авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Мониторинг снегозаносимости выемок на автомобильных дорогах

На правах рукописи

АЛИМОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА МОНИТОРИНГ СНЕГОЗАНОСИМОСТИ ВЫЕМОК НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ Специальность 05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, аэродромов, мостов, метрополитенов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный консультант: Самодурова Татьяна Васильевна доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Бондарев Борис Александрович доктор технических наук, профессор, Липецкий государственный технический уни верситет / кафедра строительных материалов, профессор Миронюк Дмитрий Александрович кандидат технических наук, Военный учебно-научный центр Военно воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Га гарина» (г. Воронеж) / кафедра изыскания и проектирования аэродромов, старший препода ватель

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное пред приятие «Российский дорожный научно исследовательский институт»

Защита диссертации состоится 19 июня 2013 г. в 1000 на заседании диссер тационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектур но-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Ок тября, д. 84, корпус 3, аудитория 3220, тел./факс: +7(4732)271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государ ственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат диссерта ции размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ и на официальном сайте Воронежского ГАСУ Автореферат разослан 15 мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А. И. Колосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В федеральной целевой программе «Развитие транс портной системы России (2010 - 2015 годы)» в качестве приоритетной сформу лирована задача повышения комплексной безопасности и устойчивости работы транспортной системы. Проблема обеспечения бесперебойного и безопасного движения автотранспорта на снегозаносимых участках автомобильных дорог во время прохождения снегопадов и метелей приобретает особую актуальность в зимний период.

Действующие нормативные документы регламентируют параметры пат рульной снегоочистки для всей трассы автомобильной дороги, не учитывая, что на снегозаносимых участках отложения снега на проезжей части и обочинах наблюдаются чаще и в больших объемах, чем на расположенных рядом незано симых участках. Это приводит к снижению скорости и перерывам в движении транспортных потоков при длительных и интенсивных снегопадах и метелях.

Решение задачи обеспечения бесперебойного движения в сложных погод ных условиях возможно на основе создания системы мониторинга снегозано симых участков автомобильных дорог, к которым относятся, в первую очередь, нераскрытые выемки.

Развивающиеся в настоящее время погодные дорожные системы предос тавляют технические возможности для организации наблюдений за погодными условиями и состоянием снегозаносимых участков. Требования к уровню со держания дорог составляют нормативную базу для развития мониторинга сне гозаносимых участков, но отсутствие вычислительной и прогностической под систем, а также системы поддержки принятия решений по снегоочистке не по зволяют создать полноценную систему мониторинга.

Таким образом, разработка системы мониторинга снегозаносимых участ ков дорог является актуальной задачей, решение которой повысит эксплуата ционную надежность автомобильных дорог в зимний период. В диссертацион ной работе проведены исследования по мониторингу выемок, которые относят ся к категории сильнозаносимых участков автомобильных дорог.

Объект исследования – снегозаносимые участки автомобильных дорог в выемках.

Предмет исследования – закономерности формирования снежных отло жений в выемках и динамика снегонакопления под воздействием различных факторов.

Целью диссертационной работы является разработка системы монито ринга снегозаносимости выемок автомобильных дорог для организации работ по зимнему содержанию.

Основные задачи

исследования:

1. Разработать систему мониторинга снезаносимости выемок и опреде лить перечень параметров, влияющих на динамику снегонакоплений в зимний период;

2. Разработать динамическую модель для расчета снежных накоплений в выемках, учитывающую отложения снега от метелей, снегопадов, снегоочистки и потери снега от воздействия погодных факторов.

3. Провести опытно-экспериментальную проверку адекватности предло женной математической модели расчета снежных накоплений;

4. Провести серию вычислительных экспериментов для оценки снегоза носимости выемок различной глубины и исследования динамики накопления снега на откосах, в кюветах и на проезжей части выемки;

5. Разработать алгоритм обработки погодной и дорожной информации для оценки и прогноза снегозаносимости выемок;

6. Разработать практические рекомендации по выбору технологий работ по зимнему содержанию на основе прогноза снегозаносимости выемки.

