.

Прогноз стійкості вертикальних стінок глибоких виробок обмежених розмірів в плані: Автореф. дис… канд. техн. наук / М.А. Моторний, Придніпр. держ. а

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2013
Скачать документ

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

На правах рукопису

Моторний Микола Антонович

УДК. 624.131.537:624.131.31

Прогноз стійкості вертикальних стінок глибоких виробок
обмежених розмірів в плані.

05.23.02. – Підвалини та фундаменти

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук.

Дніпропетровськ – 1999.

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури, Міносвіти України

Науковий керівник – доктор технічних наук, с. н. с., Шаповал Володимир Григорович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри основи та фундаменти

Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Почтман Юрій Михайлович, Державний фінансово-економічний інститут, завідувач кафедри вищої математики та комп`ютерних технологій

кандидат технічних наук Рубан Олег Анатолійович, Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту, доцент кафедри підвалин, фундаментів та підземних споруд

Провідна установа: Донбаська державна академія будівництва та архітектури, кафедра залізобетонних конструкцій, основ та фундаментів, Міносвіти України, м. Макіївка.

Захист відбудеться 18 листопада 1999р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського 24а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського 24а

Автореферат розісланий 12 жовтня 1999р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Баташева К. В.

Загальна характеристика роботи.
Актуальність теми. В практиці будівництва часто виникає проблема прогнозу стійкості вертикальних стінок виробок обмежених розмірів у плані і по глибині, тобто таких, навколо яких грунт знаходиться в стані просторового напружено-деформованого стану. З подібними питаннями доводиться зустрічатися і при влаштуванні фундаментів і підземних споруд способом “стіна в грунті”, влаштуванні протифільтраційних діафрагм, переривних підпорних стінок, протизсувних утримуючих конструкцій, реконструкції і підсиленні фундаментів.
Актуальність проблеми обумовлена тим, що при ообмеженні розмірів виробок в грунтовому масиві їх критична висота (тобто глибина виробок) значно зростає в порівнянні з глибиною виробок необмеженої довжини. В діючій на Україні нормативній літературі до теперішнього часу не подані методи розрахунку стійкості вертикальних стінок виробок обмежених розмірів. На розв`язання згаданих задач і направлена дана робота.
Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались по координаційному плану найважливішої тематики ДКНТ РМ СРСР і Держбуду СРСР в 1981…1990 р. р. по цільовій науково-технічній програмі О. Ц. 031, проблема 0.55.05 – Розробка нових і вдосконалення діючих розрахунків фундаментів в тому числі таких, що зводяться способом “стіна в грунті” (головна організація ВНДІОПС ім. М. М. Герсеванова).
Мета і задачі дослідження. При виконанні даної роботи переслідувалась мета вивчити особливості напружено-деформованого стану основ навколо виробок обмежених розмірів, дослідити закономірності їх руйнування і на цій основі розробити рекомендації по визначенню критичних розмірів таких виробок.
Для досягнення цієї мети були поставлені такі завдання:
– на моделях із оптично-активного матеріалу експериментально дослідити картину напружено-деформованого стану навколо і в основі моделей виробок обмежених розмірів з застосуванням комбінації методів фотопружності, відцентрового модулювання і замороження напружень;
– із застосуванням методу відцентрового модулювання при використанні грунту природної структури і грунтових паст, експериментально встановити форму поверхні обрушення вертикальних стінок виробок обмежених розмірів;
– з використанням виявлених в ході експерементів форм поверхонь обрушення вертикальних стінок виробок обмежених розмірів виявити їх критичні розміри в плані, які забеспечують стійкість вертикальних стінок при заданій глибині виробки;
