1 1

Researсh and teaching laboratory «Hydrological and technical safety of hydraulic structures»

Construction of Boguchansk HPP (3000 MW) in Siberia, August 2007

2 2

Main aim of Laboratory “Hydrological & Technical Safety of Hydraulic Structures”

(HydroLab) HydroLab is intended for training students of our Department for Bachelors of Engineering and Masters of Science in principal subjects and courses of Civil and Hydraulic Engineering as well as for involvement of students in their research activity in the hydroproject planning, design and safe operation of hydraulic structures and dams.

3 3

Principal research areas • 1. Numerical and physical (model) investigations of

hydrological, hydraulic, static and seismic safety of dams and weirs.

• 2. Numerical analyses of the stability and stress-strain state of the embankment dams and slopes under action of static and seismic loads.

• 3. Numerical analyses of static and seismic stability and strength of roller compacted concrete dams as an effective method for the optimizing profiles of these dams on rock and soil foundations.

• 4. Analytical and model investigations of hydraulic regimes of weirs, spillways and out-lets and и their water flow interaction with the downstream.

• 5. Model and numerical studies of streams interaction with deformable river beds (channel deformations and scour, erosion of river beds, banks and estuaries).

4

Professional activity areas• 1. Experimental studies on physical models, flumes and units for

principal subjects and courses (Fluid Mechanics, Hydrology, Engineering Hydraulics, Hydraulic Structures and Dams, etc.) for bachelorship and mastership programs of Department of Hydraulics and Hydraulic Structures.

• 2. Numerical simulation or modeling of performance of hydraulic structures under action of static and seismic loads (in the frame of principal subjects and courses of bachelorship and mastership programs with the use of educational and commercial software programs, see table 1).

• 3. Computer modeling of dam safety: dam breach or break and moving of breach wave in down-steam area (for mastership programs, see table 2).

• 4. Experimental and numerical modeling to provide testing and training graduates and postgraduates of Department for specialities Hydraulic Engineering and Engineering Hydraulics and Hydrology

• 5. Contractual and state-supported investigations for principal research areas of HydroLab.

5 5

Important research and design achievements• 1. Participation in hydraulic & geotechnical researches for design of high dams and

large hydropowerplants: Boguchansk (80m, 3000 MW, Russia), Nurek (300m, 2700 MW) & Rogun (335m, 3600 MW) in Tadzhikistan, Terhi (261m, 2200 MW) in India.

• 2. Analyses & design of large dams: Guavio rockfill dam with clay core (RFCC, H=245m) & Miel RCC dam (188m) in Colombia); Marcabeli concrete face rockfill (CFR) dam (192m), Salve-Faccha RFCC dam (48m), Chongon eartfill dam (55m), Sorocucho earthfill dam (30m) in Ecuador; Djedra CFR dam (60m) in Algeria, etc.

• 3. New two-phases visco-plastic model of asphaltic concrete (AC) was developed & used for stress-strain state analysis & technical safety assessment of Boguchansk rockfill dam (under initial construction in Siberia) with liquid & compacted AC.

• 4. New software program (PL-STRESS) of coupled analysis of stress-strain state & consolidation of elasto-plastic soils of embankment dams & its foundations, which were used in design of some embankment dams in Russia & abroad.

• 5. New technological & safety structures of very lean RCC dams of symmetrical profile (new variant of “Hardfill” structures) & concrete face rockfill dams with very lean RCC transition zones were developed & used in design of some of these dams on soft rock & dense soil foundations in Russia & abroad.

• 6. New structures of high-head shaft spillway tunnels of vortex type were developed & used in design of Rogun HPP in Tadzhikistan & construction of Tehri HPP in India.

• 7. New scientific results were received for formation of channel forms, caused by kinematic structures acting in stream flows.

• 8. Environmental technologies, treatment & utilization of technogenetics waste of operation of thermal power plants (active & inactive flay-ash) in filling & consolidation grouting of hydraulic & transport tunnels & construction of RCC dams.

