автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние и расчет осадки песчаного основания с применением дискретно-континуальной модели

1 У

7

На правах рукописи / , ,

0И4

Савин Артем Петрович

НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И РАСЧЕТ ОСАДКИ ПЕСЧАНОГО ОСНОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСКРЕТНО-КОНТИНУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ

Специальность — 05.23.02. Основания и фундаменты, подземные сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2010

- з июн 2010

004603216

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском Политехническом Университете)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Ревенко Валерий Владимирович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, доцент Савинов Алексей Валентинович, Саратовский государственный технический университет (г. Саратов)

кандидат технических наук, доцент Логуган Валерий Васильевич, Ростовский государственный строительный университет (г. Ростов-на-Дону)

ФГОУ ВПО Новочеркасская гуманитарная мелиоративная академия (НГМА)

Защита состоится 04 июня 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 в ГОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу:

400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан <во апреля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета . 'А ' Т.К. Акчурин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Развитие и совершенствование методов расчета напряженно -деформированного состояния оснований имеет важное значение в строительстве зданий и сооружений. Суммарные затраты на устройство оснований и фундаментов в некоторых случаях достигают до 40% от стоимости всего здания. Важным является достижение минимальной материалоемкости фундаментов при сохранении несущей способности основания.

Следовательно разработка и внедрение в проектирование оснований зданий и сооружений уточненных методов расчета напряженно -деформированного состояния оснований являются актуальными.

Целью диссертационной работы является:

моделирование напряженно — деформированного состояния и разработка инженерного метода расчета нелинейной осадки для песчаных оснований ленточных фундаментов мелкого заложения с применением дискретно - континуальной модели в вычислительных экспериментах.

Для достижения поставленной в диссертационной работе цели необходимо:

1. Разработать программный комплекс для реализации принципов дискретно - континуальной модели БСМ.

2. Выполнить апробацию программного комплекса на основе существующих решений.

3. Провести вычислительные эксперименты для определения локальных областей сдвигов в континуальной среде.

4. Провести вычислительные эксперименты для нахождения локальных областей сдвигов в дискретно - континуальной среде.

5. Получить значения осадок континуальной и дискретно -континуальной сред при нагружении.

6. Сопоставить полученные результаты с имеющимися решениями и

опытными данными.

Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена:

1. Теоретическими предпосылками, опирающимися на фундаментальные положения механики грунтов, теории упругости и численного метода граничных элементов.

2. Адекватным соответствием результатов, полученных на программном комплексе, с решениями известных задач.

3. Близким соответствием полученных результатов расчета с данными натурных экспериментов.

4. Использованием промышленного стандартного программного обеспечения Microsoft Windows и распространенного языка программирования Object Pascal.

Научная новизна диссертационной работы:

1. Применена дискретно-континуальная модель для расчетов напряженно - деформированного состояния песчаного основания.

2. Получена эволюционная система локальных областей сдвигов в песчаном основании в процессе его нагружения.

3. Получены нелинейные осадки песчаного основания для диапазона эксплуатационных нагрузок.

4. Разработан программно - визуальный прием оперативной дискретизации среды, используемый в программном комплексе.

Практическая значимость работы. Диссертационная работа является частью научных исследований, проведенных на кафедре «Промышленное, гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение» в рамках фундаментального научного исследования по теме: «Разработка научных основ повышения надежности объектов и эффективности управления процессами в водохозяйственных и строительных инженерных системах (НИР: №01200506483)».

Полученные результаты и программный комплекс могут быть использованы для:

- оценки напряженно деформированного состояния песчаных оснований ленточных фундаментов и расчета их осадки для эксплуатационных нагрузок;

- расчета различного рода грунтовых сооружений;

- дипломного проектирования студентов строительных специальностей.

Апробация работы. Основные результаты данной диссертационной

работы обсуждались и были опубликованы в материалах: Международной научно-практической конференции, «Строительство 2006», «Строительство 2007» Ростовского государственного строительного университета (Ростов-на-Дону, 2006-2007 гг.), Всероссийской выставки - ярмарки научно-исследовательских работ и инновационной деятельности «ИННОВ-2007» (Новочеркасск 2007 г.), Международной научно-технической конференции (Пенза 2005), Всероссийском смотр - конкурсе «Эврика 2006», «Эврика 2007» (Новочеркасск 2006-2007 гг.), Международной научно - технической конференции «Надёжность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград 2005 г.), III, V Международной научной конференции «Городские агломерации на оползневых территориях» (Волгоград 2005, 2009 гг.), Наука, техника и технологии XXI века (НТТ-2009) Материалы IV Междунар. науч.-техн. конф. Нальчик 2009, Малоэтажное строительство в рамках Национального проекта «Доступное и комфортное жилье гражданам России»: технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области, Волгоград 2009, ежегодные внутривузовские конференции ППС кафедр строительного профиля ЮРГТУ (НПИ) (2005-2009 гг.).

Личный вклад автора заключается в:

1. Отработке методики применения дискретно - континуальной модели в вычислительных экспериментах;

2. Расчете напряженно - деформированного состояния песчаных

оснований, связанных с развитием локальных областей сдвигов и нелинейной осадки;

3. Разработке и реализации алгоритмов для программного комплекса

DCM.

На защиту выносятся:

1. Методика применения дискретно — континуальной модели для проведения вычислительных экспериментов по расчету напряженно -деформированного состояния основания.

2. Результаты вычислительных экспериментов, связанные с равитием локальных областей сдвигов в основании.

3. Результаты вычислительных экспериментов, связанные с развитием нелинейных осадок основания.

4. Прием оперативной дискретизации среды в программном комплексе.

Результаты научных исследований внедрены:

Программный комплекс «Расчет грунтового основания по дискретно -континуальной модели («DCM»)» в строительных организациях: ЗАО «Каменск - Строй», ЗАО «СУ - 119».

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 16 научных статьях, две из которых - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы общим объемом 143 страниц, включает в себя 95 рисунков и 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель работы и определены основные этапы ее достижения, указаны научная новизна, степень апробации, практическая значимость и выносимые на защиту положения, представлены данные о ее

практическом внедрении.

Первая глава посвящена обзору существующих моделей грунтовых оснований под углом зрения используемой в них континуальной среды -

A.Н. Богомолов, А.К. Бугров, Е.Ф. Винокуров, С.С. Вялов, А.Л. Гольдин, С. Десаи, Б.И. Дидух, Д. Друккер, Ю.К. Зарецкий, А.Л. Крыжановский,

B.Н. Ломбардо, Г.М. Ломизе, М.В. Малышев, В. Прагер, В.И. Соломин, A.C. Строганов, А.Б. Фадеев, Л. Финн М. Харр, В.К. Цветков, В.Н. Широков и др., либо дискретной среды - Б.И. Дидух, И.И. Кандауров и др., либо комбинированной - В.А. Барвашов, К. Ли, Л.Н. Репников, И.Я. Штаерман и др.

Предложенная дискретно - континуальная модель (автор - В.В. Ревенко) сочетает в себе свойства как дискретных, так и континуальных сред. Принцип дискретизации среды следующий. Выделенный малый объем грунтовой среды представляет собой конгломерат гранул (рис. 1, а).

а 6 в

Рис. 1. Получение из грунта континуальной и дискретной сред Выполняется замена грунтовой среды континуальной средой с соответствующими усредненными характеристиками (рис. 1, б). Такой вид континуальной среды затем используется для представления областей основания в допредельном состоянии (при отсутствии сдвигов). В основу дискретно — континуальной модели положено использование эволюционной дискретной среды для имитации сдвиговых процессов в грунте.

Разрушение грунта происходит главным образом путем сдвига гранул по контактным поверхностям, направления которых для объема континуальной среды определяется, например, по условию Кулона-Мора (рис. 1, в). Таким образом, осуществляется как бы возврат к исходному природному объекту (рис. 1, а), но на идеализированном уровне (рис. 1, в). Такой вид дискретной среды затем используется для представления областей основания в стадии сдвигов.

