автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Прогноз изменения несущей способности и возникновения дополнительных осадок основания незаглубленного ленточного фундамента, вызванных влиянием вновь возводимого сооружения

4848626

На правах рукописи Качурин Яков Владимирович

ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОСАДОК НЕЗАГЛУБЛЕННОГО ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА, ВЫЗВАННЫХ ВЛИЯНИЕМ ВНОВЬ ВОЗВОДИМОГО СООРУЖЕНИЯ

Специальность 05.23.02 - «Основания и фундаменты, подземные сооружения»

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2011

2 ИЮН 2011

4848626

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Волгоградском государственном архитектурно - строительном университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Богомолов Александр Николаевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Скибин Геннадий Михайлович, ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» г.Новочеркасск

кандидат технических наук, доцент Торшин Дмитрий Петрович, ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» г. Волгоград

Ведущая организация ГОУВПО «Пермский государствен-

ный технический университет» г. Пермь

Защита состоится « 17 » июня 2011 года в 13 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 Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Автореферат разослан « 13 » мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Акчурин Т.К.

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертационной работы. Рост объемов строительства жилья и зданий общего пользования в зонах существующей застройки требует проводить оценку «возмущающего» воздействия вновь возводимых сооружений на несущую способность и осадки оснований вблизи расположенных построек. Ленточные и плитные фундаменты довольно часто применяются в строительной практике. Поэтому тема диссертационной работы является весьма актуальной.

Цель диссертационной работы. Возмущающее воздействие вновь возводимых сооружений вызывает трансформацию напряженно-деформированного состояния оснований близ расположенных зданий, что влечет за собой изменение их несущей способности и возникновение дополнительных осадок. Это может негативно отразиться на техническом состоянии строительных конструкций и привести к невозможности дальнейшей эксплуатации этих зданий. Поэтому цель диссертационной работы сформулирована следующим образом: на основе анализа напряженно-деформированного состояния грунтового массива разработать предложения по прогнозированию изменения несущей способности и осадок оснований двух близ расположенных ленточных фундаментов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- Провести анализ существующих методов оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов, основанных на аналитических решениях первой основной граничной задачи теории упругости, и численных методов, применяемых для оценки перемещений грунтового основания, выбрать те из них, что наиболее подходят для достижения поставленной цели.

- Выявить особенности изменения несущей способности основания и развития дополнительных осадок, вызванных «возмущающим» действием вновь возводимого сооружения.

- Разработать способ инженерной оценки изменения несущей способности основания пары вблизи расположенных ленточных фундаментов-близнецов.

- На основе анализа процесса трансформации напряженно-деформированного состояния грунтового основания разработать инженерный метод оценки определения дополнительных осадок существующих фундаментов, обусловленных воздействием вновь возводимых сооружений. Составить компьютерную программу, в которой формализован предлагаемый метод оценки.

Сопоставить прогнозируемые величины осадок, получаемые на основе сделанных в диссертационной работе предложений, с результатами,

получаемыми при моделировании взаимного влияния фундаментов в лабораторных условиях.

Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена:

- Теоретическими предпосылками, опирающимися на фундаментальные положения методов теории функций комплексного переменного, конечных элементов, математической теории упругости и механики грунтов.

- Использованием при проведении численного моделирования сертифицированных и имеющих государственную регистрацию компьютерных программ.

- Удовлетворительным совпадением результатов расчетов с результатами физического моделирования взаимного влияния фундаментов в лабораторных условиях.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- На основе использования методов теории функций комплексного переменного и конечных элементов проведен анализ взаимного влияния близ расположенных параллельных ленточных фундаментов, включающий в себя исследование процессов трансформации напряженно-деформированного состояния грунтового основания, изменения его несущей способности и развития дополнительных осадок.

- Предложен инженерный метод оценки изменения несущей способности основания пары ленточных фундаментов, позволяющий определить величины расчетного сопротивления и предельно допустимой нагрузки в зависимости от расстояния между фундаментами.