– розробити методику розрахунку критичної довжини виробок обмежених розмірів з урахуванням завантаження поверхні навколо виробок розподіленим навантаженням (така розрахункова схема зустрічається при підсиленні фундаментів, при виконанні виробок в багатошаровому, з чергуванням по глибині піщаних і глинистих грунтів, масиві грунту і інше) і без її урахування.
Наукова новизна одержаних результатів.
1. Виявлені і установлені можливі форми поверхонь обрушення вертикальних стінок виробок обмежених розмірів.
2. Виявлена якісна картина напружено-деформованого стану масиву грунту навколо і в основі глибоких виробок обмежених розмірів.
3. В перше одержанні рішення задачі про визначення критичної довжини виробок обмежених розмірів в припущенні про форму поверхні зсуву грунтового масиву в вигляді прямої трикутної призми і четвертої частини еліпсоїду без урахування завантаження поверхні навколо виробки розподільним навантаженням і з його урахуванням.
4. Розроблені методики визначення стійкості виробок обмежених розмірів без урахування і з урахуванням завантаження поверхні навколо виробки розподільним навантаженням.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що дає можливість:
– визначити стійку довжину виробки lкр для заданої її глибини Н при влаштуванні фундаментів, які споруджуються методом “стіна в грунті” без застосування глинистого розчину чи суспензії;
– запроектувати відстань між меридіональними протизсувними утримуючими конструкціями lкр, котра забеспечує стійкість схилу;
– визначити оптимальну довжину “захватки” при реконструкції і підсиленні фундаментів, котрі забеспечують стійкість основ.
Результаті роботи впроваджені трестами “Дніпроважбуд” та СМТ тр.№17 на будівництві промислових споруд з економічним ефектом біля 200000гривень.
Особистий внесок здобувача полягає в:
– проведенні експериментальних досліджень, аналізі одержаних результатів і їх узагальнення;
– вивченні напружено-деформованого стану масиву грунту навколо і в основі виробок обмежених розмірів, а також форм поверхонь обрушення їх вертикальних стінок;
– розробці теоретичних основ і практичної методики розрахунку стійкості вертикальних стінок виробок обмежених розмірів в допущені про форму поверхні зсуву масиву грунту в вигляді призматичного клину і однієї четвертої частини еліпсоїду, в тому числі з урахуванням привантажу денної поверхні навколо виробки розподільним навантаженням;
– перевірка теоретичних результатів на адекватність експерименту;
– впровадження результатів досліджень в практику проектування і будівництва.
В публікаціях в співавторстві особисто пошукувачем були виконані теоретичні дослідження [1, 2], повністю експериментальна частина визначення поверхні обрушення вертикальних стінок способом відцентрового модулювання.
Співавтором Фьокліним В. І. виконано редагування статей.
Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались на наукових конференціях:
1. Всесоюзна конференція “Вдосконалення технічних робіт нульового циклу з використанням засобів механізації і автоматизації”, Уфа, 1981 р.
2. Обласна науково-практична конференція “Роль передового досвіду в боротьбі за високу продуктивність праці …”, Дніпропетровськ, Придніпровський науковий центр АН УРСР, 1983 р.
3. Республіканська конференція “Технологія і організація реконструкції промислових підприємтв”, Дніпропетровськ, 1985 р.
4. Республіканська науково-технічна конференція “Розробка ресурсозберігаючих технологій, ефективних технологій виробництва будівельних матеріалів і конструкцій і проведення будівельно-монтажних робіт”, МВССО УРСР, ДІБІ, 1988 р.
5. Українська науково-технічна конференція по механіці грунтів і фундаментобудуванню, Одеса, 17…19 вересня 1997 р.
Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 8 наукових робіт.
Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів і загальних висновків, викладених на 129 сторінках машинописного тексту, містить 48 малюнків та 7 таблиць, список використаних джерел із 119 найменувань та 2 додатки.