Примером может служить весомое основание, нагружаемое штампом. До возникновения предельного состояния используется континуальная среда. Для такой среды применима расчетная модель линейно - деформируемой среды. С ростом нагрузки возникают области возможных сдвигов, которые очерчиваются границей с углом отклонения огибающих кругов Кулона - Мора ©, равным углу внутреннего трения ср. Внутри этих областей ®> <р, вне этих областей 0<<р (рис.2).

Для областей возможных сдвигов строится система из площадок предельного равновесия, направления которых определяются по условию прочности Кулона - Мора. Затем эти площадки предельного равновесия представляются в виде разрезов скольжения, имитирующих контактные поверхности гранул или агрегатов гранул. Взаимодействие между поверхностями разрезов при наличии в них материала - заполнителя может осуществляться упруго либо путем скольжения, либо потерей контакта (раскрытие). В силу наличия таких разрезов области возможных сдвигов преобразуются в области сдвигов (рис. 3). Построение таких систем разрезов по мере нагружения основания может выполняться различными методами. Такая последовательность действий приближенно воспроизводит последовательность развития НДС реального основания.

Для математической реализации модели использован метод граничных элементов в форме разрывных смещений, разработанный С. Краучем, А. Старфилдом (Методы граничных элементов в механике твердого тела. М.: Мир, 1987), как наиболее соответствующий решению поставленной задачи.

Рис. 2. Пример областей возможных

сдвигов в основании под штампом при фиксированной нагрузке

Рис. 3. Схема получения областей сдвигов путем дискретизации среды с помощью системы разрезов в общем случае

Задача моделируется с помощью погружения системы в неограниченное упругое полупространство. Вдоль боковых сторон и верхней части штампа, а также вдоль границы плоскости слева и справа от штампа введены граничные элементы разрывных смещений. Разрезы скольжения в области &><р представляются граничными элементами с материалом заполнителя, имеющего параметры жесткости Кг и К„ (в касательном и нормальном направлениях) и возможностью его нелинейной работы.

Таким образом, дискретно - континуальная модель отражает поведение грунтов под нагрузкой естественным образом: в области сдвигов - дискретной средой, в остальном массиве — континуальной средой. Соответственно описание этой модели имеет ясный физический смысл и относится к взаимодействующим нелинейным образом шероховатых твердых блоков и массива. Для применения дискретно - континуальной модели требуется минимальный набор физико-механических характеристик основания, в то время как для развития моделей на базе континуальной среды требуется большой объем экспериментальных данных специального типа.

Во второй главе описана реализация программного комплекса дискретно - континуальной модели.

Программный комплекс разработан с учетом современных программных требований, т. е. имеет модульную структуру на языке Object Pascal. Общая структура функционирования комплекса представлена на рис. 4. Математический модуль реализует метод граничных элементов (МГЭ) в форме разрывных смещений с учетом расширений, вытекающих из специфики дискретно - континуальной модели (ДКМ).

Графический модуль входит составным блоком в оперативную часть, связанную с выставлением разрезов в соответствии с описанной ниже методикой. Этап выставления разрезов реализован в графическом модуле. Программный комплекс позволяет строить эпюры и изолинии напряжений и перемещений, изолинии углов отклонений, диаграммы Кулона-Мора.

Внутреннее представление данных в ПК DCM — объектно-ориентированное, программа имеет классовую многоуровневую структуру данных и использует идею виртуальных классов, наследования и динамических данных. Входная информация для расчета предварительно формируется в файл исходных данных из трех разделов. Файл имеет теговую структуру, подобную XML формату. Выходная информация состоит из четырех 4 файлов.

Разработанный комплекс ПК DCM имеет размер исходного кода на языке Object Pascal - 211 КБ, размер исполняемого файла —1,42 МБ. Рис. 4. Общая структура функционирования ПК DCM

В третьей главе выполнена апробация программного комплекса DCM с использованием аналитических решений для континуальной среды.

В качестве исходной была принята континуальная среда с характеристиками, соответствующими нормативным значениям песчаного грунта средней крупности, т.е. удельный вес у = П,2кНIмъ, модуль Юнга Е = 40000кПа (численно равный при нагружении модулю деформации песка), коэффициент Пуассона fi = 0,25, угол внутреннего трения <р = 38°, сцепление с = 2кПа, собственный вес грунта учитывался с коэффициентом бокового давления | = 1.

¡сходные данные

Математический модуль

Обработка исходных данных

Данные для уравнение

Вычисление коэффициентов

Построение и решение | СЛАУ

Решение

Значения углов отклоие

Вычисление углов отклонения

Построение предельной изолинии

Координаты изолинии

выставление разрезов

Графический модуль

Tl&tpöW ' фрагментов и

rrfSKftnuHftHu»™

Определение центра разреза

Вычисление углов наклона

Установление длин разрезов

Данные по разрезам

Формирование новых исходных данных

Модуль интерфейса

Генерация новых исходных данных

Формироэдие отчета

Формирование дополнительных

Нагружение р задавалось по полосе шириной Ь = 0,5.«. В ходе 27 вычислительных опытов в различных сочетаниях последовательно менялась нагрузка: рх = ЪйкПа, рг = 100л77ег, р3 - 500кПа; длина поверхности вне нагрузки: ¿,=0,5м, Ь2 = Зл<, Ь3 = 10лг; размеры граничных элементов: А/, = 0,05,и, А/2 =0,0Ьи, Д/3 =0,002л< (рис. 5).

Рис. 5. Схема нагружекия упругого полупространства полосовой нагрузкой На этом рисунке также показаны горизонтальные и вертикальные створы, по которым строились эпюры напряжений и перемещений. В качестве аналитических решений использованы решения линейной теории упругости. Пример - сопоставление областей возможных сдвигов по аналитическому и численному решениям при Р = ЮОкЛа, I = Юл», Д/ = 0,01м (рис. 6).

и численном расчетах и аналитических расчетов

Из вычислительных опытов следует, что на результаты расчетов по ДКМ накладываются ограничения МГЭ связанные с длинной поверхности вне

нагрузки и размерами граничных элементов. Выполнено было также сопоставление осадок по данным Шлейхера и Н.А. Цьгтовича для ленточных фундаментов с численным решением. На рис. 7 показаны крайние значения осадок (толстые линии) при « = //6 = 10-^10000, где / длина полосовой нагрузки. Здесь же показаны и осадки, полученные численным расчетом при длине поверхности вне нагрузки: Ь = 2,75м,5м,Юм (тонкие линии). Таким образом, путем принятия соответствующей длины ограниченного полупространства возможно воспроизведение условий работы среды под ленточными фундаментами различной длины. Длина вне нагрузки Ь=4м (Д/= 0,005м) выбрана путем комплексного сопоставления областей возможных сдвигов и осадок по линейным решениям с соответствующими численными решениями.

В четвертой главе проведен расчет и анализ напряженно -деформированного состояния континуальной среды при различных видах ее нагружения.

Эта задача относится к типу плоской деформации. Ширина нагрузки была принята равной Ъ — 0,5л< как соответствующая крупномасштабным штамповым экспериментам и одновременно находящаяся в районе минимальных размеров существующих фундаментов.

Для моделирования НДС песчаного основания в качестве основной расчетной схемы была принята схема, соответствующая незаглубленным и малозаглубленным фундаментам (0< Я/6 <0,5). При этом вес слоя грунта высотой Н вводится в расчет в виде равномерно распределенной пригрузки д = у • Н. Использовались два основных вида нагружения среды — нормальная равномерно распределенная нагрузка и нормальное смещение при отсутствии в обоих случаях контактных касательных усилий. Такие нагружения имитируют нагружение основания гибким и жестким штампами (фундаментами).