Научная новизна заключается в следующем:



предложена система мониторинга снегозаносимых участков дорог, вклю чающая математическую модель и алгоритм определения текущего и прогнози руемого эксплуатационного состояния участков дорог в выемках, блоки приня тия решений по выбору технологии работ по снегоочистке и их реализации;

установлен перечень приоритетных природных факторов, погодных и до рожных параметров - геометрические параметры выемки, направление участка дороги, температурный и ветровой режим зимнего периода;

предложена математическая модель баланса для расчета накопления сне га на откосах и в кюветах выемок от метелей, снегопадов, снегоочистки и его потери от воздействия погодных факторов (температуры воздуха и скорости ветра);

в результате статистической обработки данных метеостанций, получены показательные законы распределения основных погодных величин, определяю щих процессы снегонакоплений в выемках – температуры воздуха при выпаде нии твердых осадков, объемов снегопереноса при метелях, интенсивности и ко личества выпавших осадков при снегопадах;

по результатам вычислительных экспериментов выявлена динамика сне гонакопления в выемках различной глубины, на основании которых возможен прогноз даты достижения полной снегоемкости и объемов снега на дорожном покрытии, необходимых для принятия решений по выбору технологии работ по снегоочистке.

Научная значимость работы определяется разработкой системы монито ринга снегозаносимости опасных участков дорог, математической модели и ал горитма определения текущего и прогнозируемого эксплуатационного состоя ния участков дорог в выемках.

Практическая значимость работы диссертационной работы заключается в разработке рекомендаций по мониторингу снегозаносимости выемок, разра ботке алгоритма обработки погодной и дорожной информации для оценки и прогноза снегозаносимости выемок.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждает ся использованием результатов теоретических исследований и математических моделей, адекватность которых была доказана ранее, соблюдением основных принципов математического моделирования и обеспечивается сопоставлением результатов моделирования с опытно-экспериментальными данными снегомер ных съемок.

Реализация результатов научных исследований. Результаты исследова ний использовались при выполнении научно - исследовательских работ по теме «Исследование и разработка методов и средств упреждающего автоматизиро ванного сбора и анализа информации об угрозах природного происхождения (оползни, лавины, камнепады, обледенения, подтопления и т.п.) на автомо бильных дорогах общего пользования в целях своевременного реагирования на указанные угрозы и минимизации их последствий» в виде аналитических мате риалов и алгоритмов при разработке раздела «Модели системы упреждающего автоматизированного сбора и анализа информации об угрозах природного про исхождения на федеральных автомобильных дорогах общего пользования» Результаты исследований использованы при выполнении проекта «Рекон струкция автомобильной дороги 1Р 228 Сызрань – Саратов – Волгоград на уча стке км 446+693 – км 465+000, Волгоградская область». В раздел проекта «Ор ганизация работ по содержанию автомобильной дороги 1Р 228 Сызрань – Сара тов – Волгоград на участке км 446+693 – км 465+000, Волгоградская область» вошли результаты оценки снегоемкости выемок и варианты снегозащиты трех участков дороги, проходящих в нераскрытых выемках.

Результаты исследований использовались в учебном процессе Воронеж ского государственного архитектурно-строительного университета при выпол нении дипломных научных работ и технических деталей дипломных проектов.

На защиту выносятся:

математические модели расчета остаточной снегоемкости и прогнозиро вания снегозаносимости выемок;

динамическая модель накопления снега в выемках, учитывающая отло жения снега от метелей, снегопадов, снегоочистки и потери снега от воздейст вия погодных факторов;





параметры законов распределения основных физических величин, опре деляющих процессы снегонакопления - температуры воздуха при выпадении твердых осадков, объемов снегопереноса при метелях, интенсивности и количе ства выпавших осадков при снегопадах;

алгоритм обработки данных для расчета объемов отложений снега и про гноза объемов работ по снегоочистке для выемок различной глубины.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях профессорско преподавательского состава Воронежского государственного архитектурно строительного университета (2004-2012гг.), на Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Са мара, 2004г.), Международных конференциях «Математика. Компьютер. Обра зование» (Дубна, 2004г., 2006г., Ростов-на-Дону, 2005г., 2006г.), Международ ных научно-технических конференциях «Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержания автомобильных дорог» (г. Могилев, 2005г., 2010г.), Научно-технической конференции «Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (МАДИ, Москва, 2007г.), на Между народной конференции SIRWEC (Финляндия, Хельсинки, 2012г.), на Междуна родной конференции «Snow engineering VII» (Япония, Фукуй, 2012г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ об щим объемом 88 страницы, из которых лично автору принадлежит 38 страниц.