- Получены графические зависимости и их аналитические аппроксимации, позволяющие оценить величины дополнительных осадок основания ленточного фундамента, обусловленных воздействием вновь возводимого сооружения.

Практическая значимость работы. Диссертационная работа является частью научных исследований, проведенных на кафедре «Гидротехнические и земляные сооружения» ВолгГАСУ в 2008-2010 гг.

Результаты, полученные в процессе выполнения диссертационной работы, могут быть использованы для:

- прогнозирования изменения несущей способности основания двух рядом расположенных ленточных фундаментов в зависимости от физико-механических свойств грунтов основания, интенсивности внешнего воздействия, ширины фундаментов и расстояния между ними;

- определения величин дополнительных осадок основания ленточного фундамента, вызванных влиянием возводимого вблизи него нового сооружения;

- курсового и дипломного проектирования студентов строительных

вузов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и были опубликованы в материалах ежегодных научно-технических конференций ВолгГАСУ (2008-2011 г.г.), III Всероссийской научно-технической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона (Волгоград,2009 г.), И научно-технической конференции «Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства» (Волгоград, 2009 г.), V Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Малоэтажное строительство в рамках национального проекта «Доступное и комфортное жилье гражданам России»»: технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области» (Волгоград, 2010 г.), Международной конференции «Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство» (Волгоград, 2010 г.), V Международной конференции по геотехнике «Городские агломерации на оползневых территориях» (Волгоград, 2010 г.)

Личный вклад автора заключается в:

- обосновании возможности использования методов теории функций комплексного переменного и конечных элементов для анализа напряженно-деформированного состояния основания двух близко расположенных фундаментов; составлении расчетных схем МТФКП и МКЭ, отработке граничных условий;

- проведении численных экспериментов, обработке и анализе результатов; получении графических зависимостей и их аналитических аппроксимаций, позволяющих реализовать сделанные в диссертационной работе предложения;

- анализе экспериментальных данных, полученных независимо от автора, и сравнении их с результатами расчетного прогноза величин дополнительных осадок, выполненного автором для условий эксперимента;

- разработке компьютерных программ, в которых формализованы анонсированные инженерные методы.

На защиту выносятся:

- Результаты численного моделирования, в результате которого установлены особенности процесса изменения несущей способности и развития дополнительных осадок ленточного фундамента, вызванного влиянием близко расположенного фундамента.

- Графические зависимости и их аналитические аппроксимации, позволяющие проводить оценку величин дополнительных осадок, расчетного сопротивления и предельно допустимых нагрузок на основание двух рядом расположенных фундаментов.

- Компьютерные программы, разработанные при непосредственном участии автора.

Результаты научных исследований внедрены:

В ООО НПФ Инженерный центр «Югстрой» при проектировании в строительстве и составлении заключений о возможности возведения новых зданий и сооружений в стесненных условиях точечной застройки. В учебном процессе на кафедрах «Гидротехнические и земляные сооружения» и «Строительные конструкции, основания и надежность сооружений» ВолгГАСУ.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 научных статьях, две из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и библиографического списка и приложений общим объемом 136 страницы, включает в себя 42 рисунка и 20 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры «Гидротехнические и земляные сооружения» ВолгГАСУ и научному руководителю - заслуженному работнику высшей школы РФ, советнику РААСН, доктору технических наук, профессору А.Н.Богомолову - за поддержку и помощь, оказанные автору во время работы над диссертацией.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель работы, основные задачи, которые необходимо решить, выбраны методы их решения, указаны научная новизна, степень апробации, практическая значимость и выносимые на защиту положения, представлены данные о практическом внедрении результатов диссертационной работы.

В первой главе диссертации отмечается вклад отечественных ученых в исследование взаимного влияния сооружений на изменение несущей способности и возникновение дополнительных осадок их оснований. Это В.А.Ильичев, П. А.Коновалов, Н.С.Никифорова, Л.Г.Мариупольский, Б.Г.Трофименков, С.Г.Кушнер, К.В.Королев, И.Я.Лучковский, М.В.Малышев, А.Б.Пономарев, В.Г.Федоровский, В.М.Улицкий, М.И.Фидаров, М.Л.Холмянский, А.Г.Шашкин, В.Б.Швец и многие другие.