В качестве основания использовалась среда, обладающая рядом физико-механических характеристик, присущих песчаному грунту (среднезернистый

песок): удельный вес у ~\6,15кН/м3, модуль Юнга Е = 40000к//а, коэффициент Пуассона р = 0,25, угол внутреннего трения р = 43° и сцепление с = 0, собственный вес грунта учитывался с коэффициентом бокового давления

Из различных видов нагружении, которые могут быть реализованы по ДКМ, практический интерес представляют два вида нагружения, которые дают возможность выполнить абсолютно гибкое и абсолютно жесткое нагружение. Реальные штампы и фундаменты обладают конечной жесткостью, находящейся между указанными крайними видами нагружения. Ввиду этого рассмотрены два примера, относящиеся к двум видам пошагового нагружения континуальной среды: 1. р = ст„ при «г, =0; 2. V IIп при а, =0, где р и V - соответственно задаваемые в виде полосы нагружения среды нормальные напряжения и нормальные перемещения. Для этих примеров получены области возможных сдвигов при жестком нагружении и при гибком нагружении. (рис. 9)

Рис. 9. Область возможных сдвигов при р = 95,8к/7а с изолиниями © (правая половина) Внешней границей области является изолиния 0 = ^ = 43°. Распределение этих изолиний отражает характер напряженного состояния в области возможных сдвигов.

При построении соответствующих графиков осадок использовались значения напряжений или перемещений, взятых под центром нагрузки или их средние значения. Из этих графиков следует, что возможно выполнять расчеты

♦ fl.lt Ш * 0.3 О-4 0.5 0.6 0.7

осадок оснований фундаментов небольших размеров конечной жесткости в пределах принятой линейной зависимости «нагрузка - осадка».

В пятой главе изложены принципы дискретизации исходной континуальной среды с использованием краевой группы разрезов скольжения, последовательность формирования НДС дискретно - континуальной среды, сопоставление с расчетными и экспериментальными данными.

Использование расчетной схемы в виде незашубленных и малозашубленных фундаментов дает возможность для наиболее характерного и наглядного вида работы основания (наличие трех фаз деформаций основания по Н.М. Герсеванову) отработать методику формирования краевой группы разрезов в процессе нагружения основания.

Здесь для перехода от возможных областей сдвигов (0 ><р) к областям сдвигов необходим соответствующий переход от напряженного состояния, изображаемого кругом Мора (1), к напряженному состоянию, изображаемого кругом Мора (2) (рис. 10).

Рис. 10, Примеры напряженного состояния Рис. 11. Формирование разрезов скольжения:

Такой переход выполняется с помощью соответствующих разрезов скольжения, на которых достигается условие предельного равновесия. В соответствии с вычисленными направлениями площадок предельного равновесия формируются четыре разреза (рис. 11). Эти разрезы имитируют реальный контакт, имеющий место при взаимодействии агрегатов гранул песка.

Для вычислительных целей реальный контакт можно рассматривать как длинную узкую трещину с сжимаемым заполнителем. Свойства материала -заполнителя определяются как параметр нормальной жесткости Кп-Е!Ь и

для области возможных сдвигов (1) и для области сдвигов (2)

(1) - площадки предельного равновесия,

(2) - разрезы скольжения.

параметр касательной жесткости К5 =0/11.

В качестве материала, заполняющего контакт между гранулами, нами принята частная модель в виде набора упругих шаров. При наличии поверхности сдвига между этими шарами минимальное их количество по высоте должно быть равно двум с целью сохранения величины модуля Юнга как для дискретной среды. При наиболее вероятном расположении шаров (И.И. Кандауров) средняя высота слоя равна А при й ~ 0,25мм (размер гранулы среднезернистого песка) (рис. 12).

сЯЙЯЯЯЯЙ2>

Рис. 12. Представление материла разреза в виде набора шарообразных гранул Величина модуля Юнга для дискретного образца была ранее найдена (глава IV) и составила Е = 40000кЛа, При характерном размере гранул среднезернистого песка с! = 0,25лш и средней высоте укладки шаров такого размера А = 0,0004л< параметр жесткости в нормальном направлении составил К„ = Е/Н = 110"кПа/м. Соответствующий параметр жесткости в касательном направлении при коэффициенте Пуассона ¡и = 0,2 :

К, = £/(2(1 + р)И)= 0,41 • 10* кЛа/м Найденные таким образом параметры жесткости использовались в последующих вычислениях в качестве характеристик материала контактного заполнителя, представленного в виде сплошной среды. Этот контактный материал может работать в линейном и нелинейном (скольжение) режимах.

С учетом условия Кулона - Мора \r's'\<(J'l¡■tg<p' +с' получены уравнения для группы краевых разрезов, непосредственно используемые в ПК БСМ в составе общей системы уравнений МГЭ:

N

С + к \ ■ /* <р - (< )„ = X [(- А1 Ъ<Р + А1 )р\т + (- А1 {е<р + А1 КУ(1)]

N 2

где /,./' - номера граничных элементов; - общее количество граничных элементов; к - шаг нагружения; Аа,Ат,Аю,Ат - коэффициенты влияния, вычисляемые по формулам МГЭ; ст!,сг„ - касательные и нормальные напряжения в локальной системе координат; К5,Кп - параметры жесткости в касательном и нормальном направлениях; - дополнительные разрывы

смещений в касательном и нормальном направлениях, которые определяются в результате расчета.

В краевых областях основания при его нагружении возникают и развиваются области сдвигов. Эти области и являются определяющими в формировании НДС всего основания. Ввиду этого, использование одной группы разрезов (состоящей из четырех разрезов) в каждой из двух краевых областей дает возможность воспроизвести в наиболее существенных чертах реалистичного НДС основания.

В соответствии с этой предпосылкой была принята соответствующая методика выставления и использования краевой группы разрезов. Предварительно внутри начальной локальной области возможных сдвигов (при малой нагрузке) была выставлена группа разрезов. При следующем шаге нагружения получена область возможных сдвигов, в которой выставлена система групп разрезов. Эта система разрезов образует поле направлений возможных сдвигов, которая отличается от направлений краевой группы разрезов (рис. 13).

0.2Н 0.3: 0,36 0,40 0,44

0,00 0,04 0,03 0,12 0,16

| | | 0.29 0.33 0,37 0,41 0,43

Рис. 14. Область сдвигов, соответствующая довернутой краевой группы разрезов

0,04 0,05 0,12

Рис. 13, Исходная краевая группа разрезов и ноле направлений, (правая половина)

Для согласования направления указанной начальной краевой группы разрезов с общим полем направлений был выполнен доворот этой группы разрезов (по часовой стрелке, рис. 13). Затем при этом новом положении краевой группы разрезов выполнен расчет по ДКМ при том же шаге нагружения. Новое положение краевой группы разрезов и соответствующая область сдвигов показана на рис. 14.

По изложенной методике были проведены последующие расчеты при нагрузках р = \00кПа.200кПа и 300кПа, которые соответствуют эксплуатационным. В качестве примера на рисунках 15, 16 при р = 300кПа показаны области сдвигов и укрупненная область под краем нагрузки.

0.03

0.07

0.11

0.19

Т1 ■?"'}.''Г",'Т ЯЦ!'?

___________

4 Жк * «-а £ Уг^И 5е а 'Л' *

( В ¡Ут ¡М'Гт:}']! Н ¡5«М

т.Т11.«<.м || 1| | нг»«'<гс>И 'V Ф г и|.||-1>11'<| >• -и.к.ц» н-*

»^ Ч-П " Ц * 5 И^Г'^ { ¿'-гД'к П 1Ц!

1 I (> . г, , I » 1-Г I II I .в » / I ] »»■» мц. | ««

!' (! )(I? и-я к я Я.»« '>. » Д:Т> [¡'1«! (-и» й 4'!! ^пп и к я и «Фи I л т^-.м-« «»

^ »1^-3 ? Т'И. г"» 3 ;{•;{ I >1 « I Н 3 ¡1

0.30

0.35

0,00

I •}<<: ~Ъ 1--К-.','{-•.';! чучР';» ¡г Г :пЬг г;- о 02

Л^^КЦ'ПВ'Ц 1. и ' 1,71| а«. 1 г-з.: ^¡¡¡.^¡¡¡1 а ¡ц* 1¡.ц.ццл .».х! » £ .У?; &

| Жш-.М:» «.а-« ¡и с-кз:® ■-(»¿л :1:! Ё ии^ 'Г; *

) ||-4г|'-|)'|| И «■-•йч« м-'^чгч' iiii. -n ii.-i! д "•!»