Четыре работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: «Науч ный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура», «Вестник Томского государствен ного архитектурно-строительного университета», сборник «Дороги и мосты».

В статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК, изложе ны основные результаты диссертации: в работе [1] представлена динамическая математическая модель для определения объемов снегонакоплений на откосах и в кюветах выемок, в работе [2] представлена математическая модель, учиты вающая воздействие погодных факторов на динамику снегонакопления в не раскрытой выемке;

в работе [3] рассмотрена задача мониторинга снегозаноси мых участков, представлены расчет остаточной снегоемкости выемки и поша говый алгоритм оценки ее снегозаносимости;

в работе [4] представлены резуль таты опытно-экспериментальной проверки адекватности математических моде лей.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введе ния, четырех глав, изложенных на 160 страницах машинописного текста, основ ных выводов, списка литературы, содержащего 163 наименований, и двух при ложений. Диссертация содержит 35 рисунков, 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследо вания, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен анализ результатов исследований снегозано симости нераскрытых выемок, существующих методов расчета снегоприноса, расчетных схем и формул для определения снегоемкости откосов и кюветов нераскрытых выемок и потерь снега.

Большой вклад в развитие теории снегоприноса внесли А.А.Комаров, А.К.

Дюнин, А.А.Кунгурцев, Д.М. Мельник и другие ученые, вопросами снегозано симости выемок занимались А.Х. Хргиан, Н.Е. Долгов, А.А. Кунгурцев, Г.В.

Бялобжеский, А.П.Васильев. Процессы потерь снега при его таянии и уплотне нии исследовали Д.М.Мельник, А.К. Дюнин, И.А. Гладышева, Н.Г. Дмитриева, Н.И. Паневин. Модели для количественной оценки снега на покрытиях автомо бильных дорог получены Гладышевой О.В. Результаты этих исследований ис пользовались при проектировании снегозащиты автомобильных дорог.

Анализ стандартов на зимнее содержание дорог сделать вывод о том, что жесткие требования к уровню содержания дорог приводят к необходимости развития системы мониторинга снегозаносимых участков.

Современные дорожные датчики и видеокамеры позволяют получить ин формацию для оценки состояния дорожного покрытия в режиме реального времени, а информационные системы - реализовать расчетные и прогностиче ские модели для мониторинга опасных участков дорог. Отмечено, что в на стоящее время, не имеется моделей для оценки и прогноза снегозаносимости участков автомобильных дорог, проходящих в выемках.

Проведенный обзор состояния вопроса позволил конкретизировать цель и задачи исследования, изложенные выше.

Во второй гла ве представлены ма тематические модели для мониторинга снегозаносимости не раскрытых выемок.

Мониторинг снего заносимых участков дорог представлен в виде схемы, приве денной на рис. 1.

Выявлены все параметры (погод ные и дорожные факторы, природные условия и геометри ческие параметры не раскрытых выемок), определяющие объем снежных накоплений при снегопадах и ме телях. Для расчета снегоемкости откоса и кювета нераскры той выемки принята схема, приведенная Рис.1. Схема мониторинга снегозаносимых участков дорог на рис. 2. - информационные потоки Принято, что сне гоемкость нераскры той выемки равна объ ему снега, который может разместиться в пределах заштрихован ной зоны на участке Рис.2. Схема формирования снежных отложений дороги длинной в 1 м.

в нераскрытой выемке при метелях Согласно схеме снегоемкость нераскрытой выемки QНВ глубиной Н рас считывалась по формуле:

QНВ 0,4329Н 2 0,8658Н 0,2129, (1) Остаточная снегоемкость – свободная на любой момент времени t, величина снегоемкости, которая может быть заполнена снегом определялась как разница между объемом полной снегоемкости и объемом накопленного снега Qост t QНВ Qотл t. (2) Объем снегонакоплений на откосах и в кюветах нераскрытой выемки в любой момент времени зимнего периода t описан в общем виде динамической моделью:

Qотл (t ) f Qснп (t );

Qмет (t );

Qуб (t );

Qпот (t );

t, (3) где Qснп – объем снега, выпавший при снегопадах, м3/м;

Qмет – объем снега, принесен ный к выемке при метелях, м3/м;

Qуб - объем снега, перемещенный с проезжей части и обо чин на откосы и в кюветы выемки при патрульной снегоочистке, м 3/м;

Qпот – объем потерь снега под действием погодных факторов, м3/м;

t – время, ч.

