Перечисленные характеристики надежности являются основными понятиями математической теории надежности и определяются путем статистической обработки результатов наблюдений.

Об эксплуатационной надежности ограждающей дамбы можно судить, сравнивая фактические значения параметров качества с назначенными по условиям надежности. Параметры или показатели качества грунтовых дамб, характеризующие эксплуатационные требования, можно разделить на две группы: показатели назначения и показатели конструктивной надежности.

К показателям назначения грунтовых дамб относятся значения максимального и минимального напоров, геодезические отметки гребня дамбы и отметки гребня противофильтрационного экрана.

Грунтовая дамба в целом, её отдельные элементы и конструкции в процессе эксплуатации должны соответствовать следующим показателям конструктивной надежности: общей и местной прочности, общей и местной устойчивости, общей и местной фильтрационной прочности, трещиностойкости, морозостойкости, коррозионной стойкости, температурной устойчивости и биостойкости.

В Республике Беларусь за 42 года эксплуатации дамб шламохранилищ РУП «ПО «Беларуськалий» не было ни одного отказа. Отсутствует такая статистика и за рубежом. В связи с отсутствием достаточной статистики отказов оградительных дамб шламохранилищ, представляют интерес данные о причинах аварий и повреждений грунтовых плотин, которые по конструкции и характеру работы практически полностью соответствуют дамбам шламохранилищ. В литературе [4, 5] приводятся данные ряда авторов Мидлбрук (США), Грунер (Швейцария), Такаси (Япония), которые обобщили причины аварий 30…40 грунтовых плотин. По данным этих авторов в качестве основных причин аварий плотин были: недостаточная пропускная способность водосбросных сооружений, что привело к переливу воды через гребень плотин - 30…38%; фильтрационные деформации тела плотин и грунтов основания - 33…56%; оползание и деформации откосов - 15%; волновые воздействия - 5%; землетрясения - 6…34%; прочие (биоповреждения, воздействие льда) - 4…5%. Наиболее полные исследования по выявлению статистики аварий грунтовых плотин были выполнены под руководством М.И. Гогоберидзе [6, 7]. На основе анализа аварий были получены значения интенсивности аварий от времени эксплуатации t грунтовых плотин, приведенные в табл. 1.

Как видно, наибольшая интенсивность отказов наблюдается в первые пять лет эксплуатации грунтовых плотин и, особенно в первый год, когда проявляются все недостатки изысканий и производства работ. Через 10…15 лет эксплуатации отказы будут возникать на 4…5 плотинах из каждой тысячи находящихся в эксплуатации. Затем, рост числа отказов приходится на период после 50…60 лет эксплуатации, что связано с процессом старения и износа материалов. Кроме того, отмечается повышенная аварийность низких (до 15…20 м) плотин, что является следствием недостаточной тщательности их проектирования, строительства и особенно эксплуатации.

шламохранилище авария риск

Изменение интенсивности аварий грунтовых плотин в зависимости от времени эксплуатации

На основе анализа конструкций грунтовых плотин и ограждающих дамб, их аварий и повреждений было выделено 11 основных объектов диагностирования: верховой откос и его крепление; низовой откос и его крепление; гребень и его крепление; противофильтрационное устройство в теле дамбы; противофильтрационное устройство в основании дамбы; дренажное устройство; ливнеотводящие и дренажные канавы; зона сопряжения с бетонным сооружением; зона сопряжения с основанием; зона влияния дамбы со стороны шламохранилища; зона влияния дамбы со стороны ограждаемой территории.

Каждый объект диагностирования грунтовой дамбы в процессе эксплуатации характеризуется определенной совокупностью параметров и качественных признаков технического состояния. Параметры (деформации, фильтрационный расход и др.) измеряются с помощью соответствующих средств измерений, а качественные признаки (трещины, просадки, выход фильтрационного потока и др.) регистрируются визуально.

При оценке состояния дамбы для каждого объекта диагностирования необходимо установить нормативные значения контролируемых параметров, а также дать перечень качественных признаков, характеризующих отклонение от нормального состояния. Непригодность к нормальной эксплуатации определяется путем сравнения с номинальным значением измеряемого параметра, а непригодность к эксплуатации - сравнением с предельным значением параметра.

Оценка степени риска возникновения аварий на шламохранилищах СОФ 4-го РУ РУП ПО «Беларуськалий»

В связи с отсутствием аварий на шламохранилищах ПО «Беларуськалий» за все годы их эксплуатации, а также из-за отсутствия методики расчета степени риска разрушения дамб шламохранилищ, оценка степени риска возникновения гидродинамической аварии может быть выполнена на основании обследования экспертами шламохранилищ и рассмотрения всех возможных факторов, из-за которых может произойти разрушение дамб шламохранилища.