.¡М^Нм» а !1-к. ¡аа, ¡,.¡¡ 5 и ¡1 ц'л- ^ >

< ^Е-Ь^Г^Р^М 41Г ^ ^"¡"1111 ВИЯ'! ( I г -Г ¡и"|Т» ¡Ы

1;||!|* I!'?И!* ГI'И1ВNЙ И -! 0,08

Рис. 15. Область сдвигов при р - 300кПа

(серый фон на этом рисунке — результат сгущения сетки осей и точек вычислений)

Рис. 16. Укрупненный вид области в районе края нагрузки при р = Ъ00кПа

Сравнительно с областями на предыдущих шагах нагружения область

сдвигов при р = 300а7/я продолжила расширение в сторону, увеличился заход этой области под проекцию внешней нагрузки, увеличилась локальная часть (рис. 16), в которой отсутствуют сдвиги. Эта локальная часть примыкает к краевой группе разрезов. В целом полученные области сдвигов отражают дискретный механизм деформирования основания.

0.0 50 1Ц0 150 200 250 300 р, кПа

0.0050 0.007399 0,009518 6.010130

0.012905-Б, м

ДКМ, ограниченная

сжимаемая толща ДКМ, неограниченная сжинаемая толща

Рис. 17. Графики осадок по ДКМ с неограниченной и ограниченной сжимаемыми толщами

Соответствующие осадки на указанных шагах нагружения вычислялись как для неограниченной сжимаемой толщи, так и для ограниченной в соответствии с условием, приведенным в СНиПе 2.02.01-83 (рис. 17).

Осадки по ДКМ сопоставлялись с осадками, полученными по пособию к СНиП 2.02.01-83 (рис. 18).

0.0 50 1р0 150 200 2,50 300 р. кПа

0.005000 0.007000 0.009518-

я м

ДКМ, ограниченная сжимаемая толща

Рис. 18. Непосредственное сопоставление графиков осадок по ДКМ (с ограниченной сжимаемой толщей) и по пособию к СНиП

Согласно расчета по пособию к СНиП предельной нагрузкой для рассматриваемого песчаного основания является Ри «ЮООкЛа. Указанные расчетные примеры были получены для нагрузок, которые соответствует эксплуатационным нагрузкам на основание. Полученный график осадок по ДКМ располагается, по отношению к осадке по СНиПу, несколько ниже, что указывает на меньшую прогнозируемую предельную нагрузку по ДКМ.

Решение по МКЭ (С.Б. Ухов и др.) дает осадку при расчетном сопротивлении грунта большую, чем осадка, вычисленная по методу послойного суммирования. Такой же вывод следует из решения по ДКМ.

Выполнено также сопоставление полученных результатов с экспериментальными данными по опытам, проведенными в лотке машины МФ -1. В опытах В.В. Ревенко было экспериментально зафиксировано явление перехода компонент напряжений(нормальных и касательных) через их максимум или прекращение их роста в ряде точек песчаного основания под круглым штампом. Аналогичный характер изменения напряжений имеет место в дискретно - континуальной модели, где на краевых разрезах скольжения осуществляется уменьшение нормальных и касательных напряжений до уровня, определяемого условием Кулона - Мора. Таким образом, реализованный принцип формирования и работы краевых разрезов скольжения в дискретно -континуальной модели имеет экспериментальное подтверждение.

В опытах К.К. Куликова и Ю.Н. Мурзенко в качестве модели ленточного фундамента были использованы поставленные в один ряд три металлических квадратных штампа шириной Ь = 0,5м. При всех одинаковых лотковых и расчетных исходных параметрах имеется лишь различие в значениях п = ИЪ. При этом величины опытных и расчетных предельных нагрузок весьма близки, а опытные осадки в лотке указывают на тенденцию их приближения к расчетным по ДКМ (при возможном увеличении длины ленточного штампа в опыте). В целом результаты сопоставления указывают на достаточную в практических целях адекватность дискретно - континуальной модели и возможность ее применения для расчетов осадок песчаных оснований. В приложении представлены: свидетельство об официальной регистрации ПК БСМ и 2 технических акта внедрения. Основные выводы

^Использование предложенного метода формирования и работы краевых групп разрезов при применении дискретно - континуальной модели и условия

Кулона - Мора позволяет косвенно отразить в локальных областях сдвигов дискретный механизм деформирования песчаного основания в процессе его нагружения. Этот метод является более точным по сравнению, например, с приближенным способом определения очертаний областей предельного напряженного состояния с использованием линейно - деформируемой среды.

2. Предложенный инженерный метод расчета нелинейных осадок песчаных оснований ленточных фундаментов мелкого заложения: с ограничением сжимаемой толщи основания является уточнением метода для расчета нелинейных осадок по пособию к СНиП 2.02.01-83. Это позволяет увеличить допустимый диапазон расчетных напряжений и перемещений, что, как известно, приводит к снижению материалоемкости проектируемых фундаментов.

3. Разработанный и апробированный программный комплекс ОСМ позволяет использовать в научных и прикладных целях дискретно - континуальную модель для расчета напряженно - деформированного состояния и осадок песчаных оснований различных сооружений, а также и других грунтовых оснований при соответствующих исходных данных.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях: В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Савин, А. П. Разработка программы ПЭВМ расчета грунтового основания по дискретно континуальной модели / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2005. - Спецвып. : Актуальные проблемы строительства и архитектуры. - С. 118-123.

2. Савин, А. П. Определение деформационных характеристик пористой среды в вычислительном эксперименте / А. П. Савин // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. - 2008. - Вып. 10 (29). - С. 167-170. - Библиогр.: с. 170 (4 назв.).

В других изданиях:

3. Расчет грунтового основания по дискретно - континуальной модели («DCM») : свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2004611512 / В. В. Ревеню, А. П. Савин. - № 2004610926 ; заявл. 22.04.2004 ; зарег. в реестре программ для ЭВМ 18.06.2004.

4. Савин, А. П. Определение перемещений фундамента подпорной стены с применением дискретно - континуальной модели основания / В. В. Ревенко,

A. П. Савин // Городские агломерации на оползневых территориях : материалы III Междунар. науч. конф., посвящ. 75-летию строит, образования в г. Волгограде 14-16 дек. 2005 г., Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2005. - Ч. И. - С. 27-31. - Библиогр.: с. 31 (4 назв.).

5. Савин, А. П. Расчет строительных конструкций на опрокидывание с применением дискретно - континуальной модели / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Эффективные строительные конструкции: теория и практика : сб. ст. IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Пенза, 29-30 нояб. 2005 г. - Пенза : [Пенз. гос .ун-т архитектуры и стр-ва.], 2005. - С. 295-298.

6. Савин, А. П. Расчет перемещений подпорной стены с применением дискретно - континуальной модели основания / А. П. Савин // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : материалы V Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 10 июля 2005 г. - Новочеркасск : ЮРГТУ : ООО НПО «ТЕМП», 2005. - Ч. 1. - С. 25-29.

7. Савин, А. П. Моделирование процесса разрушения грунтового основания в краевой зоне нагрузки / В. В. Ревенко, А. П. Савин ; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) // Моделирование. Теория, методы и средства : материалы VI Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 7 апр. 2006 г. : в 5 ч. - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2006. - Ч. 3. - С. 63-67.

8. Савин, А. П. Расчет оснований обследуемых зданий по дискретно -континуальной модели / В. В. Ревенко, А. П. Савин ; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : материалы VI Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 9 июня 2006 г. : в 2 ч. - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2006. - Ч. 2. - С. 5-10.

9. Савин, А. П. Напряженное состояние континуальной среды при ее абсолютно жестком нагружении и полном контактном сцеплении по решению МГЭ /

B. В. Ревенко, А. П. Савин // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Технические науки. Приложение. Проблемы строительства

и архитектуры. - 2006. - N 12, Ч. 1. - С. 54-58.

10. Савин, А. П. Напряженное состояние дискретно - континуального основания при начальном нагружении I В. В. Ревенко, А. П. Савин // Российская геотехника - шаг в XXI век : тр. юбил. конф., посвящ. 50-летию РОМГГиФ, г. Москва, 15-16 марта 2007 г. - М. РОМГГиФ, 2007. - 1 электрон, диск.

