WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

КАН ТХЭ САН

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

ОПОЛЗНЕВЫХ МАССИВОВ НА УДЕРЖИВАЮЩИЕ

КОНСТРУКЦИИ СИМПЛЕКС-МЕТОДОМ

Специальность 05.23.02

«Основания и фундаменты, подземные сооружения»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск, 2005

Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент

Караулов Александр Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Полищук Анатолий Иванович

кандидат технических наук, доцент

Нуждин Леонид Викторович

Ведущая организация:

ЗАО «Сибирский научно-исследовательский институт транспортного строительства» (СИБЦНИИТС), г. Новосибирск

Защита состоится 27 апреля 2005 года в 14 часов 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.265.02 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: Российская Федерация, 634003, Томск, пл. Соляная, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан 26 марта 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Недавний О.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Оползни широко распространены как на территории РФ, так и на территории КНДР. Оползневые явления наносят большой вред народному хозяйству, препятствуя освоению естественных склонов и нормальной эксплуатации инженерных сооружений. Борьба с оползнями, предупреждение оползневых процессов представляют, таким образом, важную народно-хозяйственную проблему.

Одним из эффективных способов предупреждения обрушения откосов и склонов является возведение противооползневых удерживающих сооружений. Для проектирования надежных противооползневых конструкций необходимо, прежде всего, установить инженерно-геологические условия склона и причины развития оползневых деформаций. Располагая качественной базой исходных данных, следует решить другую, не менее важную проблему, а именно определить интенсивность силового воздействия сползающих масс грунта на проектируемую удерживающую конструкцию.

Вследствие сложности граничных условий решение задачи определения оползневого давления не удается найти строгими методами теории предельного равновесия грунтов. Широкие возможности для описания склоновых процессов открывает конечноэлементный анализ упругопластического деформирования грунтовых массивов. Это направление разрабатывается в научных организациях, имеющих необходимое оборудование и методики определения параметров упругопластических моделей грунта.

В практической работе проектных организаций для определения силового воздействия оползневых масс на подпорные сооружения, как правило, используются приближенные методы расчета, основанные на расчетной схеме «метода отсеков». Многовариантность «методов отсеков» обусловлена статической неопределимостью задачи и введением в расчет для ее раскрытия дополнительных гипотез различного характера относительно направления и положения сил взаимодействия отсеков с окружающим грунтом. При этом отсутствует метод теоретического анализа возможного диапазона изменения этих сил и, соответственно, диапазона изменения оползневого давления.

Совершенствование методов определения силового воздействия оползневых масс на удерживающие сооружения является важной и актуальной проблемой, решение которой позволит повысить надежность и эффективность противооползневых конструкций.

Цель работы заключалась в разработке методики определения максимально возможной по условиям статического равновесия и прочности грунта интенсивности силового воздействия оползневого массива на удерживающие конструкции и разработке на этой основе принципов их расчета.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

  1. Определить возможный по условиям статического равновесия и прочности грунтов диапазон изменения системы сил взаимодействия отсеков с окружающим грунтом в рамках расчетной схемы «метода отсеков».
  2. Разработать методику определения максимальных величин составляющих оползневого давления в рамках расчетной схемы «метода отсеков» на основе анализа всего диапазона изменения системы сил взаимодействия, допустимого по условиям статического равновесия и прочности грунтов.
  3. Исследовать влияние степени дискретизации расчетной схемы «метода отсеков», формы линии скольжения и положения сил взаимодействия отсеков с окружающим грунтом на расчетную величину оползневого давления.
  4. Разработать алгоритм и программу расчета составляющих силового воздействия оползневого массива на удерживающие сооружения симплекс-методом.
  5. Разработать принципы расчета противооползневых удерживающих конструкций на основе экстремального анализа параметров силового воздействия на них оползневых масс.

Научная новизна работы заключается:

        1. в постановке и решении задачи определения предельного давления грунта на подпорные стенки как задачи линейного программирования;
        2. в разработанных алгоритме и программе расчета силового воздействия оползневых массивов на удерживающие конструкции;
        3. в разработанных принципах расчета противооползневых удерживающих конструкций с помощью симплекс-метода.