6 6

List of software programs for analyses of hydraulic & underground structures. Table 1Код и название программы Владелец

программы,   

ее статус

Операционная среда (пред- и постпроцес-сорная обработка)

Пользователи программ

UST - Расчет статической и сейсмической устойчивости грунтовых откосов плотин

НИИЭС (Россия), свободный

DOS (есть) Бакалавры

Программа NLSTRESS. Расчеты НДС грунтовых сооружений с использованием гиперболической модели грунта

Ляпичев  Ю. П. (РУДН), свободный

DOS (ввод данных в блокноте, результаты расчетов обрабаты-ваются Surfer) 

Бакалавры,

магистры

 

Проф. пакет CADAM Расчеты статического и сейсмического НДС и устойчивости бетонных гравитационных плотин

Политех. университет Монреаля (Канада), свободный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализа-ция, печать данных)

Бакалавры,

магистры

Проф. пакет Visual ModFlow Расчет установившейся и неустановившейся фильтрации в грунтовых основаниях и сооружениях

Компания Schlumberger (Германия), лицензионный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализа-ция, печать данных)

Бакалавры,

магистры,

аспиранты

Проф. пакет PLAXIS B.V. Расчеты НДС, устойчивости и фильтрации в подземных и грунтовых сооружениях

Компания PLAXIS (Голландия), лицензионный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализа-ция, печать данных)

Бакалавры, магистры

Проф. пакет FLAC-5. Расчеты статического и сейсмического НДС, устойчивости, консолидации и фильтрации в грунтовых сооружениях

Корпорация ITASCA (США), лицензионный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализа-ция, печать данных)

Магистры, аспиранты,

Проф. пакет FLAC/Slope Расчеты статической и сейсмической устойчивости откосов грунтовых и подземных сооружений

Корпорация ITASCA (США), лицензионный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализа-ция, печать данных)

Бакалавры, магистры, аспиранты

Универсальный пакет ADINA Расчеты статического, сейсмического и температурного НДС, устойчивости, фильтрации в сооружениях

Компания ADINA (США), учебный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализа-ция, печать данных)

Магистры, аспиранты,

7 7

Код и название программы Владелец программы,   

ее статус

Операционная среда (пред- и постпроцес-сорная обработка)

Пользователи программ

Проф. пакет MIKE-11.

Одномерные гидравлические и гидрологические расчеты пропуска паводков (включая волны прорыва) и последствия их воздействий в НБ

Компания DHI Water and Environmental

(Дания), лицензионный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализация, печать данных)

Магистры, аспиранты,

Проф. пакет MIKE-21

Двухмерные гидравлические и гидрологические расчеты пропуска паводков и последствий их воздействий в ВБ

Компания DHI Water and Environmental

(Дания), лицензионный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализация, печать данных)

Магистры, аспиранты,

Проф. пакет CADAM. Расчеты статического и сейсмического НДС и устойчивости бетонных гравитационных плотин

Политех. университет Монреаля (Канада), свободный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализация, печать данных)

Бакалавры,

магистры

Проф. пакет Visual ModFlow Расчет установившейся и неустановившейся фильтрации в грунтовых основаниях и сооружениях

Компания Schlumberger (Германия),

лицензионный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализация, печать данных)

Бакалавры,

магистры,

аспиранты

Проф. пакет FLAC-5. Расчеты статического и сейсмического НДС, устойчивости, консолидации и фильтрации в грунтовых сооружениях

Корпорация ITASCA (США), лицензионный

Windows 98/XP (пред- и постпроцессорная обработка, визуализация, печать данных)

Магистры, аспиранты,

List of software programs for safety assessment of hydraulic structures. Table 2

8 8

Innovation equipment (UK): • Large hydraulic flume Armfield S6-MkII for academic &

research studies of dynamics of turbulent streams & hydraulics of spillways & outlets with the set of removable models of spillways & outlets;

• Installation for studies of movable channels & vizualisation of streams (S2-4М-А);

• Installation for studies of hydrological & channel processes (S12-MKII-50-A) with the set of removable models;

• Installation for studies of the pluvial flood hydrograph (S10-A);• Drainage-seepage stand (S1-А);• Channel flume for studies & demonstration of channel

deformations (S8-MKII-A);• Installation for studies of regimes of subsurface soil waters

(S11-A);• Stand for studies of main processes of sedimentaion (W2-A);• Vibration system (CS-18 VLF);• Low-frequency ultrasonic defectoscope (А1220);

9 9

Large hydraulic flume Armfield S6-MkII (UK) for academic & research studies of dynamics of turbulent streams & hydraulics of spillways & outlets

Model of round-crested spillway Model of spillway with V-type cut

10 10

LIST OF LABOLATORY TASKS IN HYDRAULIC FLUME S6-MKII Работа 1. Исследования характеристик потока при истечении из-под затвора водосброса Работа 2. Нагрузки на плоский скользящий затвор (определение