11. Савин, А. П. Разработка фрагмента программы расчета грунтового основания по дискретно-континуальной модели / А. П. Савин Н Строительство - 2007 : материалы междунар. науч.-пракг. конф. - Ростов н/Д : Ростов, гос. строит, ун-т, 2007. — С. 176-177.

12. Савин, А. П. Особенности применения метода граничных элементов при расчетах напряженно — деформированного состояния континуальной среды / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов : материалы V Междунар. науч.-техн. конф., Волгоград, 23-24 апреля 2009 г. : [в 3-х ч.]. Волгоград : [ВолгГАСУ], 2009. - Ч. III. - С. 223-227.

13. Савин, А. П. Формирование дискретной среды системой разрезов под краем нагрузки / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2008. - Спецвып. Основан™, фундаменты и строительные конструкции. - С. 14-15.

14. Савин, А. П. Расчет напряженно-деформированного состояния основания с применением метода граничных элементов / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Наука, техника и технологии XXI века (НТТ-2009) : материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., Нальчик 2009,8-10 октября 2009 г. - Нальчик: Изд-во Каб.-Бал. унта, 2009. - С. 279-283.

15. Савин, А. П. Определение напряженно-деформированного состояния основания с использованием дискретно-континуальной модели / В. В. Ревенко, А. П. Савин ; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : материалы VII Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 2009 г. - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2009. -С. 109-115.

16. Савин, А. П. Расчет напряженно - деформированного состояния основания с использованием дискретно - континуальной модели / А. П. Савин // Малоэтажное строительство в рамках Национального проекта «Доступное и комфортное жилье гражданам России»: технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области, Волгоград, 10-11 декабря 2009г. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2009. - С. 244-247.

Савин Артем Петрович

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И РАСЧЕТ ОСАДКИ ПЕСЧАНОГО ОСНОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСКРЕТНО-КОНТИНУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах рукописи

Подписано в печать 2i.04.2010 Формат 60x84 Бумага офсетная. Ризограф™. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,11. Тираж 100 экз. Заказ 48-122.

Отпечатано в ИД «Политехник» 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ОСНОВНЫХ МОДЕЛЕЙ ГРУНТОВ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСКРЕТНО-КОНТИНУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ.

1.1. Дискретные модели грунтов.

1.2. Континуальные модели грунтов.

1.3. Комбинированные модели грунтов.

1.4. Дискретно - континуальная модель грунтов.

1.4.1. Механическая модель.

1.4.2. Математическая модель.

1.5. Подходы к обоснованию возможности применения дискретно континуальной модели.

Выводы.

ГЛАВА И. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДИСКРЕТНО -КОНТИНУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ DCM И РАЗРАБОТКА ИНТЕРФЕЙСА.

2.1. Структура программного комплекса DCM.

2.1.1. Модификация математического модуля.

2.1.2. Оперативная часть.

2.2. Интерфейс программного комплекса DCM.

2.2.1. Эпюры и изолинии напряжений и перемещений.

2.2.2. Изолиния предельного напряженного состояния.

2.2.3. Разрезы скольжения.

2.2.4. Интерфейсный модуль ПК DCM.

2.3. Представление информации в ПК DCM.

2.3.1. Представление входной информации.

2.3.2. Представление выходной информации.

Выводы.

ГЛАВА III. АПРОБАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА DCM С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНАЛИТИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.

ЗЛ. Методика сопоставления решений ДКМ с аналитическими решениями

3.2. Сопоставление напряженных состояний, полученных по аналитическому и численному расчетам.

3.2.1. Сопоставление по напряжениям.

3.2.2. Сопоставление по областям возможных сдвигов.

3.3. Сопоставление деформированных состояний, полученных по аналитическому и численному расчетам.

3.3.1. Сопоставление по перемещениям.

3.3.2. Сопоставление по осадкам.

Выводы.

ГЛАВА IV. НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ КОНТИНУАЛЬНОЙ СРЕДЫ И ЕЕ ОСАДКА.

4.1. Постановка задачи и выбор характеристик среды.

4.2. Определение деформационных характеристик континуальной среды в вычислительном эксперименте.

4.3. Анализ НДС континуальной среды при гибком и жестком ее нагружении

4.3.1. Примеры при гибком нагружении континуальной среды.

4.3.2. Примеры при жестком нагружении континуальной среды.

4.4. Сопоставление линейных осадок континуальной среды по ДКМ и осадок для линейно деформируемого полупространства.

Выводы.

ГЛАВА V. НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

ДИСКРЕТНО - КОНТИНУАЛЬНОЙ СРЕДЫ И ЕЕ ОСАДКА.

5.1. Дискретизация континуальной среды с помощью разрезов скольжения

5.1.1. Принцип использования разрезов скольжения.

5.1.2. Определение параметров жесткости контактного материала разрезов

5.1.3. Пример с разрезами.

5.2. Последовательность формирования НДС дискретно - континуальной среды.

5.2.1. Методика определения НДС с использованием краевых групп разрезов на примерах №1 и №2.

5.2.2. Пример №1 прир=1 кПа.

5.2.3. Пример №2 при р=25,85 кПа.

5.2.4. Пример №3 при р=100 кПа.

5.2.5. Пример №4 при р=200 кПа.

5.2.6. Пример №5 при р=300 кПа.

5.3. Сопоставление нелинейных осадок по дискретно - континуальной модели, по пособию к СНиП и по упругопластической модели МКЭ.

5.3.1. Расчет нелинейной осадки по пособию к СНиП.

5.3.2. Особенности сопоставления с различными решениями.

5.4. Сопоставление полученных результатов с экспериментальными данными.

5.4.1. Сопоставление по напряженному состоянию.

5.4.2. Сопоставление по деформированному состоянию.

Выводы.

Прогнозируемый рост объемов строительства жилых и производственных зданий обуславливает требования к повышению экономической эффективности устройства оснований и фундаментов.

В настоящее время расчет оснований производится во всех случаях по второму предельному состоянию - по деформациям, с ограничением передаваемого на грунт давления значением расчетного сопротивления грунта основания [22,115-116]. Однако не во всех случаях заложенный в нормы метод расчета позволяет полностью использовать прочностные и деформационные свойства грунта [99,103]. Например, на рис.В.1. кривая 1 отражает зависимость между осадкой и давлением для фундамента, расположенного на основании из сильносжимаемого грунта. В этом случае расчетное сопротивление грунта основания, являющееся критерием возможности использования существующих формул расчета осадки, равна Я, . Соответствующая осадка 5, фундамента, передающего давление , в подобных грунтовых условиях оказалось больше предельной Su. в этом случае принимают такое давление по подошве , при котором осадка не превосходит предельно допустимой Su Если при действующем давлении P = R осадка окажется меньше предельной, то расчет площади фундамента производится по этому давлению.

R1 Ри R2

Рис. В.1. Схема зависимости осадки S от нагрузки Р для: 1 - сильносжимаемого грунта; 2 - слабосжимаемого грунта

-6В слабо сжимаемых грунтах (песчаных, крупнообломочных и др., кривая 2) давление по подошве фундамента во всех случаях ограничивается значением , в то время как фактическая осадка S2 оказывается меньше допустимой. Одновременно для таких грунтов предельное давление по условию прочности основания Ри значительно превосходит Я,, что указывает неполное использование несущей способности грунта. Поэтому для некоторых грунтов и типов сооружений фундаменты проектируют с определенным запасом, что приводит к увеличению их материалоемкости.

Из рассмотренного примера следует, что переход к расчету осадки без учета расчетного сопротивления грунта позволяет повысить давление, передаваемое на основание фундаментом. Однако для перехода к такому методу расчета требуется использование методов расчета осадки с учетом нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями. Кроме того, при расчете оснований сооружений следует учитывать совместную работу системы «основание-сооружение». Расчет оснований с учетом этих факторов, особенно в неблагоприятных грунтовых условиях, позволяет повысить надежность и экономичность фундаментов.