Зміст роботи.
У вступі обгрунтована актуальність теми, викладені мета і задачі досліджень, відмічені новизна і практичне значення роботи, сформульовані основні положення, які автор виносить на захист.
В першому розділі розглянуті моделі грунтової основи, розрахункові схеми і методи розрахунку, які використовуються для визначення стійкості схилів і відкосів вертикальних стінок виробок, а також експериментальні методи визначення напружно-деформованого стану і стійкості грунтових основ. В розділі також детально сформульовані мета і задачі досліджень.
Аналіз робіт Ю. М. Белякова, М. М. Беляєва, В. Г. Березанцева, Б. І. Далматова, В. М. Зубкова, В. Кноупе, М. М. Маслова, В. А. Флоріна, В. Б. Швеця і інших дозволив зробити висновок про те, що проблема розрахунку стійкості вертикальних стінок виробок обмежених розмірів досить часто виникає в інженерній практиці.
Проблемі стійкості основ будівель та сппоруд, схилів і відкосів присвячкні роботи М. М. Беляєва, В. Г. Березанцева, М. Н. Гольдштейна, Б. І. Далматова, О. Г. Дорфмана, Ю К. Зарецького, Г. К. Клейна, М. В. Малишева, М. М. Маслова, Ю. М. Почтмана, М. Н. Пузиревського, В. А. Флоріна та інших. В цих роботах, як правило, розглядається грунтовий масив, котрий знаходиться в умовах плоскої задачі, що не зовсім відповідає фактичній розрахунковій схемі основи навколо виробок обмежених розмірів в плані. Між іншим, із практики будівництва відомо, що шляхом зменшення розмірів виробок в плані вдається значно збільшити їх глибину. В зв`язку з цим було зроблено висновок про те, що проблема прогнозу стійкості виробок обмежених розмірів являє практичний інтерес і потребує розв’язання.
При прогнозі стійкості вертикальних стінок виробок обмежених розмірів важливе місце займає питання міцності грунту. В теперішній час найбільш часто використовуються критерії міцності Мора-Кулона, Треска-Хілла, Мізеса-Боткіна, Джю Уетта, Л. М. Разказова и Ю. К. Зарецького. Аналіз цих критеріїв відносно розв`язуваної задачі дозволив зробити висновок про те, що в даному разі критерій Мора-Кулона є найбільш допустимим. В процесі аналізу методів розрахунку стійкості вертикальних стінок виробок, схилів, відкосів нами були розглянуті роботи К. Терцагі, М. М. Маслова, О. Г. Дорфмана, Ю. К. Зарецького, Ю. М. Почтмана, М. О. Цитовича, М. Н. Гольдштейна та інших вчених. Їх аналіз позволив зробити висновок про те, що методи розрахунку стійкості схилів, відкосів і вертикальних стінок виробок, котрі застосовуються в теперішній час, можуть бути класифіковані як інтегральні (рівняння поверхні обрушення відомо заздалегідь, необхідно виявити його параметри) і диференційні ( рівняння поверхні обрушення заздалегідь невідомо). При цьому Ю. К. Зарецьким було показано, що інтегральні і диференційні методи дають, як звичайно, близькі по точності результати. В зв`язку з цим при виконанні подальших досліджень нами був прийнятий інтегральний метод розрахунку, як менш трудомісткий в обсягу визначення фізико-механічних характеристик грунту і розрахунків.
Для використання інтегральних методів розрахунку необхідно знати форму поверхні обрушення грунтового масиву. Дослідження по визначенню форми поверхні обрушення вертикальних стінок виробок, схилів, відкосів можуть виконуватися з використанням методу відцентрового модулювання. Цьому питанню посвячені роботи Г. І. Покровського, І. В. Федорова та інших вчених. Їх аналіз дозволив намітити такі напрямки експериментальних досліджень:
– виявлення форми і параметрів поверхні обрушення шляхом випробування на відцентровій машині грунту непорушеної структури і грунтових паст;
– визначення особливостей розподілення напружень в основі і навколо виробок на основі комбінації методів фотопружності і відцентрового модулювання.
В цілому аналітичний огляд дозволив зробити такі висновки.
1. Проблема стійкості стінок виробок обмежених розмірів викликає практичний інтерес. Це питання детально не досліджувалось ні в теоретичному, ні в практичному плані.
2. Для виявлення особливостей роботи грунтового масиву з виробками обмежених розмірів доцільно використовувати метод відцентрового модулювання в сполученні з методом фотопружності і методу заморожування напружень.
3. В проведенні теоретичних досліджень доцільно використовувати інтегральний метод розрахунку.
В другому розділі викладені матеріали експериментальних досліджень стійкості вертикальних стінок виробок обмежених розмірів і закономірностей розподілення напружень в основі і навколо виробок.
В процесі проведення експериментів розв`язувались такі задачі:
– визначення якісної і кількісної картини розподілення напружень навколо і в основі глибоких виробок обмежених розмірів;
– визначення впливу геометричних розмірів виробки на стійкість іі вертикальних стінок;
– визначення форми поверхні обрушення вертикальних стінок виробок обмежених розмірів;
– виявлення впливу фізико-механічних характеристик грунту на стійкість вертикальних стінок виробок обмежених розмірів в плані.
Дослідження виконувались на відцентровій машині, при цьому для визначення форм поверхні обрушення використовувався грунт непорушеної структури і паста із такого же грунту, а для виявлення картини розподілення напружень – полярізаційно-активний матеріал СД-10.