зависимости между давлением ВБ и распором на затвор при истечении потока из под затвора)

Работа 3. Критическая глубина потока - вывод формулы удельной энергии потока (определение зависимости между удельной

энергией и напором ВБ при истечении потока с водослива с острой кромкой)

Работа 4. Гидравлический прыжок (Исследования характеристик гидравлического прыжка при истечении потока из-под водослива с острой нижней кромкой)

Работа 5. Исследования характеристик потока через прямоугольный водослив с острой верхней кромкой (определение зависимости между напором ВБ и расходом воды через водослив с острой верхней кромкой)

Работа 6. Исследования характеристик потока через треугольный щелевой водослив с тонкой стенкой (определение зависимости между напором ВБ и расходом воды через щелевой водослив с тонкой стенкой)

Работа 7. Исследования характеристик потока через водослив с широким порогом с острой входной кромкой (определение зависимости между напором ВБ и расходом воды через водослив с широким порогом)

Работа 8. Исследования характеристик потока через водослив с широким порогом с плавной входной кромкой (определение зависимости между напором ВБ и расходом воды через водослив)

Работа 9. Исследования характеристик потока через лоток Вентури (определение зависимости между напором ВБ и расходом воды через лоток Вентури)

11 11

• Работа 10. Исследования характеристик потока через водослив практического профиля (определение давления воды на водосливную поверхность и зависимости между напором и расходом воды)

• Работа 11. Исследования характеристик потока через водосливные плотины (определение режимов потока на водосливе при различных его сопряжениях с нижним бьефов)

• Работа 12. Исследования характеристик потока через сифонный водослив (определение зависимости между напором ВБ и расходом через водослив, расчет коэффициента расхода и наблюдение работы сифона)

• Работа 13. Исследования характеристик потока через автоматический сифонный водослив (определение зависимости между напором ВБ и расходом через водослив, коэффициента расхода и работы сифона)

• Работа 14. Исследования характеристик потока через гравелистое русло (исследование влияния шероховатого русла на глубину потока при различных расходах и получение соответствующего коэффициента шероховатости по формуле Маннинга)

• Работа 15. Исследования характеристик потока через гравелистое русло (исследование влияния гофрированного русла на глубину потока при различных расходах и получение соответствующего коэффициента шероховатости по формуле Маннинга)

• Работа 16. Исследования характеристик потока вокруг цилиндрической вертикальной сваи (исследование влияния расхода воды и числа Рейнольдса на режимы потока вокруг сваи)

• Работа 17. Исследования гидравлического подъема и сопротивления потока на трех моделях (определение гидравлического сопротивления на трех моделях и определение подъема на аэродинамической модели)

• Работа 18. Исследования характеристик потока через треугольный водослив (определение зависимости между напором ВБ и расходом через водослив, модульного предела и наблюдение полученных режимов)

• Работа 19. Исследования характеристик потока через лоток Паршала (исследование режимов потока через лоток Паршала и сравнение результатов измерений со стандартными контрольными графиками)

12 12

№1. Channel flume for studies of channel №2. Installation for studies of movable deformations (S8-MKII-A) channels & vizualisation of streams

(S2-4М-А)

№3. Drainage-seepage stand (S1-А) №4. Installation for studies of pluvial

flood hydrograph (S10-A)

13 13

№5. Installation for studies of regimes of subsurface soil waters (S11-A)

№6. Installation for studies of hydrological & channel processes (S12-MKII-50-A) with the set of removable S12-models

№7. Stand for studies of main processes of sedimentaion (W2-A)

14 14

Laboratory tasks in channel flume S8-MkII Работа 1. Исследование режимов потока в неподвижных и гладких руслах.• Спокойный, суб-критический поток - движение поверхностных волн навстречу потоку • Быстрый, супер-критический поток, преобладающий над гравитационными силами, ударные волны при стеснении

потока• Гидравлический прыжок - переход от супер- к суб-критическому потоку, захват воздуха потоком и перемешивание

воды и воздуха• Турбулентность - визуализация потока на примере окрашивания потока инъекцией красителя с помощью шприца• Измерения расхода потока с помощью водослива с широким порогом с острой входной кромкой

Определяющие уравнения открытых русловых потоков - числа Рейнольдса, Фруда, уравнение неразрывности потока, уравнение Бернулли, уравнения пропускной способности водосливов.