Использование такого подхода также позволяет пересмотреть величины предельных осадок [36], что также будет способствовать проектированию более экономичных фундаментов.

В пособии по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) [115] приведен метод определения осадки за пределом линейной зависимости между напряжениями деформациями в грунте, в котором используется значение предельного сопротивления грунта основания [116] и значение осадки по методу послойного суммирования при давлении P=R [116].

Ряд существующих методов расчета осадок в нелинейной постановке базируется на соответствующих моделях грунтовых оснований, учитывающих развитие пластических деформаций в основании при его нагружении [9,15,17,19,103].

К типу таких моделей относится и предложенная дискретно -континуальная модель (автор — Ревенко В.В.). Возможность применения этой модели связана с проведением соответствующих вычислительных экспериментов по изучению напряженно - деформированного состояния и расчетам нелинейной осадки основания с помощью соответствующего программного комплекса (авторы — Ревенко В. В., Савин А. П.). Таким образом, исследование дискретно - континуальной модели на предмет ее использования в уточненном методе расчета оснований в проектной практике является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является моделирование напряженно — деформированного состояния и разработка инженерного метода расчета нелинейной осадки для песчаных оснований ленточных фундаментов мелкого заложения с применением дискретно - континуальной модели в вычислительных экспериментах.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать программный комплекс для реализации принципов дискретно - континуальной модели DCM.

2. Выполнить апробацию программного комплекса на основе существующих решений.

3. Провести вычислительные эксперименты для определения локальных . областей сдвигов в континуальной среде.

4. Провести вычислительные эксперименты для нахождения локальных областей сдвигов в дискретно — континуальной среде.

5. Получить значения осадок континуальной и дискретно - континуальной сред при нагружении.

6. Сопоставить полученные результаты с имеющимися решениями и опытными данными.

Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена:

1. Теоретическими предпосылками, опирающимися на фундаментальные положения механики грунтов, теории упругости и численного метода граничных элементов.

2. Адекватным соответствием результатов, полученных на программном комплексе, с решениями известных задач.

3. Близким соответствием полученных результатов расчета с данными натурных экспериментов.

4. Использованием промышленного стандартного программного обеспечения Microsoft Windows и распространенного языка программирования Object Pascal.

Научная новизна диссертационной работы:

1. Применена дискретно-континуальная модель для расчетов напряженно -деформированного состояния грунтового основания.

2. Получена эволюционная система локальных областей сдвигов в основании в процессе его нагружения.

3. Получены нелинейные осадки основания в процессе его нагружения.

4. Разработан программно - визуальный прием оперативной дискретизации среды, используемый в программном комплексе.

Практическая значимость работы. Диссертационная работа является частью научных исследований, проведенных на кафедре «Промышленное, гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение» в рамках фундаментального научного исследования по теме: «Разработка научных основ повышения надежности объектов и эффективности управления процессами в водохозяйственных и строительных инженерных системах (НИР: №01200506483)».

Полученные результаты и программный комплекс могут быть использованы для:

- оценки напряженно деформированного состояния грунтовых оснований ленточных фундаментов и расчета их осадки;

- расчета различного рода грунтовых сооружений;

- дипломного проектирования студентов строительных специальностей. Апробация работы. Основные результаты данной диссертационной работы обсуждались и были опубликованы в материалах: Международной научно-практической конференции, «Строительство 2006», «Строительство 2007» Ростовского государственного строительного университета (Ростов-на-Дону, 2006-2007 гг.), Всероссийской выставки-ярмарки научно-исследовательских работ и инновационной деятельности «ИННОВ-2007» (Новочеркасск 2007 г), Международной научно-технической конференции (Пенза 2005), Всероссийском смотр - конкурсе «Эврика 2006», «Эврика 2007» (Новочеркасск 2006-2007 гг.), Международной научно - технической конференции «Надёжность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград 2005 г.), Ill, V Международной научной конференции «Городские агломерации на оползневых территориях» (Волгоград 2005, 2009 гг.), Наука, техника и технологии XXI века (НТТ-2009) Материалы IV Междунар. Науч.-техн. Конф. Нальчик 2009, Малоэтажное строительство в рамках Национального проекта «Доступное и комфортное жилье гражданам России»: технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области, Волгоград 2009, ежегодные внутривузовские конференции ППС кафедр строительного профиля ЮРГТУ (НПИ) (2005-2009 гг.).

Личный вклад автора заключается в:

1. Отработке методики применения дискретно - континуальной модели в вычислительных экспериментах;

2. Расчете напряженно - деформированного состояния оснований, связанных с развитием локальных областей сдвигов и нелинейной осадки;

- 103. Разработке и реализации алгоритмов для программного комплекса DCM.

На защиту выносятся:

1. Методика применения дискретно - континуальной модели для проведения вычислительных экспериментов по расчету напряженно -деформированного состояния основания.

2. Результаты вычислительных экспериментов, связанные с равитием локальных областей сдвигов в основании.

3. Результаты вычислительных экспериментов, связанные с развитием нелинейных осадок основания.

4. Прием оперативной дискретизации среды в программном комплексе.

Результаты научных исследований внедрены:

Программный комплекс «Расчет грунтового основания по дискретно -континуальной модели («DCM»)» в строительных организациях: ЗАО «Каменск - Строй», ЗАО «СУ - 119».

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 16 научных статьях, две из которых — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы общим объемом 144 страниц, включает в себя 95 рисунка и 4 таблицы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Использование предложенного метода формирования и работы краевых групп разрезов при применении дискретно — континуальной модели и условия Кулона — Мора позволяет косвенно отразить в локальных областях сдвигов дискретный механизм деформирования песчаного основания в процессе его нагружения. Этот метод является более точным по сравнению, например,с приближенным способом определения очертаний областей предельного напряженного состояния с использованием линейно деформируемой среды.

2. Предложенный инженерный метод расчета нелинейных осадок песчаных оснований ленточных фундаментов мелкого заложения: с ограничением сжимаемой толщи основания является уточнением метода для расчета нелинейных осадок по пособию к СНиП 2.02.01-83. Это позволяет увеличить допустимый диапазон расчетных напряжений и перемещений, что, как известно, приводит к снижению материалоемкости проектируемых фундаментов.

3. Разработанный и апробированный программный комплекс DCM позволяет использовать в научных и прикладных целях дискретно — континуальную модель для расчета напряженно — деформированного состояния и осадок песчаных оснований различных сооружений, а также и других грунтовых оснований при соответствующих исходных данных.

1. Алейников, С. М. Метод граничных элементов в контактных задачах для упругих пространственно неоднородных оснований / С. М. Алейников. М. : АСВ, 2000. - 604 с.

2. Алексанров, А. В. Основы теории упругости и пластичности / А. В. Алексанров, В. Д. Потапов. М. : Высш. шк, 1990. - 400 с.

3. Антонов, С. С. Изучение несущей способности модели дискретного основания под жестким незагруженным штампом / С. С. Антонов, Б. А. Наторхан // Труды по координац. совещ. по гидротехнике : доп. материал. J1. : Энергия, 1972. - С. 55-59.

4. Барвашов, В. А. К расчету осадок грунтовых оснований, представленных различными моделями / В. А. Барвашов // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1979. № 4. - С. 25-27.

5. Барвашов, В. А. Комбинированные модели грунтового основания / В. А. Барвашов // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1976. № 1. - С. 3436.

6. Барвашов, В. А. Трехпараметрическая модель грунтового основания и свайного поля, учитывающая необратимые структурные деформации грунта /

7. B. А. Барвашов, В. Г. Федоровский // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1978. № 4. - С. 17-20.

8. Безволев, С. Г. Общая методика расчета напряженно-деформированного состояния массива грунта с упрочняющими или ослабляющими элементами /

9. C. Г. Безволев // Основания, фундаменты и механика грунтов, 2008. —№ 3. С. 2-8.

10. Бенерджи, П. Метод граничных элементов в прикладных науках / П. Бенерджи, Р. Баттерфилд. М. : Мир, 1984. - 494 с.

11. Березанцев, В. Г. Расчет оснований сооружений / В. Г. Березанцев, Л. : Стройиздат, 1970. - 208 с.