Експеримент по визначенню стійкості вертикальних стінок виробок необмежених і обмежених розмірів були проведені в відцентровій машині НДЛ механіки грунтів Дніпропетровського інституту інженерів залізничного транспорту. Експерименти проводились на зразках із глинистого грунту непорушеної і порушеної структури (пастах). В ході експерименту питома вага грунту змінювалась в межах від 16.7 до 19.0кН/м3, вологість від 0.1 до 0.21, коефіцієнт пухкості варіювався в 0,75?е?0,95, швидкість обертання відцентрової машини (центрифуги) складала 150…200 об/хв. Обрушення стінок виробок фіксувалося контактними датчиками. Після завершення досліду (обрушення стінок) по спеціальній методиці виконувались заміри координат поверхні обрушення. Одержані таким чином дані використовувались для визначення параметрів поверхні обрушення. Дослідження виконувались в такій послідовності. Спочатку методом найменших квадратів визначались характерні параметри одержаних поверхонь, пізля чого находились середні квадратичні відхилення теоретичної поверхні обрушення від фактичної.
Аналіз результатів експериментальних досліджень, виконаних на грунті непорушеної структури і грунтових пастах дозволив зробити такі висновки.
1. Форма поверхні обрушення залежить від фізико-механічних властивостей грунту і геометричних параметрів виробки.
2. Найбільш точно (в прийнятому при виконанні експериментному діапазоні зміни властивостей грунту) при втраті стійкості стінками виробок обмежених розмірів, поверхня обрушення масиву грунту може бути апроксимована четвертою частиною елепсоїду.
3. Спростоване подання форми поверхні обрушення грунтового масиву у вигляді трикутної призми також достатньо точно співпадає з результатами експерименту.
В ході визначення напружень в основі і навколо виробок використовувався оптично активний матеріал СД-10. Випробування проводились в такій послідовності. Модель із оптично-активного матеріалу поміщалась в термостаті і нагрівалась до температури 150…1600С. Нагріта модель поміщалась в касету відцентрової машини. Після цього за час, що дорівнює 4…5 хв. швидкість обертання відцентрової машини доводилась до заданої, яка дорівнювала 200…210 об/хв. В такому стані зразок витримувався на протязі 2.0…2.5 години до його повного охолодження. Після зупинки машини зразок виймався із касети і компоненти напружень визначались по стандартній методиці.
Виконані дослідження (по розподіленню напружень в основі і навколо виробок) з використанням оптично-активного матеріалу дозволили зробити такі висновки:
– горизонтальні нормальні напруження близько вертикальних стінок виробок значно відрізняються від аналогічних напружень в суцільному (без виробок) масиві;
– якщо на поверхні грунту навколо виробки прикладене розподільне навантаження інтенсивністю “q”, то вертикальні напруження можуть бути розраховані по формулі ?z=(q+??z);
– в нижній частині виробки має місце концентрація напружень (коефіцієнт концентрації напружень К в залежності від геометричних розмірів виробки знаходиться в межах 2,2?К?4,2), при цьому область концентрації напружень в порівнянні з розмірами виробки незначна.
В цілому виконані експериментальні дослідження показали, що в ході розробки методики теоретичного прогнозу стійкості вертикальних стінок виробок обмежених розмірів, форму поверхні обрушення грунтового масиву доцільно прийняти у вигляді четвертої частини еліпсоїду (яка найбільш точно відповідає експерименту) і правильної трикутної призми (як найбільш простої).
В третьому розділі розроблені основні теоретичні положення по прогнозу стійкості стінок виробок обмежених розмірів, які базуються на інтегральному методі розрахунку. На основі одержаних раніше експериментальних даних форма поверхні обрушення вертикальних стінок виробок була прийнята у вигляді прямої трикутної призми і четвертої частини еліпсоїду. При виконанні теоретичних досліджень були прийняті такі припущення:
– в кожній точці поверхні сковзання суцільного масиву грунт знаходиться в стані граничної рівноваги, тобто обов`язково виконується умова Кулона-Мора;
– при оцінці стійкості головним є більший розмір виробки в плані “l”, в зв`язку з чим в ході розрахунку досить визначити цей розмір, тобто довжину виробки “l”;
– сповзаючий масив грунту здійснює поступовий рух.
Задачі досліджень були сформульовані в такому вигляді:
1. На поверхні природного рельєфу відсутнє разподільне або зосереджуване навантаження інтенсивністю “q”. Відомі питома вага грунту ?, його характеристики міцності с і ?, а також глибина виробки Н. Потрібно визначити таку граничну довжину виробки lкр, при якій забезпечена стійкість її вертикальних стінок.
2. На поверхні природного рельєфу прикладене розподільне навантаження інтенсивністю “q” і відомі перераховані в п. 1 характеристики грунту. Потрібно визначити граничну довжину виробки lкр, при заданій глибині Н, котра би забеспечила стійкість її вертикальних стінок.
В ході досліджень був використаний інтеграальний метод розрахунку в припущенні, що форма поверхні сповзання масиву грунту (при утраті стійкості основи) має вигляд трикутної прямої призми (як найбільш простої) і четвертої частини еліпсоїду (як найбільш відповідаючої експерименту). Критерієм міцності для всіх випадків був прийнятий закон Кулона -Мора. При виводі рівнянь рівноваги находились діючі на сковзаючий масив грунту утримуючі !!! і зрушуючі !!! сили, після чого сума їх проекцій на горизонтальну вісь прирівнювалась нулю. Після цього одержані таким чином рівняння вирішувались відносно пошукового параметру (довжини виробки l). Для визначення утримуючих сил !!! використовувався закон міцності Кулона-Мора.
В зв`язку з громіздкістю одержаних таким чином відношень для всіх випадків задача вирішувалась числовим методом – методом прямого сканірування в такому вигляді (в такій поставі). Відомий функціонал l=f(?, c, ?, L, H). Потрібно визначити таке значення параметру L, при якому функціонал (тобто довжина виробки l) має найменше значення (minimum).
В припущенні, що форма поверхні обрушення масиву грунту має вигляд прямої трикутної призми (прямий клин), були одержані такі формули для визначення критичної довжини виробки lкр:
– при відсутності на поверхні розподільного навантаження “q”