• Работа 2. Исследование режимов потока в подвижных песчаных руслах.• Последовательность развития русловых форм при росте скорости потока и транспорта наносов. Нижний режим

русловых деформаций: плоское русло (без движения наносов), донные перекаты, перекаты и дюны, дюны, их размыв• Верхний режим русловых деформаций: плоское русло (с движением наносов), стоячие волны, антидюны,

разрушение антидюн, спрямление между меандрами и образование прудков• Работа 3. Механика транспорта наносов.• Начиная с плоского русла при перемещении частиц грунта можно наблюдать: начало движения наносов, траектория

начального движения наносов, движения наносов перекатом и сдвигом (контактная сила), движения наносов прыжками (сила прыжка)

• Работа 4. Особенности и формы отложения наносов.• Наблюдение отложения наносов и русловых форм в песке (поперечные перекаты, фронтальные конусы выноса и др).• Работа 5. Местные размывы русла вокруг сооружений.• Изучаются влияние мостовых опор, креплений русла, порогов или других гидросооружений на конечные формы

местных размывов. В лотке используются модели мостовой опоры и водослив с истечением из-под кромки затвора.• Работа 6. Структура руслового потока.• Структура турбулентности потока может быть изучена путем окрашивания потока инъекцией красителя. Этот метод

особенно эффективен при изучении конфигурации русловых дюн • Работа 7. Гистерезисные русловые формы.• Эти формы хорошо демонстрируются на лотке. Гидрограф паводка моделируется путем повышения и снижения

расхода, и разные глубины потока наблюдаются при одном и том же расходе на ветвях подъема и спада гидрографа. • Работа 8. Расчеты русловых деформаций.• Сопротивление потока: коэффициенты трения (шероховатости) Маннинга, Шези и Дарси-Вейсбаха для различных

конфигураций русловых форм • Прогноз русловых форм: диаграммы скорости Хьюлстрома, Богарди, графики Симонса и Ричардсона (мощность

потока), графики Лидера (граничные касательные напряжения), перемещения наносов при взвешивании• Возникновение перемещения наносов: кривая Хьюлстрома, диаграмма Шилдса• Работа 9. Исследования режимов потока в гравелистых руслах.

15 15

S12-MkII - Installation for studies of hydrological and channel processes Назначение установки• Эта установка демонстрирует некоторые из главных физических процессов в гидрологии,

гидрогеологии и речной геоморфологии, включая: речные гидрографы для речных бассейнов с переменной проницаемостью, поглощение грунтовых вод разгрузочными колодцами с и без поверхностного дождевого питания, образование речных русловых форм и влияние транспорта наносов. Для этой небольшой установки могут быть получены вполне реальные результаты экспериментов в перечисленных областях гидрологии, гидрогеологии и геоморфологии.

Характеристики установки• 1. Автономная напольная установка для изучения и демонстрации основных процессов в

гидрологии и речной геоморфологии, состоящая из следующих элементов:• (a) Резервуара из нержавеющей стали 2мx1м с переменным уклоном с помощью двойной

домкратной системы• (b) 8 насадок-распылителей из нержавеющей стали, смонтированных на портале с регулируемой

высотой• (c) Успокоительный резервуар, обеспечивающий устойчивый речной приток в бассейн • (d) 2 расходомера на 3 и 5 л/мин для измерения и регулировки расхода притока• (e) Выпускной резервуар, позволяющий измерит расход воды и наносов• (f) 2 французские дрены, 3 разгрузочных колодца и 20 манометров в точках отвода, связанных с

пакетом манометров• (g) Большой пластмассовый отстойник с насосом для рециркуляции воды в системе Перечень лабораторных и экспериментальных работ• 1. Определение гидрографов речного стока для моделей речных бассейнов включающие

повторяющиеся и передвигающиеся штормы, влияние емкости водохранилища и дренирования территории бассейна.

• 2. Построение кривых спада уровней грунтовых вод в песчаном основании для систем из одного или двух разгрузочных колодцев.

• 3. Определение гидравлических градиентов в подземных грунтовых водах.• 4. Исследование модели речного стока в аллювиальном грунте. • 5. Исследование образования и развития речных форм. • 6. Исследование транспорта наносов, развития русловых воздействий, русловых размывов и

эрозии.