12. Блехман, И. И. Механика и прикладная математика / И. И. Блехман, А. Д. Мышкис, Я. Г. Пановко. М. : Наука, 1990. - 356 с.

13. Бобровский, С. И. Delphi 7 : учеб. курс / С. И. Бобровский. М. : Питер, 2004. - 736 с.

14. Богомолов, А. Н. Расчет несущей способности слоистого основания заглубленного фундамента при фиксированной его ширине / А. Н. Богомолов, М. Ю. Дьяков // Труды каспийской международной конференции по геоэкологии и геотехнике. Баку, 2003. - С. 106-109.

15. Болдырев, Г. Г. Деформации песка в основании полосового штампа / Г. Г. Болдырев, Е. В. Никитин // Основания, фундаменты и механика грунтов. -1987. -№ 1. С. 26-28.

16. Бугров, А. К. Решение смешанных задач теории упругости и пластичности грунтов для различных схем оснований / А. К. Бугров, А. А. Зархи // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1974. - № 6. - С. 16-19.

17. Бугров, А. К. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия / А. К. Бугров, Р. М. Нарбут, В. П. Сипидин. Л. : СИ, 1987. - 185 с.

18. Вялов, С. С. Осадки и контактные давления нелинейно — деформируемого основания при полосовой нагрузке / С. С. Вялов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1977. - № 6. - С. 15-20.

19. Гольдин, A. J1. Упругопластическое деформирование основания жестким штампом / А. Л. Гольдин, В. С. Прокопович, Д. Д. Сапегин // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1983. - № 3. - С. 25-26.

20. Горбунов-Пасадов, М. И. Решение смешанной задачи теории упругости и пластичности грунтов / М. И. Горбунов-Пасадов // Труды к VIII Междунар. конгр. по механике грунтов и фундаментостроению. М. : Стройиздат. - 1973. -С. 212-217.

21. Горбунов-Посадов, М. И. Основания, фундаменты и подземные сооружения : справочник проектировщика / М. И. Горбунов-Посадов и др. ; под общ. ред. Е. А. Сорочана и Ю. Г. Трофименкова. М. : Стройиздат, 1985. - 480 с.

22. Горюнов, Б. Ф. Передача давления через зернистую среду, находящуюся в предельном состоянии. / Б. Ф. Горюнов // Труды координац. совещ. по гидротехнике. JT. : Энергия, 1972. - 77 вып.

23. Григолюк, Э. И. Проблемы нелинейного деформирования / Э. И. Григолюк, В. И. Шалашилин. М. : Наука, 1988. - 232 с.

24. Грушков, В. Е. Фазовые превращения и физические основы математической модели сыпучих материалов / В. Е. Грушков, Н. В. Науменко, П. Н. Платонов // Труды координац. совещ. по гидротехнике. JI. : Энергия, 1972. - 77 вып.

25. Данилин, А. Н. Об использовании метода конечных элементов при решении геометрически нелинейных задач / А. Н. Данилин и др. // САПР и графика. 2000. № 4. - С. 60-64.

26. Дересевич, Г. Механика зернистой среды / Г. Дересевич // Проблемы механики. М. : Изд-во иностр. лит., 1961. - Вып. 3. - С. 92-152.

27. Дидух, Б. И. Упругопластическое деформирование грунтов / Б. И. Дидух -М, 1987,- 166 с.

28. Дидух, Б. И. Изучение упругопластического поведения сыпучих тел на основе системы упругих дисков с контактным тернием / Б. И. Дидух, Аль-Хадж Ахмед Лютфи. М, 1982. - 149 с.

29. Егоров, К. Е. О применении теории упругости к расчету оснований сооружений / К. Е. Егоров, В. А. Барвашов, В. Г. Федоровский // Труды к VIII Междунар. конгр. по механике грунтов и фундаментостроению. М. : Стройиздат, 1973. - С. 72-83.

30. Ержанов, Ж. С. Метод конечных элементов в задачах механики горных пород / Ж. С. Ержанов, Т. Д. Каримбаев. Алма-Ата : Наука, 1975. - 238 с.

31. Житников, Ю. В. Деформационные характеристики среды ослабленной трещинами с взаимодействующими берегами / Ю. В. Житников, Б. М. Тулинов // Изв. АН СССР. МТТ. 1984. - № 1. - С. 44-45.

32. Зарецкий, Ю. К. О несущей способности песчаных оснований фундаментов / Ю. К. Зарецкий, JI. И. Карабаев // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2006. - № 3. - С. 20-25.

33. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред / О. Зенкевич, И. Ченг М. : Недра, 1974. - 238 с.

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

35. Кандауров, И. И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве / И. И. Кандауров. Л. : СИ, 1988. - 281 с.

36. Кандауров, И. И. Сплошные и дискретные модели механики грунтов. Годишник на Висшая институт по архитектура и строительство / И. И. Кандауров // Свитък IV Земна механика, фундиране, инженера геология. -София, 1980. Т. XXVIII. - С. 52-57.

37. Капустянский, С. М. Упругопластическая дилатационная модель анизотропных сред / С. М. Капустянский // Изв. АН СССР. Физика земли.1985.-№ 8.-С. 50-59.

38. Крауч, С. Методы граничных элементов в механике твердого тела / С. Крауч, А. Старфилд. М. : Мир, 1987. - 328 с.

39. Крыжановский, A. J1. Расчет оснований сооружений в нелинейной постановке с использованием ЭВМ / A. JI. Крыжановский. М. : МИСИ, 1982. 73 с.

40. Кушнер, С. Г. Расчет осадок оснований зданий и сооружений / С. Г. Кушнер. Киев : Будивэльнык, 1990. - 144 с.

41. Малышев, М. В. Образование и развитие пластической области под краем фундамента при различном коэффициенте бокового давления грунта / М. В. Малышев // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1975. - С. 31-35.

42. Малышев, М. В. Прочность грунтов и устойчивость оснований сооружений. / М. В. Малышев. М. : Стройиздат, 1994. - 228 с.

43. Малышев, М. В. О совместной работе жестких фундаментов на нелинейно-деформируемом основании / М. В. Малышев и др. // Труды к VIII Междунар. конгр. по механике грунтов и фундаментостроению. М. : Стройиздат, 1973. -С. 97-103.

44. Матвеев, В. П. Расчетная схема дискретной среды / В. П. Матвеев, В. Ф. Черняев // Труды Новосиб. ин-та инж. ж.-д. транспорта, 1977.- 180 с.

45. Мельникова, Н. В. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. / Н. В. Мельникова, В. В. Ржевского, М. М. Протодьяконова. 1975. -279 с.

46. Микулич, В. А. Модель пластического течения и разрушения грунта / В. А. Микулич // Современные проблемы нелинейной механики грунтов : тез. докл. Всесоюз. конф. Челябинск, 1985 - 180 с.

47. Морозов, Ю. Ф. Количество контактов между частицами зернистых сред / Ю. Ф. Морозов // Труды ЦНИИС. 1971.- № 48 - С.63-68.

48. Муллер, Р. А. Вариант обобщения модели зернистой среды / Р. А. Муллер. -1981. 125 с.

49. Муллер, Р. А. Дискретные механические модели оснований гидротехнических сооружений / Р. А. Муллер // Труды координац. совещ. по гидротехнике. J1. : Энергия, 1972. - Вып. 77 с.

50. Мурзенко, Ю. Н. Расчет оснований зданий и сооружений в упруго пластической стадии работы с применением ЭВМ / Ю. Н. Мурзенко. -Л. : Стройиздат, 1989. 135 с.

51. Николаевский, В. Н. Механика пористых и трещиноватых сред / В. Н. Николаевский. М. : Недра, 1984. - 232 с.

52. Оден, Д. Ж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошной среды / Д. Ж. Оден. М. : Мир, 1976. - 464 с.

53. Панин, В. Е. Структурные уровни деформаций твердых тел / В. Е. Панин, В. А. Лихачев, Ю. В. Гринев. Новосибирск : Наука, 1985. - 229 с.