Исходя из физической постановки задачи, в любой момент времени t объ ем снежных отложений может быть рассчитан по уравнению баланса:

Qотл t Qснп t Qмет t Q уб t Qпотt. (4) Составляющие уравнения (4) рассчитывались по формулам:

Qснп Vв / в, (5) где Vв - объем воды, соответствующий объему растаявших осадков, зафиксированных на метеостанции, м3;

- плотность свежевыпавшего снега, кг/м3;

в - плотность воды, кг/м3.

Qмет Wсп Wпер sin д i, (6) где Wсп – объем снегоприноса к дороге, м /м;

Wпер – объем снегопереноса, м /м;

д – 3 направление дороги, град;

i – направление ветра, град.

Q уб J B L t сн / сн, (7) где J - интенсивность снегопада, мм/ч;

B – ширина очищаемой проезжей части и обо чин, м;

L - длина участка снегоочистки, км;

t сн - продолжительность снегопада, ч;

уб - плот ность снега, после снегоочистки.

Объем потерь снега на откосе и в кювете нераскрытой выемки от воздейст вия погодных факторов рассчитан по формуле:

Qпот Qсв ср / пот, (8) где Qсв – объем свежих снегоотложений от метели или снегопада, м3/м;

ср – средняя плотность снегоотложений, т/м3;

пот – плотность отложений с учетом воздействия погодных факторов, т/м3.

Представлена методика проведения вычислительного эксперимента по оценке снегонакоплений в нераскрытой выемке.

В третьей главе приведена методика и результаты проведения опытно экспериментальных работ по проверке адекватности математических моделей оценки снегозаносимости нераскрытых выемок. Проверка адекватности прове дена путем сопоставления рассчитанных объемов снегоотложений с фактиче скими объемами, определенными в ходе специальных снегомерных съемок.

При проверке адекватности модели использовались:

- данные тахеометрической съемки поперечных профилей земляного по лотна на опытных участках, - данные снегомерных съемок, проведенных на 6 опытных участках авто мобильной дороги А-144 Курск – Воронеж – Борисоглебск в Воронежской об ласти и федеральной автомагистрали М2 «Крым» на обходе г. Мценск в Орлов ской области,.

- данные метеостанций Государственной наблюдательной сети в местах расположения опытных участков.

На опытных участках проводились измерения высоты снежных отложе ний в характерных точках поперечного профиля земли и в точках изменения их формы и высоты, обмерялись валы снега на бровке земляного полотна. Пример съемки поперечного профиля снегоотложений на участке нераскрытой выемки приведен на рис. 3.

Фактические значе ния плотности снежных отложений определялись с помощью режущего кольца. Снегомерные съемки проводились по сле интенсивных метелей и снегопадов. Сходи мость результатов расче Рис. 3. Пример съемки поперечного профиля та объемов снежных от снегоотложений на участке нераскрытой выемки ложений на откосах и в кюветах нераскрытых выемок с данными фактических измерений колеблется в пределах от 82 % до 98 %.Сходимость показателей плотности превышает 90 %.

Сделан вывод о возможности применения разработанной математической мо дели для количественной оценки снежных отложений в нераскрытых выемках.

По результатам вычислительных экспериментов проведено исследование динамики снегонакопления в нераскрытых выемках на основе погодной ин формации метеостанции Мценск за 42 зимних сезона. Для численного модели рования разработана программа в СУБД Microsoft Visual Fox Pro.

Детальный анализ динамики снегонакопления проведен по 6 зимним сезо нам с наиболее интенсивной метелевой деятельностью. Установлено, что ос новные параметры метелей и снегопадов являются случайными величинами, подчиняющимися показательному закону. Результаты статистической обработ ки результатов вычислительных экспериментов приведены в табл. 1.

Случайный характер параметров отдельных метелей и снегопадов позво лил сделать вывод о необходимости мониторинга снегозаносимости нераскры тых выемок на основании обработки данных метеостанций об осадках, продол жительностью их выпадения, скоростью и направлением ветра. Такие расчеты должны вестись постоянно в течение зимнего сезона.