16 16

S8 Mkll – Channel for studies and demonstration channel deformations Назначение руслового лотка S8-MkII• Этот русловой лоток позволяет демонстрировать полный диапазон русловых форм, возникающих в лотке

при увеличении расхода воды и (или) уклона лотка. Это простой и недорогой лоток может использоваться для проведения большинства экспериментов и демонстраций, обычно выполняемых в намного более крупных и дорогих лабораторных лотках.

• Несмотря на то, что этот лоток слишком небольшой для проведения полномасштабных исследований русловых процессов он может играть полезную роль при демонстрации и проведении небольших экспериментов в области гидравлики открытых потоков и транспорта русловых наносов для подготовки специалистов и магистров в области гидротехнического строительства, охраны окружающей среды и физической географии.

Конструкция лотка• Это - наклоняемый русловой лоток, смонтированный на раме с питающим резервуаром и насосом,

обеспечивающим рециркуляцию воды.• Перед началом работы вдоль лотка между питающим резервуаром и пере-ливным водосливом укладывается

ровный слой песка крупностью 0,1-0,3 мм.• Уклон лотка устанавливается с помощью тонкого винтового домкрата, на котором закреплен индикатор

уклона лотка.• Стенки лотка прозрачные, что позволяет наблюдать изменения форм русла и одна секция лотка имеет

графическую маркированную сетку, что позволяет качественно оценить динамику русловых форм. Основные характеристики• 1. Прозрачный русловой лоток с переменным уклоном и мобильным руслом предназначен для

исследования и демонстрации целого ряда русловых форм от начального перемещения частиц русловых отложений до размывов русла.

• 2. В лотке предусмотрена рециркуляция воды с помощью насоса.• 3. В лотке с помощью переключателя на насосе можно установить 3 значения расхода воды от 0,2 до 0,6 л/с

с последующим их замером.• 4. Уклон лотка может установлен в диапазоне от 0 до 10%• 5. Рабочие размеры лотка: длина 1,55 м, ширина 78 мм, глубина 110 мм.• 6. При демонстрации процессов размывов русла используются съемные модели водослива с истечением из-

под щита и мостовая опора.• 7. Калибровка уровней воды при работе водослива с истечением из-под щита производится уровнемером.

17 17

S10 – Installation for studies of pluvial flood hydrographs• Эта установка, несмотря на свои небольшие размеры, может наглядно демонстрировать некоторые

следующие важные физические процессы в гидрологии: зависимость между дождевыми осадками и стоком с поверхности речного бассейна с переменной проницаемостью и поглощение подземных грунтовых вод с помощью разгрузочных дренажных колодцев, с и без подпитки поверхностного стока дождевыми осадками.

• Таким образом, эта установка демонстрирует важный гидрологический цикл, связанный с выпадением «чистых» дождевых осадков на грунтовой поверхности и поверхностным стоком речных водотоков бассейна.

Перечень лабораторных демонстрационных работ• 1. Изучение штормовых гидрографов от одного или ряда дождевых штормов.• 2. Изучение штормовых гидрографов для ранее водонасыщенного бассейна.• 3. Изучение штормового стока для водонепроницаемого речного бассейна.• 4. Влияние передвигающегося шторма на гидрограф речного паводка.• 5. Влияние емкости водохранилища на гидрограф паводка.• 6. Влияние дренажей территории на гидрограф паводка. Описание установки• Демонстрационные опыты начинаются с использования резервуара с гравием, который включает

устройства для подачи воды на гравелистую поверхность и измерения стока. Резервуар с гравием изготовлен из мягкой стали с горячей эмалировкой и опирается на стальную рам на полу. Размеры резервуара: длина 1,2 м, ширина 0.6 м, высота 0,2 м. Вода подается на две квадратные системы с распылительными насадками через контрольную задвижку, расходомер (расходы 0,4-4,4 л/мин) и соленоидный клапан. Дождевой сток регулируется на выходе из одного торца резервуара. Сборное и измерительное устройство расположено вблизи выходного патрубка резервуара. Резервуар содержит передвижную емкость, разделенную на 17 отделений. Эта емкость смонтирована на подставке, входящей в блок привода электродвигателя и центрального дренажного лотка. Контрольная консоль используется для контроля передвижной емкости и подачи воды на наконечники распылительных насадок. Может быть использован контроль времени при работе каждого отделения передвижной емкости резервуара и контроль общего времени с начала эксперимента.

• Вода в передвижной емкости позволяет получить промежуточные гистограммы дождевого стока во времени.