При оценке степени риска разрушения дамб шламохранилища были проанализированы все возможные причины, по которым может произойти разрушение, оценена вероятность появления таких ситуаций по каждой из причин и их совокупности и на основании данного анализа установлен интегральный показатель степени риска разрушения ограждающих дамб. При анализе учитывались результаты изучения причин разрушения дамб в республике, а также аналогичные результаты, полученные за рубежом и опубликованные в литературных источниках. При этом учитывалось, что существующие методы расчета плотин и дамб разработаны в основном по результатам изучения причин разрушения таких сооружений.

В общем случае надежность дамб можно установить по группе показателей, которые определяются инженерными расчетами, а также по группе показателей, которые невозможно определить расчетным путем и которые оцениваются по аналогии с сооружениями, на которых наблюдались нарушения их нормальной работы или разрушения.

Первой по значимости причиной разрушения дамб является недостаточная прочность грунтов для принятой конструкции дамб. Выполненные расчеты показали, что при расчетных значениях прочностных характеристик грунтов основания общая устойчивость дамб шламохранилищ обеспечивается. Для принятых параметров дамб на таких грунтах основания не было случаев разрушения в результате потери общей устойчивости.

Второй по значимости причиной разрушения дамб является обрушение откосов, которое может произойти при недостаточной прочности грунтов основания и грунтов тела дамб. Проведенные вариантные расчеты устойчивости откосов и связанные с ними фильтрационные расчеты показали, что устойчивость дамб шламохранилищ при принятых значениях параметров их поперечного сечения и проектном режиме эксплуатации обеспечена.

Следующей по значимости причиной разрушения дамб является перелив воды через гребень. На дамбах шламохранилища эта причина исключена, так как по режиму эксплуатации быстрое заполнение и переполнение его невозможно. Отсутствие водосборной площади исключает возможность переполнения шламохранилища в результате природных явлений (ливни, сильные снегопады). Конструкция креплений откосов и размеры шламохранилищ (небольшая длина разгона волн) исключают разрушение откосов и, как следствие этого и самих дамб в результате воздействия волн.

Отсутствие в шламохранилищах сплошного ледового покрова в зимний период, а также резкого колебания уровней в этот период исключают возможное повреждение откосов по этим причинам.

Анализ причин возможного разрушения дамб шламохранилищ, которые нельзя оценить результатами строгих инженерных расчетов, выполняется по опыту эксплуатации дамб аналогичной конструкции.

Разрушение возможно из-за разжижения грунтов тела дамбы. Однако в республике не было зафиксировано ни одного случая разрушения дамб и земляных плотин по этой причине. Так как в дамбах шламохранилищ устроен экран и, кроме того, образуется хороший экран из шламов и не происходит насыщения тела дамб водой, то вероятность такого разрушения чрезвычайно низкая.

Появление сосредоточенных путей фильтрации в подпорном сооружении может привести к его разрушению. Одной из причин образования сосредоточенных путей фильтрации является трещинообразование в теле дамбы в результате неравномерной осадки. Так как дамбы шламохранилищ построены на достаточно прочном основании и осадка их в результате уплотнения грунтов основания незначительная, то образование трещин в теле дамб из-за неравномерных осадок исключена. В случае подработки территории под дамбами шламохранилища потребуется дополнительно оценить устойчивость дамб (их возможную осадку и ее неравномерность) и разработать мероприятия по обеспечению их устойчивости.

Сосредоточенные пути фильтрации могут возникнуть в основании дамбы при наличии необнаруженных в процессе изысканий прослоев хорошо проницаемых грунтов в слабопроницаемых грунтах основания. В таких случаях при создании напора в нижнем бьефе появляются грифоны и вынос грунта фильтрационным потоком. Эти явления, как правило, не приводят к катастрофическим последствиям, так как при своевременном обнаружении можно предусмотреть мероприятия обеспечивающие устойчивость дамб.

Причиной образования сосредоточенных путей фильтрации могут явиться ходы землеройных животных. Нормальная эксплуатация дамб и состав содержимого шламохранилищ делает эту причину разрушения дамб маловероятной. Сосредоточенные пути фильтрации в теле дамб возможны в результате интенсивного влагопереноса к фронту промерзания и образования ледяных прослоек, которые после оттаивания могут явиться причиной разрушения дамб. Однако низкое положение кривой депрессии в дамбах шламохранилища делает эту причину маловероятной.

При расположении шламорассолопроводов на гребне дамб при их разрыве возможен локальный размыв откоса. Поэтому необходим постоянный контроль за состоянием шламорассолопроводов для исключения этой причины.

Разрушение дамб по причинам рассматриваемой группы в большинстве случаев происходили из-за плохой эксплуатации. При квалифицированной эксплуатации своевременное обнаружение любого отклонения от нормальной работы позволяет его устранить.