Практическая ценность работы заключается в возможности использования полученных результатов при проектировании противооползневых удерживающих конструкций. Реализация такой возможности обеспечивается следующими разработками:

  1. Разработана методика составления исходной симплекс-таблицы, алгоритм и программа расчета симплекс-методом предельного давления на подпорную стенку в рамках расчетной схемы «метода отсеков». Даны рекомендации по использованию результатов решения. Вычислительная работа может выполняться как по разработанной программе, так и с помощью стандартных программ, реализующих симплекс-метод.
  2. Разработаны принципы расчета подпорной стенки по предельным состояниям в соответствии с требованиями нормативных документов и на основе экстремального анализа составляющих оползневого давления, выполняемого симплекс-методом.
  3. Разработаны принципы расчета противооползневых свайных рядов или промежуточных стенок на основе экстремального анализа составляющих оползневого давления, выполняемого симплекс-методом.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовалась расчетная схема «метода отсеков». Определение силового воздействия оползневого массива на удерживающие конструкции осуществлялось симплекс-методом линейного программирования. В разработанной методике расчета оползневого давления обеспечивалось выполнение условий статического равновесия и прочности грунтов. При этом находилось наиболее невыгодное распределение сил взаимодействия отсеков с окружающим грунтом, которому соответствовала максимальная интенсивность силового воздействия оползневого массива на подпорное сооружение.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на 61-й и 62-й научно-технических конференциях НГАСУ (г. Новосибирск, 2003, 2004), на научно-технических конференциях СГУПС (г. Новосибирск, 2004), на научно-техническом семинаре СГУПС (г. Новосибирск, 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

На защиту выносятся:

  1. Постановка и решение симплекс-методом задачи о предельном давлении грунта на подпорную стенку в рамках расчетной схемы «метода отсеков» как задачи линейного программирования.
  2. Результаты анализа составляющих оползневого давления в зависимости от формы линии скольжения и положения сил взаимодействия отсеков с окружающим грунтом, а также результаты сопоставительных расчетов.
  3. Алгоритм и программа расчета симплекс-методом составляющих оползневого давления.
  4. Принципы расчета противооползневых сооружений подпорных стенок и промежуточных удерживающих конструкций на основе экстремального анализа оползневого давления.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, приложений и списка литературы, общий объем составляет 180 страниц, в т.ч. 64 рисунка и 80 таблиц. Список литературы содержит 144 источника.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится анализ существующих методов определения оползневого давления на удерживающие конструкции. Оползни сложные геологические процессы, возникающие при нарушении равновесия земляных масс на откосах и склонах. Изучению оползневых процессов посвящены обобщающие труды А.П. Павлова, Ф.П. Саваренского, С.К. Абрамова, Е.П. Емельяновой, Г.С. Золотарева, А.М. Дранникова, Н.Н. Маслова, М.Н. Гольдштейна, Г.М. Шахунянца, Л.К. Гинзбурга, Г.Л. Фисенко, А.М. Демина, Г.И. Тер-Степаняна, В.Е. Ольховатенко, К. Терцаги, Л. Бьеррума, Л. Шукле, Р. Шустера, Р. Кризека, Хван Хо Рела, Вон Ха Ока и многих других. В диссертации рассматривается один тип оползней по характеру движения, а именно оползни скольжения. Этот тип оползней часто встречается как на естественных склонах, так и в приоткосных частях искусственных земляных сооружений. Важнейшим вопросом при проектировании противооползневых сооружений является определение оползневого давления. Эта проблема решалась в работах А.И. Билеуша, А.Я. Будина, Л.К. Гинзбурга, А.Г. Раздольского, В.Э. Даревского, А.М. Романова, М.П. Дубровского, В.П. Дыбы, А.М. Балашова, Ю.К. Зарецкого, Е.П. Смирнова, Н.К. Снитко, Л.Р. Ставницера, П.И. Яковлева, Ли Хен Су, Ро Мен Хо и многих других.