• Ряд дополнительных устройств установки позволяет демонстрировать влияние на дождевой сток емкости и сработки водохранилища и дренирование территории речного бассейна.

18 18

S1A – Drainage-seepage stand• Этот автономный стенд (щелевой лоток) предназначен для экспериментального изучения

студентами фильтрации в пористых средах. Практическая демонстрация и возможности визуализации • Визуализация линий фильтрационных токов• Построение фильтрационной сетки• Определение фильтрационных расходов• Проверки закона Дарси• Сравнение результатов экспериментов и аналитических решений Основные характеристики стенда• Автономный стенд (щелевой лоток) с рабочими размерами 150х10х60 см предназначен для

изучения фильтрации воды через пористые среды.• Стенд с передней стенкой из закаленного стекла и задней - из алюминия позволил включить в

него 6 напорных штуцеров.• Конструкция боковых опор стенда обеспечивает свободный доступ внутрь него с

минимальной помехой осмотру.• Стенд имеет отстойник, центробежный насос, стартер и контрольную задвижку, систему

инъекционного подкрашивания потока и комплект съемных моделей.• К стенду приложен подробный справочник с исходными данными экспериментов. Лабораторные работы• 1. Фильтрация под свайной шпунтовой стенкой• 2. Фильтрация через земляную плотину• 3. Контроль фильтрации через проницаемые грунты в дренаж в подстилающем грунте• 4. Распределение противодавления на подошву гидросооружений• 5. Снижение противодавления и бокового давления воды вследствие дренажа• 6. Образование и поведение «подвижного» (зыбучего) песка• 7. Устойчивость откосов земляной плотины 8. Дренаж котлована с помощью разгрузочных колодцев

19 19

S11 - Installation for studies of regimes of subsurface soil waters Общая характеристика установки• Эта установка, несмотря на свой небольшие размеры, способна демонстрировать

гидрологические законы движения подземных грунтовых вод и их применение при проектировании подземных и гидротехнических сооружений, что важно при подготовке инженеров-гидротехников и гидрогеологов.

• Установка весьма эффективна для проведения любых лабораторных и практических работ по специальности гидротехническое и подземное строительство. На ней можно также проводить лабораторные работы по демонстрации рисков паводков при выполнении дренажных и осушительных работ в бассейне реки, использовании разгрузочных колодцев для отвода подземных вод, осушения и дренирования озер и водоносных территорий.

• Установка позволяет быстро и просто продемонстрировать трехмерные режимы речного стока модели речного бассейна с замером необходимых пьезометрических уровней в наиболее важных точках модели бассейна.

Перечень демонстрационных лабораторных работ• 1. Изучение гидравлических градиентов в подземных грунтовых водах, включая влияние

проницаемости грунта.• 2. Изучение конуса спада поверхности грунтовых вод при одном простом разгрузочном

колодце в водоносном грунте неограниченной мощности.• 3. Изучение конуса спада поверхности грунтовых вод при одном простом разгрузочном

колодце в водоносном грунте ограниченной мощности.• 4. Изучение снижения поверхности грунтовых вод при двух разгрузочных колодцах (рис. 4).• 5. Осушение котлована с помощью двух разгрузочных колодцев.• 6. Осушение озера или водоносной территории.• Примечание. В дополнение к перечисленным лабораторным работам, для которых имеются

соответствующие методические указания студенты и аспиранты могут построить другие модели гидрологических и гидрогеологических ситуаций и исследовать их на установке.

20 20

W2 - Installation for studies of regimes of subsurface soil waters • Стенд W2 предназначен для изучения основных физических процессов седиментации

(отложения наносов). Описание стенда• Седиментация - процесс отложения наносов, широко используемый при очистке

природной воды и сточных вод. Стенд позволяет продемонстрировать три различных режима или характеристик седиментации для любой выбранной системы осадок-вода.

• Каждая из 5 одинаковых градуированных стеклянных трубок на вертикальной панели стенда может быть снята для ее промывки, наполнения и смешивания твердых частиц. Растворы с различным количеством суспензии помещаются в трубки для наблюдения за разной скоростью седиментации путем измерения изменений во времени высоты расположения контакта твердые частицы-вода.

• Оборудование автономного стенда включает: таймер, три 2-х литровых пластмассовых мензурок и пикнометр. Для взвешивания твердых частиц необходимо иметь точные весы. Весь стенд смонтирован на стальной подставке и освещается при работе задней подсветкой.