Таблица Результаты статистической обработки данных о параметрах метелей и снегопадов Доверительный интервал Параметр Закон разброса среднего значения Параметры Среднее статистической распре для доверительной вероятности закона значение обработки деления 0,85 0,90 0, Температура воз Показа -2,27 -5,49 -2,04 -5,72 -1,68 -6, духа при выпаде- = - 0,26 -3, тельный нии осадков, 0С Объем снегопе- Показа =0,053 18,85 9,2528,44 7,9229,78 5,7931, реноса, м3/м тельный Интенсивность Показа снегопада, =8,47 0,050,18 0,040,19 0,030, 0, тельный мм воды/ч Количество осад Показа =0, ков от снегопада, 1,423,82 1,263, 2,62 0,994, тельный мм воды Результаты математического моделирования объемов снегонакоплений в нераскрытых выемках позволили оценить влияние объемов снега от метелей и снегопадов на количество снежных отложений. Накопление снега на откосах и в кюветах выемки при учете объемов от метелей и снегопадов идет интенсив нее, чем при учете только метелей. В отдельные годы доля снега от снегопадов в общем объеме превышает 30 %. Результаты расчетов приведены в табл. 2.

Динамика накопления снега от метелей и снегопадов на откосах и в кю ветах нераскрытых выемок представлена на рис. 4.

Таблица Объем снега от метелей и снегопадов в течение зимнего периода (по результатам моделирования) Параметр Значение параметра Объем снежных от метелей и снегопадов 25,43 76,44 35,59 49,36 41,34 47, отложений за зим от метелей 20,35 50,83 28,07 46,10 27,92 36, ний период, м3/м Доля снега от снегопадов в общем объеме, % 20,0 33,5 21,1 6,6 32,5 23, Анализ графиков позволяет установить даты достижения полной снегоем кости нераскрытых выемок различной глубины как проекции на временную ось точек пересечения кривой объемов снежных накоплений с линиями, характери зующими полную снегоемкость выемки соответствующей глубины. Объем сне га на откосах и в кюветах в этот момент соответствует ее полной снегоемкости:

Qотл QНВ (h ). (9) а) б) Рис. 4. Динамика накопления снега на подветренных откосах и в кюветах нераскрытых выемок в течение зимнего периода: а) динамика снегнакопления - полная снегоемкость нераскрытой выемки, определенной глубины, м3/м;

- суммарный объем снега от метелей и снегопадов, м3/м;

- объем снега от метелей, м3/м;

б) объемы снега от снегопадов и метелей - объем снега при снегопаде, м3/м;

- объем снега, принесенного во время метели м3/м Исследовано влияние термического и ветрового воздействия на объемы снежных отложений в зимний период. Потери снега определялись с учетом из менения плотности и объема отложений в периоды между метелями и снегопа дами.

Результаты расчетов для одного из зимних периодов представлены на рис. 5, объемы снегонакоплений совмещены с данными по скорости ветра и температуре воздуха. Разница между объемами снега, рассчитанными с учетом и без учета потерь от термического и ветрового воздействия с течением време ни возрастает и достигает максимума к концу зимнего сезона.

В табл. 3 приведены результаты расчетов объемов снега на подветренных откосах и в кюветах нераскрытой выемки в конце каждого из шести зимних пе риодов наблюдения. В отдельные годы потери снега, рассчитанные на конец зимнего периода, превышают 60% от общего объема снегонакоплений.

Рис. 5. Динамика снегонакоплений с учетом влияния погодных факторов:

- количество дней с порывами ветра более 5 м/с;

- максимальная температура воздуха днем, 0С;

- среднесуточная и - полная снегоемкость нераскрытой выемки, соответствующей глубины, м3/м;

- объем снегонакоплений с учетом воздействия погодных факторов, м3/м;

- объем накоплений без учета воздействия погодных факторов, м3/м Таблица Влияние погодных факторов на объем снежных отложений Параметр Значение параметра без учета влияния по Объем 25,43 76,44 35,59 49,36 41,34 47, годных факторов снежных отложений, с учетов влияния по 13,72 33,78 14,04 34,73 15,70 19, м3/м годных факторов Потери снега, % 46,0 55,8 60,5 42,1 62,0 58, Рассчитано уравнение регрессии, описывающее зависимость потерь снега на откосах и в кюветах нераскрытых выемок от превышения температуры воз духа над климатической нормой ( Т в ):

Pr os 0,6Tв2 3,267Т в 3,974 (10) Влияние факториального признака на результативный 0,95, что говорит о тесной корреляционной зависимости. Коэффициент детерминации составля ет: 2 0,906, следовательно превышение температуры воздуха над клима тической нормой является доминирующим фактором (90,6 % потерь снега обу словливается температурным фактором, остальные 9,4 % - влиянием ветра).