Проведен анализ некоторых аналитических решений первой основной краевой задачи теории упругости, полученных на основе использования методов теории функций комплексного переменного (МТФКП), которые могут быть использованы для анализа напряженного состояния однородных оснований ленточных фундаментов. Среди них решения З.Г.Тер-Мартиросяна и Д.М.Ахпателова, Н.Н.Фотиевой и В.А.Лыткина, В.К.Цветкова, А.Н.Богомолова.

Было показано, что для определения перемещений оснований фундаментов следует использовать численные методы, в частности, метод конечных элементов (МКЭ), в разработку которого внесли существенный вклад отечественные и зарубежные ученые: Б.З. Амусин, Г.С. Золотарев, В.Н.Кислоокий, Ю.С. Козлов, O.J1.Рудых, J1.A. Розин, С.Б. А.С. Сахаров, А.Г. Угодчиков, Ухов, А.Б. Фадеев, Н.М. Хуторянский, Wang F.D., Sun М.С., Ropchan D.M., П.Бенерджи, Р. Баттерфилд, К. Бреббия, С.Уокер, Р. Галлагер, О. Зенкевич, И. Чанг, Сегерлинд Л., Г. Стренг, Дж. Фикса и многие другие.

На основании результатов расчетов, проведенных при помощи компьютерной программы ASV-32, в которой формализовано решение А.Н.Богомолова, сделан вывод, что влияние одного из двух близко расположенных фундаментов па несущую способность основания другого следует исходя из анализа процесса развития областей пластических деформаций в исследуемом основании. Это объясняется тем, что могут возникнуть ситуация, когда расчетная величина коэффициента запаса устойчивости К»1, а области пластических деформаций имеют недопустимо большие размеры.

Сказанное выше наглядно

иллюстрируется рисунками 1, где изображены след наиболее вероятной поверхности выпора и область пластических деформаций в основании ленточного фундамента. Причем, величина

коэффициента запаса устойчивости К=1.83, что должно свидетельствовать об устойчивости основания.

Кроме того, в первой главе приведены примеры вычислений величии абсолютных и относительных осадок существующего ленточного фундамента, полученных им в результате провоцирующего действия вновь возводимого сооружения, выполненных при помощи компьютерной программы «Устойчивость. Напряженно-

деформированное состояние», разработанной в ВолгГАСУ.

а)

л Й- у

б)

Рис. 1. След наиболее вероятной поверхности выпора и площадки скольжения (а) область пластических деформаций и СНВПВ (б), построенные по результатам вычислений

На рис. 2 в качестве примера приведены картины изолиний вертикальных и горизонтальных перемещений в основании двух близко расположенных фундаментов. Видно, что наличие близ расположенного фундамента оказывает влияние на характер распределения как вертикальных, так и горизонтальных перемещений.

На рис. 3 изображены графические зависимости вертикальных (абсолютных и относительных) перемещений основания исследуемого фундамента в зависимости от расстояния между близко расположенными фундаментами.

Далее делается вывод о том, что компьютерные программы ASV-32 и «Устойчивость. Напряженно-деформированное состояние», разработанные в ВолгГАСУ, могут быть использованы для достижения цели и решения задач, поставленных в диссертационной работе.

в>

г)

Рис. 2. Изолинии вертикальных 8Z (а; 6) и горизонтальных 5* (в; г) перемещений точек линейно деформируемого основания при различном расстоянии между двумя близко расположенными фундаментами

Рис. 3. Графики

зависимостей вида

AS=f(Ad/d) (1) и &= f(Acl/d) (2)

Во второй главе диссертационной работы рассматриваются вопросы влияния вновь возводимого фундамента на несущую способность основания расположенного вблизи уже существующего фундамента.

