INFLUENCE OF THE SOILS PROPERTIES IN THE BASE OF SHIPPING LOCKS ON THEIR PERFORMANCE

The analysis of possibility of the soil liquefaction phenomenon occurrence at the base of navigable hydraulic structures is presented. It is noted that such structures are located, as a rule, in river valleys on alluvial soils, which are usually an alternation of layers of fine-grained or silty sand and loam. With an increase in the moisture saturation of the porous layer of soils, the angle of repose and adhesion between soil particles decrease, in addition, weighing forces begin to gain more and more importance. Under the static effect on the soils from the weight of the structure and the dynamic effects created during the operation of the navigational lock in the process of filling and emptying the chamber, the base soils acquire the consistency of a suspension, bonds between particles are lost, and the soils lose their bearing capacity partially or completely. This leads to off-design movements and settlements of navigable hydraulic structures, cracks in concrete structures, destruction of dowels in temperature-sedimentary joints between structural elements. As an example of the consequences of soil liquefaction for the state of navigable hydraulic structures, the situation at the lock No. 5 of the Volga-Don shipping canal is considered. Since 2005, significant vertical settlements of the central sections of the chamber have begun at the lock No. 5. The analysis has shown that the lock is located on fine dusty sands with low filtration coefficients, particles with sizes less than 0.1 mm make up more than 84% of the soil composition. With a high water saturation of the layers, the conditions for liquefaction had appeared. A similar situation takes place at the lock No. 2 of the Volga-Baltic waterway - fine and silty sands, full water saturation of the layer, poor fluid loss, low filtration coefficients in the soil led to the appearance of a crack in the concrete abutment of the lower head. To prevent the possibility of soil liquefaction, several approaches have been proposed: reducing the water saturation of the layer (anti-seepage curtains, drainage), supporting structures on soils with high bearing capacity.

navigable hydraulic structures, soil liquefaction, saturation of soil with water, weighing force, filtration coefficient, structure settlement

1. Иванов П. Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений / П. Л. Иванов. - М.: Высш. шк., 1985. - 352 с.

2. Крамаренко В. В. Грунтоведение / В. В. Крамаренко. - М.: Изд-во «Юрайт», 2020. - 430 с.

3. Вознесенский Е. А. Разжижение грунтов при циклических нагрузках / Е. А. Вознесенский и [др.]. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 134 с.

4. Huang Y. Hazard analysis of seismic soil liquefaction / Y. Huang, M. Yu. - Singapore: Springer, 2017. - 165 p. DOI: 10.1007/978-981-10-4379-6.

5. Lade P. V. Physics and mechanics of soil liquefaction / P. V. Lade, J. A. Yamamuro. - Routledge, 2018. - 385 p.

6. Jefferies M. Soil liquefaction: a critical state approach / M Jefferies, K. Been. - CRC Press, 2020. - 676 p.

7. Болдырев Г. Г. Оценка потенциала грунтов к разжижению / Г. Г. Болдырев, И. Х. Идрисов // Геоинфо [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.geoinfo.ru/product/boldyrev-gennadij-grigorevich/ocenka-potenciala-gruntov-k-razzhizheniyu-40984.shtml (дата обращения: 20.07.2021).

8. Вознесенский Е. А. Землетрясения и динамика грунтов / Е. А. Вознесенский // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - № 2. - С. 101-108.

9. Chávez V. An experimental method to verify the failure of coastal structures by wave induced liquefaction of clayey soils / V. Chávez, E. Mendoza, R. Silva, A. Silva, M. A. Losada // Coastal Engineering. - 2017. - Vol. 123. - Pp. 1-10. DOI: 10.1016/j.coastaleng.2017.02.002.

10. Chang W. J. Liquefaction characteristics of gap-graded gravelly soils in K0 condition / W. J. Chang, W. Chang, J. K. Zeng // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. - 2014. - Vol. 56. - Pp. 74-85. DOI: 10.1016/j.soildyn.2013.10.005.

11. Колосов М. А. Лабораторные исследования просадочных свойств крупнообломочных материалов / М. А. Колосов // Тр. ЛИВТ. - Л.: ЛИВТ, 1973. - Ч. III. - С. 178-188.

12. Wang Y. Post-liquefaction shearing behaviour of saturated gravelly soils: Experimental study and discrete element simulation / Y. Wang, Y. Wang, L. Kong, Z. Sun // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. - 2020. - Vol. 12. - Is. 5. - Pp. 1119-1130. DOI: 10.1016/j.jrmge.2020.01.007.

13. Болдырев Г. Г. Руководство по интерпретации данных испытаний методами статического и динамического зондирования для геотехнического проектирования / Г. Г. Болдырев. - М.: Изд-во ООО Прондо, 2017. - 476 с.

14. Shibata T. Evaluation of liquefaction potentials of soils using cone penetration tests / T. Shibata, W. Teparaksa // Soils and Foundations. - 1988. - Vol. 28. - Is. 2. - Pp. 49-60. DOI: 10.3208/sandf1972.28.2_49.

15. Проведение исследовательских работ, поверочно-теоретических расчетов прочности и устойчивости конструкций шлюзов № 5, 10, 11-13, 15, грунтовой дамбы № 74, напорного трубопровода № 34 насосной станции № 32 Волго-Донского судоходного канала с целью установления фактического технического состояния, запасов прочности и несущей способности сооружений и оборудования, разработка критериев безопасности: Отчет о НИР. - СПб.: ФГБОУ ВПО «СПГУВК», 2008. - 131 с.

16. Проведение наблюдений и специальных исследований за шлюзом № 5 после выполненных работ по укреплению грунтов основания для разработки рекомендаций по проведению работ по укреплению основания шлюза № 6 Волго-Донского судоходного канала: Отчет о НИР (заключ.). - СПб.: ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова, 2020. - 193 с.

17. Проведение исследовательских работ по выяснению причин образования и развития трещин в устоях нижних голов шлюзов № 2, 3, 4 ФБУ «Администрация «Волго-Балт» и разработка научно-обоснованных рекомендаций по восстановлению несущей способности бетонных конструкций нижних голов шлюзов. Этап I: Отчет о НИР (промежуточ.). - М.: АО «Акватик», 2021. - 320 с.

18. Лунев Е. А. Расчет напряженно-деформированного состояния трещины в устое нижней головы шлюза № 2 Белоусовского гидроузла / Е. А. Лунев, К. П. Моргунов, Г. Г. Рябов //Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2018. - Т. 10. - № 3. - С. 533-546. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-3-533-5.