Проверка адекватности регрессионной модели проведена по критерию Фишера.

Проведено исследование влияния объемов снегоуборочных работ на про цессы накопления снега на откосах и в кюветах нераскрытых выемок.

При расчетах учтен объем снега, выпавший на покрытие во время снего падов при условии его размещения на откосах и в кювете выемки. К концу зим него периода объем снега от снегоуборки не превышает 3,3 % от общего объе ма. Однако, при интенсивных и продолжительных снегопадах их доля в общем объеме отложений может иметь значительную величину. Это может привести к тому, что снегоемкость откосов и кюветов выемок с учетом и без учета объемов снега от патрульной снегоочистки будут исчерпаны в разные сроки.

Результатов численных экспериментов по расчету даты достижения пол ной снегоемкости с учетом всех факторов приведены в табл. 4.

Таблица Даты достижения полной снегоемкости нераскрытых выемок, рассчитанные с учетом всех факторов Дата достижения полной снегоемкости Глубина выемки, м в различные годы 1,0 15/11 12/11 23/11 20/12 23/11 19/ 2,0 19/11 05/12 30/11 24/12 29/11 19/ 3,0 23/11 16/12 18/01 24/12 29/11 19/ 4,0 24/11 18/12 18/01 30/12 11/12 07/ 5,0 24/11 09/01 18/01 21/01 28/12 07/ нд* 6,0 09/01 20/01 26/01 20/02 16/ нд нд нд 7,0 09/01 29/01 16/ нд нд нд нд 8,0 12/01 22/ нд нд нд нд нд 9,0 13/ нд нд нд нд нд 10,0 23/ нд нд нд нд нд нд 11, Примечание: * нд - полная снегоемкость не достигнута Разработанная динамическая модель для оценки объемов снегоотложений в нераскрытых выемках и обработка данных метеостанции позволили рассчи тать количество снега, откладывающегося на дорожном покрытии для двух случаев:

- для снегонезаносимого участка, - для участка дороги, проходящего в нераскрытой выемке.

Результаты расчетов для нераскрытой выемки глубиной 5 м представле ны на рис. 6.

Анализ результатов расчета показывает, что объемы снега и частота его отложений на проезжей части снегозаносимого участка в выемке значительно превышают те же показатели для снегонезаносимого участка дороги.

а) б) Рис. 6. Динамика отложения снега на проезжей части и обочинах дороги а - на снегонезаносимом участке, б - на участке, проходящем в нераскрытой выемке - объем снега на дорожном покрытии, м3/м;

глубиной 5 м ;

- максимально допустимая толщина снега, согласно требованиям к уровню со держания, м До момента достижения полной снегоемкости нераскрытой выемки объ емы сопоставимы для двух участков. После достижения полной снегоемкости откосов и кюветов выемок количество случаев отложения снега на проезжей части выемки и объемы снега значительно превышают эти же параметры по сравнению со снегонезаносимым участком. При этом объемы от снегопадов на участках совпадают, а во время метелей в нераскрытой выемке принесенный к дороге снег выходит на покрытие. Таким образом, цикличность работ по снего очистке на участках нераскрытых выемок значительно превышает цикличность работ на снегонезаносимых участках.

В четвертой главе приведены практические рекомендации по монито рингу снегозаносимости нераскрытых выемок.

Представлены информационные ресурсы, необходимые для мониторинга, даны рекомендации по пополнению существующих баз данных для решения задач мониторинга и выбора технологии работ по снегоочистке. Разработана схема информационного обмена при мониторинге снегозаносимости нераскры тых выемок.

Разработан алгоритм обработки погодной и дорожной информации для расчета остаточной снегоемкости нераскрытой выемки в течение зимнего сезо на, прогнозирования объема снега на дорожном покрытии и выбора технологии работ по снегоочистке.