Величина коэффициента запаса устойчивости в точке основания Кт, угол наклона площадки скольжения, соответствующий минимальному значению Кт и величина глобального коэффициента устойчивости вычисляются по формулам В.К.Цветкова

К„

Ж,

\(°z - о-*)cos2а+ + az)+ rX2 sin 2а + с

т _

да д1К1 да:

= 0;

т

>0,

tg<P

- crz)sm 2а + zxz cos2а

(1)

sin 2а,.2 =

2rv

-Но

В2 -D B2D

(3)

к

_0

$Fyjl(S)ds

\Fca(S)ds 0

(4)

где: <rz; o>; ix:, - компоненты напряжения в точке грунтового массива; а - угол наклона площадки наиболее вероятного сдвига; oce=C(yHtgq>)~] - приведенное давление связности; С; у; (р и Н - соответственно удельное сцепление, объемный вес, угол внутреннего трения грунта и характерный размер

И

а , +сг

х+2сгсв);

D = 4t2xz +{az-crx)2; Fyd и F,

ч

расчетной схемы;

удерживающие и сдвигающие силы, определяемые числителем и знаменателем формулы (1); S - дуговая координата точки НВЛВ.

Применение этих формул допускается лишь в случае, когда глубина развития ОПД пол краями фундамента не превышает четверти его ширины.

На рис. 4 в качестве примера приведены графики зависимости величины коэффициента запаса устойчивости К и относительной глубины развития областей пластических деформаций bZ/d от относительного расстояния между фундаментами L/d (d - ширина фундамента), анализ которых позволяет заключить следующее: при постепенном уменьшении расстояния между

рассматриваемым и «возмущающим» фундаментом величина коэффициента запаса устойчивости и глубина развития ОПД первого из них сначала уменьшаются, причем, величина К снижается незначительно, а размеры областей пластических деформаций могут уменьшаться в разы или вовсе исчезнуть.

б)

Рис. 4. Графические зависимости K=f<L>d) (а) и AZ М ф (б), построенные по результатам вычислений

При достижении некоторого определенного значения L происходит резкий рост величины AZ/d, а при еще большем уменьшении расстояния между фундаментами L начинается рост величины К, вычисляемой по формулам (1-4). Таким образом, еще раз подтвержден вывод о необходимости оценки несущей способности основания фундамента, исходя из анализ процесса развития областей пластических деформаций.

Рассматривая два вблизи расположенных фундамента следует обращать внимание на то, что развитие «внутренних» и «внешних» (см. рис.5) областей

пластических деформаций происходит не одинаково; :Если постепенно раздвигать фундаменты, то глубина развития областей пластических деформаций под их внешними краями сначала резко уменьшается и, достигнув некоторого минимума, начинает постепенно возрастать. Процесс развития «внутренних» ОПД начинается при таком расстоянии между фундаментами, когда их взаимное влияние начинает ослабевать. При величине L«2d происходит резкое развитие внутренней пластической области (пунктир) и ее смыкание с внешней ОПД (см. отрезок АВ на рис. 5).

Рис. 5. Расчетная схема для анализа взаимного влияния фундаментов (а) и график зависимости глубины развития ОПД от расстояния между фундаментами L (б)

В результате проведения исследований было установлено, что выявление количественных зависимостей процесса развития ОПД в основании фундамента, вызванного провоцирующим воздействием вновь возводимого сооружения вполне возможно, но не целесообразно в виду большого количества переменных параметров, влияние которых следовало бы учесть даже для случая однородного основания: ширина фундаментов, расстояние между ними, значительный интервал значений нагрузок ими воспринимаемых, разнообразие физико-механических свойств грунтов основания и т.д.

Результаты исследований, проведенных нами совместно с И.В.Якименко, говорят о целесообразности рассмотрения пары параллельных ленточных фундаментов одинаковой ширины и воспринимающих равномерно распределенную нагрузку одинаковой интенсивности как отдельного объекта исследования.