(1)

– при завантаженні поверхні навколо виробки розподільним навантаженням інтенсивністю “q”

(2)

В припущенні, що форма поверхні обрушення масиву грунту (при втраті стійкості основи) має вигляд одної четвертої частини еліпсоїду, одержані такі формули для визначення критичної довжини виробки lкр:
– при відсутності на поверхні навколо виробки розподільного навантаження “q”

(3)
– при передачі на поверхню навколо виробки розподільного навантаження інтенсивністю “q”

(4)
Тут

Так як в співвідношенні (3) і (4) пошукова величина l визначена неоднозначно (входить і вирази І1, І2, І3), то вона (довжина виробки l) визначалась при варіації параметрів L і lкр. При цьому приймалось, що lкр?(0, 100м), L?(0, 100м); крок сканірування для всіх випадків дорівнював 0.01м. Інтеграли по параметру ? розраховувались методом трапецій по 201 точці.
В результаті багаторазових розрахунків було виявлено, що при інших рівних умовах гіпотеза про форму поверхні обрушення грунтового масиву, при руйнуванні основи навколо виробки і вигляді одної четвертої частини еліпсоїда, приводить до завищення її критичної довжини lкр в порівнянні з гіпотезою про форму поверхні обрушення масиву грунту у вигляді прямої трикутної призми.
В четвертому розділі подані матеріали перевірки одержаних в роботі теоретичних результатів на адекватність експерименту, рекомендації по використанню одержаних нами теоретичних і практичних результатів в практиці проектування і будівництва, а також наведені приклади використання запропонованих методик розрахунку в інженерній практиці.
Зіставлення теоретичних і експкриментальних даних дозволило установити, що найкращій збіг між розрахунковими і фактичними значеннями критичної довжини lкр і товщини сповзаючого грунту L виробок обмежених розмірів досягає в тому випадку, якщо розрахунок проводиться в такій послідовності.
1. Спочатку по формулам ср=сн/Кг/Кр; ?р=?н/Кг/Кр; ?г=?н/Кг/Кр визначались розрахункові характеристики грунту. Тут сн і ср – відповідно нормативні і розрахункові значення питомого зчеплення; ?н і ?р – відповідно нормативні і розрахункові значення питомої ваги грунту; ?н і ?г – – відповідно нормативні і розрахункові кута внутрішнього тертя; Кг – коефіцієнт безпеки по грунту, який приймається згідно з рекомендаціями СНіП 2.02.01.83; Кр – коефіцієнт умови роботи грунту, який приймається в залежності від прийнятої гіпотези про форму поверхні обрушення масиву грунту і дорівнює 1.0…1.3.
2. Далі з використанням розрахункових характеристик грунту, відомої глибини виробки Н по формулах 1…4 визначається довжина виробки lкр і товщина сповзаючого масиву грунту L.
3. Після цього по формулах lпр=lкрКl і Lпр=LкрКL визначаються проєктні значення пошукових параметрів. Тут lпр і Lпр – відповідно проектна довжина виробки і проектна товщина сповзаючого масиву грунту в границях довжини виробки; Кl=1; КL=0.9…1.0 – емпіричні коефіцієнти, які приймаються в залежності від прийнятої форми поверхні сповзання грунтового масиву.
В ході виконаних нами багаторазових розрахунків і зіставлення їх результатів з даними експериментів був зроблений висновок про те, що при допущенні про форму поверхні обрушення масиву грунту в границях виробки обмежених розмірів в плані у вигляді прямої трикутної призми, середнє квадратичне відхилення розрахункових значень критичної довжини виробки lпр і товщини сповзаючого масиву в границях виробки Lпр від їх фактичних значень не перевищує відповідно 20 і 22%. При цьому, якщо прийнято припущення про форму поверхні обрушення масиву грунту у вигляді однієї четвертої частини єліпсоїду ці величини відповідно дорівнюють 7 і 24%. У зв`язку з цим був зроблений висновок про те, що одержані таким чином результати можна з достатнім ступенем точності застосувати при розв`язанні задач стійкості.
В розділі також подані практичні рекомендації по використанню запропонованих методик розрахунку стійкості глибоких виробок обмежених розмірів в плані (врахування різнорідності реальних грунтових умов, особливі види навантажень і т. і.).
Загальні висновки. Виконані дослідження дозволили зробити такі висновки.
1. В практиці будівництва має місце проблема розрахунку стійкості масиву грунту в основі і навколо глибоких виробок обмежених розмірів. З цією проблемою доводиться неминуче зустрічатися при розв`язанні таких практичних питань, як спорудження протифільтраційних заслонів (завіс), утримуючих протизсувних конструкцій, будівель, які споруджуються методом “стіна в грунті” без використання бентонітового (або другого глинистого) розчину, реконструкції і підсиленні фундаментів способом “підрізки”, визначення відстані між протизсувними утримуючими конструкціями, оцінці стійкості локальних дільниць схилів при наявності ерозійних процесів і зміни гідрогеологічних умов у зв`язку з підтопленням територій і інші.