Характеристика стенда• 5 градуированных полых стеклянных трубок диаметром 51 мм и длиной 1м,

смонтированных вертикально на панели.• Трубки подсвечиваются сзади и могут сниматься для прочистки.• Имеется таймер, три 2-х литровых пластмассовых мензурок и пикнометр. Перечень лабораторных работ• 1. Влияние начальной концентрации наносов на скорость отложения наносов.• 2. Построение кривых скорости отложения наносов из опыта с одной порцией наносов.• 3. Влияние начальной высоты суспензии на скорость отложения наносов.• 4. Влияние зернового состава наносов на скорость их отложения.• 5. Использование добавок-флокулянтов на скорость отложения наносов.

21 21

Студенты кафедры гидравлики и гидросооружений знакомятся с новым оборудованием лаборатории

22 22

Студенты кафедры гидравлики и гидросооружений знакомятся с новым оборудованием лаборатории

УМК-99. Ляпичев Ю.П. Гидротехнические сооруженияПрограмма курса «Гидротехнические сооружения»:

• В программе курса «Гидротехнические сооружения» приведены общие сведения о гидросооружениях (ГС), особенностях их работы. Рассмотрена классификация ГС, основные нормативные положения их проектирования, основные типы компоновок низко- и средненапорных гидроузлов, схемы пропуска расходов реки при строительстве гидроузлов, нагрузки на ГС, этапы их проектирования, оценка воздействий ГС на окружающую среду.

• Рассмотрены типы флютбетов бетонных плотин на нескальном основании, основы расчетов напорной фильтрации в основании флютбетов, схемы расположения понуров, дренажей, стенок-завес в основании флютбета, их влияние на противодавление и фильтрационные градиенты. Рассмотрены расчеты фильтрации в нескальном основании флютбета методами удлиненной контурной линии, ЭГДА, коэффициентов сопротивлений и численным методом, общей и местной фильтрационной прочности грунтов основания, виды фильтрационных деформаций в них.

• Рассмотрены бетонные водосливные плотины на нескальном основании, схемы их подземного контура и его элементы, устройства выхода фильтрационного потока в нижний бьеф (НБ). Дано определение ширины водосливного фронта бетонной плотины, ширины быков, напора на водосливе и отметки гребня. Приведены основные типы и элементы креплений Н.Б. (гасители, водобой, рисберма, концевое устройство), конструкции плотин (водосливные оголовки, типы затворов, быки, устои, деформационные швы). Рассмотрена нормативная методика расчетов устойчивости и прочности бетонных плотин на нескальном основании, применение укатанного бетона в этих плотинах.

• Рассмотрены земляные и каменно-земляные плотины (их общая классификация, требования к грунтовым материалам плотин и их основные физико-механические характеристики). Дан прогноз расчетных геотехнических характеристик глинистых и песчано-гравелистых грунтов плотин. Подробно рассмотрены земляные насыпные плотины (их классификация, конструкции плотин, крепления откосов и их подбор, дренажи и фильтры и их подбор). Приведены расчеты параметров волновых воздействий на верховые откосы земляных и каменно-земляных плотин, превышения их гребня над НПУи крепления их верховых откосов на волновые воздействия. Приведены расчеты фильтрации в земляной плотине на водоупоре и проницаемом основании методом ЭГДА и численным методом, общей и местной фильтрационной прочности этих плотин на водопроницаемых нескальных основаниях, виды фильтрационных деформаций в этих плотинах и их основаниях. Рассмотрены каменно-земляные плотины (их конструкции, крепления откосов, глинистые ядра, фильтры, переходные зоны и боковые призмы, способы сопряжения глинистых ядер с основанием). Даны основы расчета консолидации и осадок в глинистых ядрах каменно-земляных плотин в период их строительства и устойчивости их откосов на статические воздействия по программе UST.

• Рассмотрены земляные плотины с экранами из асфальтобетона (АФБ) (состав и физико-механические характеристики АФБ, конструкции этих плотин, их сопряжение с основанием), применение геомембран в качестве экранов и геотекстиля в качестве дренажей земляных плотин, применение обычного и укатанного бетона в земляных плотинах для обеспечения безопасного перелива паводка через их гребень.