Вычисления величин расчетного сопротивления R и предельно допустимой нагрузки Р„ц проведены при помощи компьютерной программы ASV-32 для трех значений угла внутреннего трения ф=10°; 20°; 30° при таких значениях удельного сцепления грунта С и эквивалентной ширины фундамента, что величина приведенного давления связности стсве[0,5 -12].

Относительное расстояние между фундаментами системы n=d/Le[0-1,0], при расчетах оно увеличивалось до тех пор, пока фундаменты не выходили из зоны взаимного влияния.

Величины интенсивности внешних нагрузок, соответствующих расчетному сопротивлению основания R и предельно допустимой нагрузке

'"внешние" ОПД'

05

L

б)

Р„д, соответствуют: первая - глубине развития ОПД AZ=0,25d, а вторая - и смыканию областей предельного состояния грунта.

В результате выполненного численного эксперимента получены базы данных значений R и Рпд, которые помещены в таблицы 2.1 и 2.2 диссертационной работы.

Обработав полученные результаты, мы установили, что величины R и Р„д для всех рассмотренных в диссертационной работе значений переменных расчетных параметров могут быть вычислены по следующим формулам:

qR = a+bn, (5)

qnd=k+cn'

где: а; Ь; к; с - определяются по графикам, построенным на основании данных, помещенных в таблицы 2.1 - 2.2 диссертационной работы, которые приведены на рис. 6.

в-1,00 * с- 144

с-iO- ~

26 4:-ч

0 К Г

а)

Рис. 6. Графики для определения коэффициентов a (a), b (б), с (в), /с (г) и А и В (д)

На этих же рисунках приведены соответствующие аппроксимирующие выражения, по которым все, входящие в формулы (5) и (6), коэффициенты могут быть вычислены с точностью до 98%.

Анализ графиков (рис. 6 (а, в, г)) показывает, что значения коэффициентов а; к и с, соответствующие одинаковым значениям угла внутреннего трения <р и давления связности осв, отличаются друг от друга не более чем на 6%, а значения qR и qm), вычисленные по формулам (5 и 6) - не более чем на 6-8%, которые идут в запас. Это обстоятельство дает возможность записать

at=k2=c2=A + B<7„, (7)

где: А и В - коэффициенты, определяемые по графикам либо вычисляемые по формулам, приведенным на рис. 6(d).

Таким образом, получен набор формул и графических зависимостей, позволяющий определять нагрузки qn и qnd для системы двух фундаментов в рассмотренных в работе интервалах изменения расчетных параметров.

В третьей главе приведены результаты исследований, которые позволяют сделать предварительную оценку величин дополнительных осадок на этапе принятия решения о начале проектно-изыскательских работ.

В качестве физической модели грунтового основания принята модель линейно-деформируемой грунтовой среды, а математическая модель отвечает методу конечных элементов (МКЭ).

Все расчеты проведены при помощи компьютерной программы «Устойчивость. Напряженно-деформированное состояние», разработанной в ВолгГАСУ.

Параметры расчетной схемы установлены следующим образом. Параметры расчетной схемы установлены следующим образом:

1. Длина Lpc=24d, высота I Ipc= 1 Od, где: d - ширина исследуемого фундамента (условная единица). Количество конечных элементов и граничные условия отрабатывались одновременно путем сопоставления значений напряжений, вычисленных при помощи компьютерной программы ASV-32 и «Устойчивость. Напряженно-деформированное состояние» (в первой формализовано аналитическое решение первой основной краевой задачи теории упругости методами ТФКП, во второй - МКЭ). Подобраны такие граничные условия для расчетной схемы МКЭ (в перемещениях), и такое количество треугольных элементов, что численные значения напряжений, вычисленные по обеим программам, в соответствующих точках расчетной схемы, отличались друг от друга не более чем на 2,5%. В результате принято, что расчетная схема состоит из 24000, равных по величине и одинаковых по форме треугольных прямоугольных элементов, сопряженных в 12291 узле. Ширина матрицы жесткости системы при этом составляет 106 (рис. 7).

