к реальному объекту Кыргызской Республики – золоторудному месторождению Кумтор, расположенному в криолитозоне Северного Тянь-Шаня. Расчеты, выполненные с использованием метода конечных элементов, позволили установить: - учет фазового перехода на границе раздела мерзлых и талых пород через один-два года после заполнения хвостохранилища практически не влияет на пространственное положение этой границы; - объем фильтрата V через защитную дамбу не зависит от колебания (в технологических пределах 4-8 град. С) температуры флюидов в хвостохранилище; - величина V резко снижается при незначительном увеличении протяженности горизонтального участка ПЭ; - понижение среднегодовой температуры ведет к уменьшению V; - сейсмические воздействия с преобладающей горизонтальной составляющей представляют наибольшую опасность для дамбы. В лабораторных условиях определены деформационно-прочностные свойства мерзлых пород по результатам одно- и двухосных испытаний искусственно изготовленных образцов с заданным вещественным и гранулометрическим составом, соответствующим таковому у исследуемого объекта. Установлены зависимости этих свойств от температуры, льдистости и количества циклов “замораживание-оттаивание”. Для Северного Тянь-Шаня выполнен анализ данных спутниковой геодезии и современной сейсмичности (использована общедоступная информация и база исполнителей по региональной сейсмичности), показавший, что: - абсолютные значения сейсмотектонических деформаций в окрестности рудника значительно меньше, чем на остальной исследованной территории; - амплитуды горизонтальных и вертикальных ускорений от удаленных землетрясений могут достигать величин 0.6g и 0.8g соответственно. Сформулирована и исследована на разрешимость обратная задача определения момента возникновения и местоположения разрыва противофильтрационного экрана по данным пьезометрических измерений в наблюдательных скважинах. Показано, что при известных теплофизических свойствах массива обратная задача имеет единственное решение, если: - регистрация давления ведется не менее, чем в двух скважинах по 5-7 датчиков; - точки измерения располагаются на удалении от границы мерзлых и талых пород; - уровень помех не превышает 30%. Для нелинейной термогидродинамической модели среды, полученной в результате редукции исходной двумерной модели, установлена разрешимость обратной задачи определения коэффициентов температуропроводности и фильтрации по измерениям температуры вдоль скважины и расхода флюида.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 29.03.2024.
Помог ли вам материал?
0    0