Основой для оценки устойчивости грунтовых массивов и определения предельного давления на подпорные сооружения является теория предельного равновесия, развитие которой отражено в трудах Ш. Кулона, Р. Ренкина, Ф. Кеттера, Л. Прандтля, В.В. Соколовского, С.С. Голушкевича, В.Г. Березанцева, М.В. Малышева, А.С. Строганова, Л.Р. Ставницера, Ю.И. Соловьева, В.Г. Федоровского, Р. Шилда и многих других. Следует отметить, что строгие решения получены только для ряда относительно простых по своим граничным условиям расчетных схем. Построение статических решений для неоднородных оползневых склонов произвольного очертания не представляется возможным.

Все большее применение для описания оползневых процессов находит конечноэлементный анализ упругопластического деформирования, развитию которого посвящены работы Ю.К. Зарецкого, А.К. Бугрова, В.Н. Николаевского, С.Б. Ухова, З.Г. Тер-Мартиросяна, А.Б. Фадеева, В.Г. Федоровского, А.Л. Гольдина, В.Н. Парамонова, М.М. Дубины, Ро Сол Се и многих других. В настоящее время существует целый ряд программных пакетов, например PLAXIS, COSMOS/M, NASTRAN, Геомеханика и других, на основе которых можно выполнять совместный расчет упругопластического деформирования грунтовых массивов и взаимодействующих с ними конструкций. В то же время, остается ряд вопросов, необходимость решения которых диктуется практикой геотехнического строительства. К таким вопросам относятся, например, выбор модели грунта и определение ее параметров, моделирование фазы локальных сдвигов, определение природного напряженного состояния оползневых массивов.

Для практических расчетов устойчивости оползневых склонов и, соответственно, для определения силового воздействия сползающих масс грунта на удерживающие противооползневые конструкции, применяются, как правило, приближенные методы расчета. Особое место среди них занимают решения с использованием расчетной схемы «методов отсеков». Развитию этих методов посвящены труды Н.Н. Маслова, Г.М. Шахунянца, Л.П. Ясюнас, Г. Крея, Р.Р. Чугаева, И.В. Федорова, Н. Янбу, А.Л. Можевитинова, В.Н. Бухарцева, Л.К. Гинзбурга, А. Бишопа, К. Терцаги, В. Феллениуса, Е. Нонвейе, В.И. Хорькова, В.И. Хазина, Я.Х. Хуана, И.М. Васильева, В.И. Грицыка и многие другие.

Построение любого варианта приближенного метода отсеков тем лучше отвечает действительному поведению оползня, чем качественнее решены два вопроса определение очертания поверхности скольжения и определение системы сил взаимодействия отсеков с окружающим грунтом. Теоретически обоснованное очертание линии скольжения находится методами вариационного исчисления. Это направление было развито в трудах Ю.И. Соловьева, М.Н. Гольдштейна, А.Г. Дорфмана, Ю.М. Почтмана, А.Л. Колесниченко, В.Г. Федоровского, И.Л. Дудинцевой, У.Х. Магдеева, М.И. Шевченко, А.Д. Гиргидова, В.Э. Даревского и других. Второй вопрос о системе сил взаимодействия в настоящее время решается введением в расчет ограничений-равенств относительно величины и положения части сил взаимодействия между отсеками для раскрытия статической неопределимости задачи.

Линейное программирование один из современных математических методов, на основе которого могут быть решены многие сложные математические и технические задачи. Применение методов линейного программирования для решения задач механики грунтов впервые было осуществлено Ю.М. Почтманом и А.Л. Колесниченко. Эти исследования были посвящены определению нормальных и касательных напряжений вдоль линии скольжения, которым соответствует минимальное отклонение касательных напряжений от их предельных значений. При этом распределение усилий в обрушаемой области не рассматривалось.

Во второй главе приводится обоснование выбранного направления исследований. В механике грунтов достаточно полно разработан вопрос определения активного и пассивного давления грунта на подпорные стенки. Указанные решения необходимы, но недостаточны для обеспечения проектирования противооползневых удерживающих конструкций. Оползневое давление может значительно превосходить по величине активное давление грунта, являющееся следствием предельного состояния области грунта, непосредственно примыкающей к подпорной стенке.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»