3. Так как физическая модель основания исследуемого фундамента -это модель линейно-деформируемого тела, то при проведении численного

моделирования недопустимо, чтобы в основании исследуемого фундамента возникали ОПД или, в противном случае, глубина их развития должна быть AZ>0,25d. Однако образование ОПД допускается в основании возмущающего фундамента, чтобы рассмотреть достаточно широкий диапазон нагрузок. Исходя из этого, объемный вес грунта принят равным у=2т/м3, угол внутреннего трения 15°, а удельное сцепление С=0,063МПа. При этом величина приведенного давления связности асв= 11,99 (рис. 8).

4. Аналогично интенсивность расчетной нагрузки определена из условия, что qp при заданных расчетных параметрах не должна превышать величины qn, соответствующей величине расчетного сопротивления, поэтому результаты расчета можно считать достоверными. В результате интенсивность равномерно распределенной нагрузки, действующей на исследуемый фундамент, принята равной qp=ql{yd)=\\,A. Интенсивность нагрузки, передаваемой на основание «возмущающего» фундамента при численном моделировании, будет приниматься равной <увр= [0,5; 1,0; 2,0; 3,0]#р, а ее ширина - cf=[\,Q\ 2,0; 3,0]d.

5. Известно, что численные значения перемещений обратно пропорциональны модулю полных деформаций Е0 и прямо пропорциональны величине главного вектор нагрузки R. Поэтому, зная их значения для одних величин Е0 и R, легко подсчитать и для других. Поэтому при расчетах величина модуля полной деформации принята равной Eo=500yd, а величина коэффициента бокового давления грунта принята равной £>=0,75, что соответствует среднему значению для глинистых грунтов.

rf Ш=2 d*'d=2

Рис. 7. Фрагмент расчетной схемы МКЭ Рис. 8. ОПД в основании исследуемого

фундамента

Вычисление абсолютных перемещений выполнено в следующей последовательности:

1. Сначала подсчитаны вертикальные перемещения точек грунтового массива, расположенных на вертикальной прямой, проходящей через середину фундамента, и лежащих на дневной поверхности основания и на глубине d и 2d под фундаментом. Они равны: -0.0499d; 0,035 la? и 0,024d.

2. Затем на расстоянии L=Sd от края фундамента прикладывалась равномерно распределенная нагрузка такой же величины и интенсивности, после чего вновь вычислялись вертикальные (AS) и горизонтальные перемещения. Затем перемещения вычислялись при значениях

£=(5,0;3,0;1,0;0,5;0,25;0,1;0)й и при двр=(0,5; 1,0; 2,0; 3,0)#р при тех же значениях L. Таким образом, проводится 96 вариантов вычислений.

3. На следующем этапе прикладывается нагрузка двойной и тройной ширины той же интенсивности, и проводятся еще 192 варианта вычислений.

4. Абсолютные величины дополнительных перемещений определены как разность между соответствующими перемещениями, оговоренными в пп. 2-3, и в п. I, их значения помещены в таблицу 3.1 диссертационной работы.

Эта база данных позволила построить графические зависимости, приведенные на рис. 9.

d >/d=3 d*/d=2 —d*/d=l

J

/ //

а)

as —н.......-

<i*/d=3 d*/d=2

0 yf i*/d=J

-Ufa »—-/ I --— ----

f

d*/d=2

dVd=l

r.

/с

(j

б)

d*/d=i d*/d-2 , d*/d-l

Л / j L_J j J .......4......1......fI......f .....-1.....}-+4.......4- ■■

A j

I 1 i * S $

Рис. 9. Графики зависимостей вида AS=f(L/d) при <7t=14,4; <72=7,2 (а); ,7,= 14,4; q2=\4A (б); 91=14,4; £,=28,8 (в) и ?,=14,4; q2=43,2 (г)

Все кривые, приведенные на рис. 2, со средней квадратичной ошибкой, не превышающей 6%, могут быть аппроксимированы выражением

AS = aln(—c + b) + m,

(В)

где: а;с;Ь;т - безразмерные коэффициенты (вычисленное значение AS1 получается в долях d).