Рассчитана экономическая эффективность от внедрения презлагаемых решений в практику зимнего содержания дорог. Экономический эффект дости гается за счет:

- повышения скорости движения при правильном выборе технологии ра бот по снегоочистке, - исключения перерывов в движении при снежных заносах за счет свое временного прогноза снегозаноимости при мониторинге нераскрытых выемок.

Экономический эффект зависит от интенсивности движения и временно го фактора и может быть определен по номограммам, приведенным на рис. 8.

а б Рис. 8. Экономический эффект предлагаемых решений а - за счет повышения скорости движения при своевременной снегоочистке, б - за счет предотвращения перерывов движения.

- 50 авт/ч;

- 150 авт/ч;

- 300 авт/ч;

- 650 авт/ч ВЫВОДЫ Впервые предложена система мониторинга снегозаносимых участков 1.

дорог, включающая математическую модель и алгоритм определения текущего и прогнозируемого эксплуатационного состояния участков дорог в выемках, блоки принятия решений по выбору технологии работ по снегоочистке и их реализации. Предложенная система позволяет организовать работы по зимнему содержанию участков дорог, проходящих в выемках.

2. Установлен перечень приоритетных природных факторов, погод ных и дорожных параметров - геометрические параметры выемки, направление участка дороги, температурный и ветровой режим зимнего периода, для мони торинга снегозаносимости участков автомобильных дорог в выемках.

Впервые предложена математическая модель баланса для расчета 3.

накопления снега на откосах и в кюветах выемок от метелей, снегопадов, сне гоочистки и его потери от воздействия погодных факторов (температуры воз духа и скорости ветра), позволяющая оценивать остаточную снегоемкость вы емки в течение зимнего периода и прогнозировать объемы работ по снегоочи стке. Экспериментально подтверждена адекватность предложенной модели, сходимость результатов расчета и фактически измеренных объемов снега со ставляет от 82 до 90 %.

В результате статистической обработки данных метеостанций, по 4.

лучены показательные законы распределения основных погодных величин, оп ределяющих процессы снегонакоплений в выемках – температуры воздуха при выпадении твердых осадков, объемов снегопереноса при метелях, интенсивности и количества выпавших осадков при снегопадах, подтверждающие случайный характер указанных параметров и необходимость мониторинга участков дорог в выемках;

По результатам вычислительных экспериментов выявлена динами 5.

ка снегонакопления в выемках различной глубины, на основании которой воз можен прогноз даты достижения полной снегоемкости и объемов снега на до рожном покрытии, что позволяет принимать решения по выбору технологии работ по снегоочистке.

Результаты исследований могут быть внедрены в практику зимнего 6.

содержания дорог в виде информационной подсистемы мониторинга, которая включает в себя погодные и дорожные информационные ресурсы, алгоритмы расчета и прогноза снегозаносимости выемок. Внедрение результатов исследований позволит получить эффект в экономике государства за счет повышения скорости движения и исключении перерывов в движении при снежных заносах. Количественное значение экономического эффекта зависит от интенсивности движения и может быть определено по номограммам.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в сле дующих работах:

Статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК 1. Алимова, Н. Ю. Динамика накопления снега на откосах и в кюветах нераскрытых выемок [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Али мова // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № (23). – С. 109–116. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3) 2. Алимова, Н. Ю. Учет воздействия погодных факторов на динамику снегонакоплений в нераскрытых выемках [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В.

Гладышева, Н.Ю.Алимова//Вестник ТГАСУ.– 2011. № 4 (33). – С. 198–208.

(Количество страниц, выполненных лично соискателем - 5.) 3. Алимова, Н. Ю. Мониторинг накопления снега на снегозаносимых участках автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н.

Ю. Алимова // Сборник «Дороги и мосты». – 2012. – Вып. 27. – С. 87–101. (Ко личество страниц, выполненных лично соискателем - 7) 4. Алимова, Н. Ю. Проверка адекватности моделей для оценки снегоза носимости автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова, С.М. Ширяева // Научный вестник Воронежского ГАСУ.

Строительство и архитектура. – 2013. – № 1 (29). – С. 66–74. (Количество стра ниц, выполненных лично соискателем - 3.) Статьи в других изданиях 1. Козлова, Н. Ю. Базы данных метеорологической информации при оценке безопасности движения в зимний период [Текст] / Т. В. Самодурова, П.