Основными контролируемыми параметрами состояния шламохранилищ СОФ 4 РУ являются: уровень заполнения шламохранилищ, положение кривой депрессии в теле дамбы (верхняя огибающая фильтрационного потока), отметка гребня ограждающих дамб, состояние верхового и низового откоса дамб.

Предельно допустимый подъем кривой депрессии (контроль в пьезометре) в шламохранилищах СОФ 4 РУ - 1 м в месяц. Фактически - в период наблюдения подъем кривой депрессии был в пределе от 0,1 до 0,4 м. Размывы и промоины верхового и низового откоса дамб шламохранилищ отсутствуют.

За период наблюдения превышения проектных уровней заполнения шламохранилищ СОФ 4 РУ не наблюдалось. Контрольные наблюдения за состоянием шламохранилищ СОФ 4 РУ проводились с начала их заполнения и ведутся в настоящее время. Данные анализа замера уровня воды в пьезометрах показали отсутствие резких скачков воды в них за весь период наблюдения. Контрольные замеры отметок поверхностных марок подтверждают соответствие отметок гребня дамб проектным отметкам и отсутствие оседания гребня дамб в настоящее время.

Визуальный осмотр дамб шламохранилища при его заполнении позволяет выявить в начальной стадии участки повышенной фильтрации на низовых откосах дамб. Для снижения кривой депрессии на дамбе производится шламование верхового откоса шламами, что позволяет уменьшить фильтрацию. Фильтрации на низовых откосах шламохранилищ СОФ 4 РУ не наблюдалось.

Анализ наблюдений за шламохранилищами подтвердил их эффективность для своевременного обнаружения и устранения нарушений, которые могут вызвать возникновение аварийных ситуаций в дамбах.

На основании проектных и фактических поперечных профилей построенных дамб, а также с учетом инженерно-геологических данных грунтов, слагающих дамбы и их основания выполнены расчеты устойчивости откосов дамб, которые показали, что и в нормальных и в особых условиях эксплуатации (при разрушении противофильтрационного экрана) откосы дамб устойчивы [9, 10].

Для реконструируемой дамбы Д4 дополнительно выполнены расчеты устойчивости низового и верхового откосов для случая нормальных условий эксплуатации, когда экран из полиэтиленовой пленки не нарушен, и для особых условий эксплуатации, когда экран поврежден, не выполняет своей функции и не оказывает влияния на положение кривой депрессии в теле ограждающей дамбы.

Анализ полученных результатов показывает, что верховой откос дамбы устойчив. Низовой откос дамбы для нормальных условий эксплуатации также устойчив, а значения коэффициентов запаса больше допустимых, равных для 3-го класса 1,15. Коэффициент запаса устойчивости низового откоса для особых условий эксплуатации равен единице, т.е. критическому значению. Положение кривой депрессии в теле дамбы, соответствующее этому случаю, является предельно допустимым. Если в процессе эксплуатации дамбы уровни грунтовых вод в ней достигнут этого значения, то, во избежание опасности обрушения низового откоса, необходимо снизить уровень рассола в шламохранилище.

Ознакомление с проектом, обследование в натуре дамб шламохранилищ, выполненные расчеты устойчивости, системный анализ возможных причин разрушения дамб аналогичной конструкции свидетельствуют о малой степени риска их разрушения и, как следствие, возникновения гидродинамической аварии.

Заключение. На основании анализа конструкции грунтовых плотин и дамб, условий их работы и имеющих место аварий и повреждений выявлены и систематизированы все возможные причины возникновения аварий.

шламохранилище авария риск

1. ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения. - М.: Издательство стандартов, 1983.

2. Голинкевич, Т.А. Прикладная теория надежности. - М.: Высшая школа, 1985.

3. Мирцхулава, Ц.Е. Надежность гидромелиоративных сооружений. - М.: Колос, 1974.

4. Малаханов, В.В. Техническая диагностика грунтовых плотин. - М.: Энергоатомиздат, 1990

5. Ничипорович, А.А. Плотины из местных материалов. - М.: Стройиздат, 1973.

6. Гогоберидзе, М.И. Научные основы постановки натурных наблюдений на плотинах. - Тбилиси: Мецниереба, 1980.

7. Обобщение данных статистического анализа аварий и инцидентов в аспекте надежности плотин / М.И. Гогоберидзе [и др.]. - Сообщения АН Груз.ССР. 1977, т. 86, №3.

8. Schuitter, N/ Statistische Sicherheit der Talsperren/ Wasser, Enerqia, Laft, 1976. Vol. 68, №5.

9. Исследование устойчивости грунтовых дамб по объекту «Реконструкция карт шламохранилища 4 РУ с получением дополнительной емкости». Заключительный отчет. - Минск, 2005.

10. Исследование устойчивости ограждающих дамб на слабом основании на объекте «Реконструкция карт шламохранилища 4 РУ с получением дополнительной емкости. II очередь». Заключительный отчет. - Минск, 2008.

Размещено на Allbest.ru