• Рассмотрены поверхностные береговые водосбросы (быстротоки, трубчатые водосбросы, размываемые земляные вставки), типы их подходного каналов, оголовков, транзитных и выходных участков. Приведены 23 расчеты и конструкции берегового водосброса-быстротока и трубчатого водосброса в теле земляных плотин (условия их применения, типы оголовков, транзитных и выходных участков, сопряжения с земляной плотиной)

25 24

УМК-64. Ляпичев Ю.П. Гидрологическая и техническая безопасность гидросооруженийПрограмма курса:

• В программе курса «Безопасность гидросооружений (ГТС)» кратко рассмотрены основные аспекты этой проблемы: гидрологические (включая гидродинамические), технические (мониторинг состояния или поведения ГТС при действии статических и сейсмических воздействий, фильтрационные, гидравлические, геотехнические), а также экономико-правовые аспекты проблемы: оценка основных ущербов (экономического, социального и экологического), Федеральный закон о безопасности ГТС и страховании гражданской ответственности за причинение вреда при аварии ГТС, представление деклараций безопасности ГТС.

• Рассмотрены основные причины аварий грунтовых и бетонных плотин с учетом времени их постройки в разных странах (статистические данные Международной комиссии по большим плотинам), примеры разрушений крупных плотин с большим экономическим и социальным ущербами.

• Изложены основы методики оценки уровня безопасности ГТС, структура факторов их безопасности, таблицы для ранжированной оценки факторов и уровня безопасности ГТС. Методика предназначена для детерминированной оценки возможного риска аварий и состояния эксплуатируемых ГТС и применяется при составлении деклараций безопасности ГТС и при проведении их обследований.

• Изложены основы методики определения критериев безопасности ГТС включая определение критериальных значений диагностических показателей их состояния, прогностических математических моделей ГТС и процедуру назначения и уточнения критериев их безопасности на этапах их проектирования и эксплуатации.

• Более подробно рассмотрены особенности определения критериальных значений различных диагностических показателей состояния бетонных и грунтовых плотин: их осадки и горизонтальные перемещения, трещинообразование в водоупорных элементах грунтовых плотин, фильтрационная прочность и фильтрационные расходы грунтовой плотины и ее основания. Рассмотрены примеры определения критериальных значений диагностических показателей состояния бетонных и грунтовых плотин Воткинской ГЭС.

• Изложены основы вероятностных расчетов для количественной оценки безопасности плотин (расчет степени риска аварий плотин), построения вероятностных математических моделей аварий плотин.

• Рассмотрены основы методики расчета волны прорыва напорного фронта гидроузла: выбор сценария аварии плотины, метода расчета волны прорыва, исходные данные для моделирования этой волны, использование программ расчета волны  прорыва и ее распространения в НБ.

• Изложены основы методики ориентировочной и укрупненной оценки экономического и социально-экологического ущербов от прорыва напорного фронта гидроузла (разрушения плотин), подробно рассмотрен пример укрупненной оценки этих ущербов.

25

Staff of researсh & teaching laboratory «Hydrological & technical safety of hydraulic structures»• - научный руководитель, проф., д.т.н. Ляпичев Ю.П.,• - административный руководитель, доц., к.т.н. Пономарев Н.К.,• - члены научного коллектива: доценты, к.т.н. Елфимов В.И., Синиченко Е.К., Грищук И.А.,

ассистент Кумеров Д.А., аспиранты и магистры 1 и 2 курсов. В состав НЛ входят три экспериментальные(№1-3) и две расчетные (№4-5) группы и одна

(№6) группа измерительно-вычислительных устройств:• Инженерная, речная и строительная гидравлика, русловые процессы.• Гидросооружения (водосбросы, грунтовые и бетонные плотины).• Гидрология и водное хозяйство, гидроэкология.• Компьютерное моделирование статики и динамики (сейсмостойкости) гидротехнических и

специальных подземных сооружений. • Компьютерное моделирование безопасности гидросооружений: прорыва напорного фронта

гидроузла и прохождения волны прорыва в НБ.• Контрольно-измерительная аппаратура (КИА) и компьютерная обработки результатов

экспериментов. • Расчетные группы 4 и 5 кроме своих основных задач могут также выполнять компьютерное

(численное) моделирование экспериментальных исследований на физических моделях, проводимых по группам 1-3.

Contact information• 117923 - Москва, ул. Орджоникидзе, 3, инженерный факультет, кафедра гидравлики и

гидросооружений, НЛ «Безопасность гидросооружений».• Руководитель - проф., д.т.н. Ляпичев Юрий Петрович (моб. 8-910-4913416; e-mail: lyapichev@mail.ru) .