2. Дослідження напруженого стану навколо і в основі виробок на моделях із оптично-активного матеріалу СД-10 з використанням відцентрового модулювання і фотопружності допомогли виявити концентрацію напружень в основі виробок. Ця концентрація напружень, очевидно, є однією із причин формування поверхні обрушення вертикальних стінок виробок, схилів, відкосів глибоких котлованів і багато інших споруд в грунтовому масиві.
3. В ході досліджень закономірностей розподілення напружень в основі і навколо виробок з використанням моделей із оптично-активного матеріалу при відцентровому модулюванні установлені:
– якісна картина розподілення напружень в основі і навколо глибоких виробок обмежених розмірів в плані;
– вплив асиметрії розташування виробок на якісну картину розподілу напружень в масиві грунту в основі і навколо виробок;
– взаємний вплив розташованих поряд виробок (головних і розвантажувальних) на розподілення напружень її концентрацію в основі і навколо головних і допоміжних виробок обмежених розмірів в плані.
4. В ході відцентрового модулювання з використанням зв`язного грунту непорушеної (природної) структури і глинистих паст установлено, що форма поверхні обрушення (поверхні сповзання) вертикальних стінок виробок близька до поверхні однієї четвертої частини еліпсоїду, одна із головних осей якого формує глибину виробки Н, друга – довжину виробки l, третя – товщину сповзаючого масива L. При цьому з достаньою для практичних ролзрахунків точністю форма поверхні сповзання може бути також апроксимована частиною поверхні прямої трикутної призми, котра включає в себе основу і частину бокової поверхні, сторонами якої є висота призми Н, товщина призми L і гіпотенуза розміщеного в її основі трикутника.
5. Розроблені алгоритми розрахунку стійкості граничної довжини глибоких виробок обмежених розмірів в припущенні, що форма поверхні обрушення грунтового масиву має вигляд одної четвертої частини еліпсоїду або прямої трикутної призми. Зроблений висновок про те, що в першому випадку розрахункова критична довжина виробки lкр при інших рівних умовах в 1…. рази більша, ніж в другому.
6. Досвід застосування на практиці результатів виконаних досліджень допоміг знайти ряд ефективних проектних рішень при спорудженні фундаментів і підземних споруд методом “стіна в грунті”, протифільтраційних заслонів (завіс), реконструкції і підсиленні фундаментів будівель і споруд.
7. Економічний ефект від впровадження результатів досліджень в будівництві складає близько 200 000 гривень.
Основні положення дисертації опубліковані в наступних статтях:
1. Феклин В. И., Моторный Н. А. Устойчивость вертикальных стенок траншей при сооружении стенчатых фундаментов. /Основания и фундаменты в сложных инженерно-геологических условиях. №3. -Казань. 1979. С. 68-72.
2. Моторный Н. А., Феклин В. И. Исследование формы поверхности обрушения вертикальных откосов траншей методом центробежного моделирования. /Основания и фундаменты в геологических условиях Урала. -Пермь, 1984. С. 59-66.
3. Моторный Н. А. Исследование напряженного состояния массива грунта вокруг и в основании глубоких траншей. /Механизация и автоматизация строительства. Сборник научных трудов ДИСИ: -Киев, УМКВО, 1991. С.106-114.
4. Моторный М. А. Дослідження процесу обвалення вертикальних схилів глибоких траншей. /Інтенсифікація будівництва. Збірник наукових праць ДІБІ. -Київ, 1994. С. 166-170.
5. Моторный Н. А. Определение устойчивой ширины выработок ограниченных размеров в плане с учетом пригрузки поверхности равномерно-распределенной нагрузкой интенсивностью “q”. /Вісник академії: Науковий та інформ. бюлетень ПДАБА, -Дніпропетровськ, 1998. №8 С. 29-31.
6. Моторный Н. А., Шкапов Д. А. Определение расстояния между меридио-нальными жесткими удерживающими конструктивными элементами. /Вісник академії: Науковий та інформ. бюлетень ПДАБА, -Дніпропетровськ, 1999. №1 С. 32-36.
7. Моторный Н. А. Определение оптимальных размеров глубоких выработок ограниченных размеров в плане в предположении эллипсоидальной поверхности скольжения. /Сборник научных трудов Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. -Днепропетровск, 1999. вып. 5, ч. 3, С. 21-26. (в печати)
8. Моторный Н. А. “Определение оптимальных размеров глубоких выработок ограниченных размеров в плане в предположении эллипсоидальной поверхности скольжения с учетом пригрузки поверхности распределенной нагрузкой интенсивностью “q”.” /Вісник академії: Науковий та інформ. бюлетень ПДАБА, -Дніпропетровськ, 1999. №6 С. 26-32.