54. Парис, С. Анализ напряженного состояния около трещин / С. Парис, Си Дж. // Прикладные вопросы вязкости разрушения. М. : Мир. - 1968. - С. 64142.

55. Пилягин, А. В. Проектирование оснований и фундаментов с учетом упругопластических свойств грунтов / А. В. Пилягин, С. В. Казанцев. -Красноярск : Изд-во Красноярского ун-та, 1990. 166 с.

56. Покровский, Г. И. Исследования по физике грунтов / Г. И. Покровский. М. ; Л. :ОНТИ, 1937.- 42 с.

57. Ревенко, В. В. Методика формирования эволюционной системы разрезов для дискретно-континуальной модели грунтового основания / В. В. Ревенко. // Известия вузов. Новочеркасск, 2004. - С. 112-114.

58. Ревенко, В. В. Моделирование грунтовых оснований сооружений дискретно континуальной средой / В. В. Ревенко // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Спец. вып. к 100-летию ЮРГТУ (НИИ). Техн. науки. - 2007. - С. 119122.

59. Ревенко, В. В. Моделирование естественных оснований дискретно-континуальной средой / В. В. Ревенко ; ЮРГТУ // Информационные технологии проектирования и исследования оснований и фундаментов : сб. науч. тр. Новочеркасск : ЮРГТУ, 1999. - С. 72-77.

60. Ревенко, В. В. Постановка вычислительного эксперимента по определению деформационных характеристик дискретной среды / В. В. Ревенко // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Спец. выпуск. Техн. науки. 2008. - С. 4345.

61. Ревенко, В. В. Принципы моделирования грунтового основания в виде дискретно-континуальной среды с применением МГЭ / В. В. Ревенко ; РГСУ // "Строительство 97" : тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. Ростов-н/Д., 1997.-С. 65.

62. Ревенко, В. В. Построение системы граничных разрезов для дискретно-континуальной модели основания / В. В. Ревенко, А. А. Бейдин // Современные проблемы фундаментостроения : сб. тр. Волгоград, 2001. - С. 56-58.

63. Ревенко, В. В. Моделирование процесса разрушения грунтового основания в краевой зоне нагрузки / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Моделирование. Теория, методы и средства : материалы VI Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 2006. Ч. 3. - С. 63-67.

64. Ревенко, В. В. Напряженное состояние дискретно-континуального основания при начальном нагружении / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Российская геотехника шаг в XXI век : тр. юбил. конф., посвящ. 50-летию РОМГГиФ. - М., 2007. - 1 диск.

65. Ревенко, В. В. Напряженное состояние континуальной среды при ее абсолютно жестком нагружении и полном контактном сцеплении по решению МГЭ / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Известия вузов. 2006. - № 12. - С. 54-58.

66. Ревенко, В. В. Определение перемещений фундамента подпорной стены с применением дискретно-континуальной модели основания / В. В. Ревенко, А. П. Савин // Городские агломерации на оползневых территориях : материалы III

67. Междунар. науч. конф., посвящ. 75-летию строит, образования в г. Волгограде: Изд-во ВолгГАСУ, 2005. - 2005. - Ч. II. С. 27-31.

68. Расчет грунтового основания по дискретно-континуальной модели («DCM») : свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / В. В. Ревенко, А. П. Савин. № 2004611512 ; заявл. 22.04.2004 ; зарег. 18.06.2004.

69. Ревенко, В. В. Формирование дискретной среды системой разрезов под краем нагрузки / В. В. Ревенко, А. П. Савин. // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Спец. вып. Техн. науки. 2008. - С. 14-15.

70. Розин, Л. А. Задачи теории упругости и численные методы их решения / Л. А. Розин. СПб. : СПбГТУ, 1998. - 532 с.

71. Рыжов, А. М. Определение прочности и деформативности песчаных грунтов / А. М. Рыжов. Киев : «Реклама», 1968. - 56 с.

72. Саврук, М. П. Двумерная задача упругости для тела с трещинами / М. П. Саврук // Киев : Наука думка, 1981. 324 с.

73. Салганик, P. JI. Механика тел с большим числом трещин / Р. Л. Салганик // Изв. АН СССР. МТТ. 1973. - № 4. - С. 149-158.

74. Самарский, А. А. Математическое моделирование / А. А. Самарский, А. П. Михайлов. М. : Физматлит, 2001. - 320 с.

75. Сахаров, А. Л. Метод конечных элементов в механике твердых тел / А. Л. Сахаров, И. Альтенбаха. Киев : Вища школа, 1972. - 48 с.

76. Свобода, Г. Численное моделирование развития повреждений с учетом шероховатости трещин / Г. Свобода, М. Штумволь, Ф. Ито. // Энергетич. стр-во . 1992. -№ 2. С. 9-17.

77. Сипидин, В. П. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия / В. П. Сипидин, Н. Н. Сидоров. Л. ; М. : Госстройиздат, 1963. - 92 с.

78. Сиратори, М. Вычислительная механика разрушения / М. Сиратори, Т. Миеси, X. Мацусима. М. : Мир, 1986. - 82 с.

79. Соболевский, Д. Ю. Прочность и несущая способность дилатирующего грунта / Д. Ю. Соболевский. Минск : Наука и техника, 1994. - 232 с.

80. Советов, Б. Я. Моделирование систем / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. М. : Высш. шк, 2001. - 344 с.

81. Сорочан, Е. А. Фундаменты промышленных зданий / Е. А. Сорочан. СИ, 1986.-304 с.

82. Теребушко, О. И. Основы теории упругости и пластичности / О. И. Теребушко. М. : Наука, 1984. - 320 с.

83. Ухов, С. Б. Механика грунтов, основания и фундаменты / С. Б. Ухов и др.. М. : АСВ, 1994. - 525 с.

84. Ухов, С. Б. Расчет сооружений оснований методом конечных элементов / С. Б. Ухов. М. : МИСИ, 1973. - 118 с.

85. Фадеев, А. Б. Решение осесимметричной смешанной задачи теории упругости и пластичности методом конечных элементов / А. Б. Фадеев, A. JI. Прегер // Основания, фундаменты и механика грунтов. № 2. - 1984. - С. 25-27.

86. Федоровский, В. Г. Современные методы описания механических свойств грунтов / В. Г. Федоровский. М. : ВНИИИС Госстроя СССР, - 1985. - 73 с.

87. Федоровский, В. Г. Прогноз осадок фундаментов мелкого заложения и выбор модели основания для расчета плит / В. Г. Федоровский, С. Г. Безволев // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2000. - № 9. - С. 10-18.

88. Филин, А. П. Современные проблемы использования ЭЦВМ в механике твердого деформируемого тела. (О согласовании дискретных и континуальных объектов в механике твердого деформируемого тела) / А. П. Филин. JI. : Стройиздат, 1974. 72 с.

89. Форсайт, Д. Ж. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений / Д. Ж. Форсайт, К. М. Молер : Мир, 1969. 167 с.

90. Цытович, Н. А. Инженерный метод прогноза осадок фундаментов / Н. А. Цытович. М. : СИ, 1988. - 118 с.

91. Чекин, Б. С. Об эффективных параметрах упругой среды со случайным распределением трещин/ В. С. Чекин // Изв. АН СССР. Физика земли. 1970. № 10.-С.13-21.

92. Широков, В. Н. Напряженное состояние и перемещение весомого нелинейно-деформируемого грунтового полупространства под круглым жестким штампом / В. Н. Широков и др. // Основания, фундаменты и механика грунтов. № 1. - 1970. - С. 2-5.

93. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83), 1986.

94. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР. -Введ. 1985-01-01. М. : Стройиздат, 1985.-40 с.

95. Lee К. L. Proc. ASCE / . Vol. 96, N SM3. - 1970. - С. 901-923.

96. Nascimento U. Contribution to a theory of internal frictopn / U. Nascimento : Proc. Of the VIIIICSMFE. Moscou, 1973. - Vol. 1. - C. 299-304.

97. Rowe R.W. Proc. Royal Soc.//A269, N 1339. 1962. C. 500-627.

98. Schofield F.N., Wroth P. Critical State Soil Mechanics. McGraw-Hill, London, 1968.