А. Наумов, Козлова Н. Ю. // Математика. Компьютер. Образование: тезисы 11 й междунар. конф. - Дубна, 2004, - С. 65..(Количество страниц, выполненных лично соискателем – 0,5 стр.) 2. Козлова, Н. Ю. Использование программного комплекса КРЕДО для построения дорожных климатических моделей [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В.

Гладышева, П. А. Наумов, Козлова Н. Ю. // Автоматизированные технологии изысканий и проектирования. – 2004. - № 15. - С. 41-43. (Количество страниц, выполненных лично соискателем -1 стр.) 3. Козлова, Н. Ю. Климатические модели для решения задач зимнего со держания автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, Н. Ю. Козлова // Актуальные проблемы современной науки: труды 5-й междунар. конф. моло дых ученых и студентов, Самара, 7-9 сентября 2004 г. - Самара, 2004. - С. 34-37.

(Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.) 4. Козлова, Н. Ю. Картографирование климатической информации о па раметрах метелевой деятельности [Текст] / О. В. Гладышева, Н. Ю. Козлова // Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержания авто мобильных дорог: материалы междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 17– февраля 2005 г. – Могилев, 2005. – С. 32-33. (Количество страниц, выполнен ных лично соискателем – 1 стр.) 5. Алимова, Н. Ю. Модели распределения параметров метелевой дея тельности по территории [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю.

Алимова // Математика. Экономика. Образование: тезисы 12-й междунар. конф.

– Ростов-на-Дону, 2005, - С. 184-185. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.) 6. Алимова, Н. Ю. Динамика снегоотложений на дорожных покрытиях [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Математика.

Компьютер. Образование: тезисы 13-й междунар. конф. – Дубна, 2006, - С. 111 112 (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.) 7. Алимова, Н. Ю. Модели для оценки адаптивности технологий снего очистки к погодным воздействиям [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Математика. Экономика. Образование: тезисы XIV междунар.

конф. – Ростов-на-Дону, 2006, - С. 178-179. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.) 8. Алимова, Н. Ю. Моделирование динамики снегоотложений на дорож ном покрытии [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова //:

тезисы науч.-техн. конф. 3-и Луканинские чтения «Решение энергоэкологиче ских проблем в автотранспортном комплексе», Москва, 30-31 января 2007г. / МАДИ. – Москва, 2007. – С. 104-107. (Количество страниц, выполненных лич но соискателем – 1 стр.) 9. Алимова, Н. Ю. Снегозаносимость участков автомобильных дорог с различным типом поперечного профиля [Текст] / О. В. Гладышева, Н. Ю. Али мова // Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержа ния автомобильных дорог: материалы междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 18–19 февраля 2010 г. – Могилев, 2010. – С. 23-24. (Количество страниц, вы полненных лично соискателем – 1 стр.) 10. Алимова, Н. Ю. Инженерный мониторинг в системе управления рабо тами по зимнему содержанию автомагистралей [Электронный ресурс] / Т.В.

Самодурова, Н.Ю. Алимова, И.В. Черней // Электронный сборник тезисов на учно-образовательного форума "Инновации в сфере науки, образования и вы соких технологий. Малое инновационное предпринимательство (INNOV-2012)" – Электрон. дан. – Воронеж, 2012. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM);

12 см.

(Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1,5 стр.) 11. Alimova, N. Y. 2D and 3D road climatic models [Текст] / T. V.

Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova, S. M. Shiryaeva //16th International road weather conference SIRWEC, Proceedings, 23-25 May 2012. - Helsinki, Fin land, 2012. - 7 pp. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.) 12. Alimova, N. Y. Snowdrifts formation on road embankments [Текст] / T. V.

Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova, S. M. Shiryaeva // Proceedings of the 7th International conference «Snow engineering VII», 6-8 June 2012. - Fukui, Japan, 2012. - P. 442-449. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.) 13. Alimova, N. Y. Snow accumulation dynamics on slopes and ditches for un solved groove [Текст] / T. V. Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova // Sci entific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineer ing. Construction and Architecture. – 2012. - № 4(16). – P. 58-68. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 5 стр.) АЛИМОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА МОНИТОРИНГ СНЕГОЗАНОСИМОСТИ ВЫЕМОК НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 14.05.2013. Формат 6084 1/16. Бумага писчая.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 234.

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.