Моторний М. А. Прогноз стійкості вертикальних стінок глибоких виробок обмежених розмірів в плані. -Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 -Підвалини та фундаменти. -Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 1999.
В дисертаційній роботі вирішується проблема стійкості вертикальних виробок обмежених розмірів в плані, тобто таких, при розрахунках яких слід враховувати просторову роботу грунтового масиву. Визначено вплив на стійкість виробок обмежених геометричних розмірів. Виявлені можливі форми поверхней сковзання при обрушенні вертикальних стінок виробок обмежених розмірів. Виявлена якісна картина напружено-деформованого стану масиву грунту навколо і в основі глибоких виробок обмежених розмірів в плані. Одержані рішення задачи по визначенню критичної довжини виробки обмежених розмірів в плані в припущенні, що форма поверхні сповзаючого масиву грунту має вигляд призматичного клину і однієї четвертої частини елепсоїда без урахування навантаження на поверхні грунту і з урахуванням такого навантаження. Розроблені адаптовані до потреб практики проектування і будівництва методики визначення стійкості виробок обмежених розмірів без урахування і з урахуванням завантаження поверхні розподільним навантаженням.
Ключові слова: виробка обмежених розмірів в грунтовому масиві, стійкість, поверхня обрушення, поверхня сковзання, характеристики міцності грунту, відцентрове модулювання, фотопружність.

Motorniy N. А. Forecasting of Firmness of vertical Wallplates in Deep Elaborations of Limited Sizes in Plan. -Manuscript.

The dissertation is represented for scientific degree of Candidate of Technical Sciences, speciality 05.23.02 – Bases and Foundations – Pridnieprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dniepropetrovsk, 1999 .
In this thesis is solved the problem of firmness of vertical elaborations of limited sizes in plan i. e. such as, when it is needed to take into account the basis of these elaborations and the area work of real soil foundation. It is demonstrated the influence and its geometry on firmness of elaborations of limited sizes. The possible firms of slipping surfaces in cases of breaking of vertical wall plates of elaborations of limited sizes are established. The qualitative picture of stressed deformated condition of soil massif around and in the base of deep elaborations of limited sizes is discovered in this scientific work. The discions of the task of definition of vertical length of elaboration of limited sizes are obtained in assumption of form of slipping soil massif as a prismatic wedge and one fourth part of ellipsoid without any loading on the daily base surface and with taking it into account. The methodics of definition of firmness of elaboration of limited sizes are adapted and developed to the practical needs of projecting and construction without taking into account and with taking into account the loading of base surface by the distributed.
Keywords: elaboration of limited sizes in soil base, firmness, surface of falling, surface of slipping, durability characteristics of soil, centrifugal modelling, photoelasticity.