Идя к упрощению процедуры вычисления дополнительных осадок, составлена база коэффициентов, входящих в формулу (8), а затем построены графические зависимости их численных значений от величины q */q при трех значениях отношения d*/d=l; 2; 3, которые приведены на рис. 10.

2.5 3 d'/d

а) б)

Рис. 10. Графики для определения коэффициентов а; т (а) и b (б)

(10)

Значения коэффициентов, входящих в формулу (8), можно определить, воспользовавшись следующими выражениями

6 = 1,1253 -0,211 l{d * /d); (9)

aj = 0,0103<7 * I q + 0,0022;

a2 = 0,0092g * /q + 0,0015;

aj =0,0064?*/<?+ 0,0010;

тъ = -0,019 \q*!q- 0,0042;

mr)=-0,0\79q*/q-0,0036;

TOj =-0,0\33q*/q-0,0026,

где: индексы 1;2;3 говорят о том, для какого значения d*/d вычисляется данный коэффициент.

Учитывая, что величина коэффициента с=2,012 постоянна для любых значений расчетных параметров, получены расчетные формулы для вычисления абсолютных величин дополнительных осадок фундамента.

Величины относительных вертикальных перемещений определены как частное от деления их абсолютных значений на величины соответствующих перемещений одиночного фундамента (см. п. 1 на стр. 17).

На рис. 11 приведены кривые вида Sa=f(L/di), полученные на основе анализа результатов вычислений S0 для различных значений расчетных параметров.

Все кривые, изображенные на рис. 11, могут быть с точностью до 5% аппроксимированы зависимостью вида

S0 = ae

-0,639Lid.

1-

У,

(И)

где: а и у - безразмерные коэффициенты, определяемые по графикам, приведенным на рис. 3.9., или из таблиц №№ 3.2-3.4 диссертационной работы.

ж)

ч с

б)

д)

ч. —-:

V,

к)

л)

м)

Рис. 11. Кривые вида S0=F(L/di) при q2=0,5q\, qi=\fiq\, q2=2,0qi; ф=3,0<?1 и di=d\ (я,б,в,г); di=7.d\ (д;е;ж;з)\ di=id\ (и;к;л;м)

Таким образом, получены графические зависимости и их аналитические аппроксимации, позволяющие вычислять дополнительные полные абсолютные и относительные спровоцированные осадки существующих фундаментов при рассмотренных в работе значениях расчетных параметров.

В четвертой главе диссертационной работы проведено сопоставление результатов теоретических исследований с данными модельного эксперимента

В качестве примера для сравнения выбраны результаты модельного эксперимента, полученные С.В.Калошиной. Это объясняется тем, что

значения модуля общих деформаций материала модели основания (рыхлого песка) при проведении эксперимента была определена равной Е0=18МПа, что практически совпадает со значением Е0=19,62МПа, принятом нами при проведении численного эксперимента (разница составляет всего 8,25%).

Сравнение величин нагрузок, передаваемых на модели фундаментов, показало, что наиболее близки нагрузки qp=7,2yd=283/i//«a (одна из нагрузок рассмотренная нами) и qp=200/cffa (одна из нагрузок модельного эксперимента) Их отличие составляет 29,3%.

Рассмотрим кривые зависимостей вида AS-f(L/dJ, полученные нами на основе обработки результатов численного эксперимента, и аналогичные кривые, приводимые С.В.Калошиной.

Предварительно отметим, что мы считаем осадки отрицательными (знак «-»), а С.В.Калошина - положительными (знак «+»), поэтому наши кривые для удобства сопоставления следовало бы зеркально отразить вверх.

d3-3d . -d,-d-

J, /7

// // и

it 1

Рис. 12. Графики зависимостей вида AS=f(L/d) при 9i=14,4; ?2=7,2 (a); qr,=14,4; 92=14,4 (б); ?i=14,4; 9з=28,8 (в) и 9i=14,4; 92=43,2 (г)

L. м

Рис. 13. Графические зависимости дополнительных осадок ленточного фундамента от расстояния между моделями

Из рис. 13 видно, что дополнительная осадка ленточного фундамента, вызванные наличием соседнего фундамента, для принятых для сравнения условий равны Sad=S,5mm.