Моторный Н. А. Прогноз устойчивости вертикальных стенок глубоких выработок ограниченных размеров в плане. -Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 – Основания и фундаменты. -Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 1999.
В диссертационной работе решается проблема устойчивости вертикальных выработок ограниченных размеров в плане, т. е. таких, при расчете которых следует учитывать пространственную работу грунтового основания. В практике строительства и проектирования с этой проблемой приходится сталкиваться при решении таких вопросов, как возведение противофильтрационных и удерживающих конструкций методом “стена в грунте” без использования бентонитового (или другого глинистого) раствора, реконструкция и усиление фундаментов методом подсечки, назначение расстояний между удерживающими конструкциями, оценка устойчивости локальных участков склонов при наличии эрозионных процессов и изменений гидрогеологических условий и т. д.
Исследования включали в себя экспериментальное определение напряженного состояния в основании и окрестности выработок, выявление форм поверхностей скольжения сползающего грунтового массива при потере стенками выработок устойчивости, а также теоретические разработки, ориентированные на определение критических размеров выработок ограниченных размеров.
Выявление напряженного состояния основания в окрестности выработок ограниченных размеров выполнялось с использованием оптически-активного материала. при этом для фиксации картины распределения напряжений был использован метод замораживания, а для воссоздания близкого к натурным условиям напряженно-деформированного состояния основания – метод центробежного моделирования. Выполненные в указанном направлении исследования позволили выявить качественную картину распределения напряжений в основании и вокруг выработок, оценить влияние расположения выработок в грунтовой толще на качественную картину распределения напряжений в их основании.
В целом, выполненные на оптически-активном материале исследования позволили заключить, что горизонтальные нормальные напряжения вблизи вертикальных стенок выработок существенно отличаются от аналогичных в сплошном массиве; если к поверхности основания выработки приложена распределенная нагрузка интенсивностью “q”, то вертикальные напряжения могут быть рассчитаны по формуле ?z=(q+??z); в нижней части выработки имеет место концентрация напряжений (коэффициент концентрации напряжений К в зависимости от геометрических размеров выработки находится в пределах 2,2?К?4,2), при этом область концентрации напряжений по сравнению с размерами выработки незначительна.
В ходе центробежного моделирования с использованием связного грунта ненарушенной (естественной) структуры и глинистой пасты установлено, что форма поверхности обрушения (поверхность скольжения) вертикальных стенок выработок близка к поверхности одной четвертой части эллипсоида , одна из главных осей которого формирует глубину выработки, другая – длину, а третья – толщину. При этом с достаточной для практических расчетов степенью точности форма поверхности скольжения может быть аппроксимирована частью поверхности треугольной прямой призмы, включающей в себя основание и ту часть ее боковой поверхности, сторонами которой являются высоты призмы и гипотенузы расположенных в ее основании прямоугольных треугольников.
В ходе теоретических исследований разработаны методы расчета устойчивости предельных длины lпр и толщины L выработок ограниченных размеров при известной (заданной) глубине в предположении о сползающем грунтовом массиве в виде одной четвертой части эллипсоида и прямой треугольной призмы. Сделан вывод о том, что в первом случае расчетная величина предельной длины выработки lпр, при прочих равных условиях, в 1.5…1.8 раза больше чем во втором. Полученные таким образом расчетные зависимости были адаптированы применительно к решению конкретных инженерных задач.
В ходе применения на практике полученных в диссертационной работе результатов позволил найти ряд эффективных проектных решений при возведении фундаментов и подземных сооружений методом “стена в грунте”, реконструкции и усилении фундаментов зданий и сооружений.
Экономический эффект от внедрения результатов исследований составил около 200 000 грн.
Ключевые слова: выработка ограниченных размеров в грунтовом основании, устойчивость, поверхность обрушения, поверхность скольжения, прочностные характеристики грунта, центробежное моделирование, фотоупругость.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019