Учтем, что реальный размер d-.2м и то, что величина ДS на рис. 12 изменяется в долях d, снимем отчет и определим, что ДS=1,2mm.

Легко подсчитать, что отличие величин Sad и AS составляет всего 18% и при этом кривые, приведенные на рис. 12 и 13, имеют весьма схожий характер.

На основании приведенных выше данных можно утверждать, что предложения по предварительной оценке влияния вновь возводимых сооружений на осадки уже существующих, разработанные на основе экспериментальных и теоретических исследований, могут быть рекомендованы для использования в практике строительства.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Использование методов теории функций комплексного переменного и конечных элементов позволяет провести оценку влияния вновь возводимого сооружения на несущую способность и осадки основания фундамента уже существующего. Для проведения исследований целесообразно совместно использовать компьютерные программы ASV-32 и «Устойчивость. Напряженно-деформированное состояние», разработанные в ВолгГАСУ, что дает возможность отработать граничные условия, накладываемые на расчетную схему МКЭ. Эти компьютерные программы и приняты в настоящей работе в качестве инструментов исследований.

2. Взаимное влияние соседних фундаментов обуславливает трансформацию напряженно-деформированного состояния основания, что влечет изменение величин коэффициента запаса устойчивости, размеров областей пластических деформаций и осадок исследуемого фундамента. В результате проведения многочисленных численных экспериментов установлено, что при уменьшении расстояния между фундаментами области пластических деформаций в основании первого (если они были) сначала уменьшаются, а затем резко увеличиваются в размерах и смыкаются; величина же коэффициента запаса устойчивости К при этом изменяется незначительно. Поэтому этот показатель не всегда позволяет оценить величину несущей способности основания, так как при расчетных значениях коэффициента запаса устойчивости основания К»1 области пластических деформаций в основании фундамента могут иметь недопустимо большие размеры.

3. Установлено, что отдельный интерес представляют собой два параллельных ленточных фундамента одинаковой ширины, воспринимающие равномерно распределенную нагрузку равной интенсивности. Полученные нами данные говорят о возможности проектирования «составных» ленточных или плитных фундаментов, что позволяет повысить величину несущей способности основания на 30% и более.

4. При изучении процесса развития дополнительных осадок установлено, что при любых сочетаниях расчетных параметров (интенсивность нагрузки q, ширина фундаментов d) зависимость дополнительных относительной осадки существующего фундамента от расстояния до вновь возводимого сооружения не является линейной. Если «возмущающий» фундамент находится на расстоянии L>2d\, то при любой его ширине и интенсивности воспринимаемой им нагрузки, центр существующего фундамент будет испытывать незначительный подъем; при уменьшении L, осадки существующего фундамента будут нарастать. При величине L примерно равной 1,5^1 и менее «возмущающие» фундаменты будут оказывать на существующий фундамент практически одинаковое действие при условии, что воспринимаемые ими нагрузки одинаковы.

5. Получены графические зависимости и их аналитические аппроксимации, позволяющие вычислять дополнительные и полные абсолютные и относительные осадки существующих фундаментов при рассмотренных в работе значениях расчетных параметров. Так как численные значения перемещений обратно пропорциональны модулю полных деформаций Е0 и прямо пропорциональны величине главного вектор нагрузки R, то при необходимости можно подобрать корректировочные коэффициенты для того, чтобы использовать приведенные в диссертационной работе данные при прогнозировании дополнительных осадок в том случае, когда расчетные параметры не входят в диапазон рассмотренных в настоящей работе.

6. Сопоставление результатов теоретических исследований, полученных нами, с результатами эксперимента, проведенного независимо от нас другим автором, позволяет сделать вывод о возможности использования результатов диссертационной работы для предварительной оценки несущей способности и величины расчетного сопротивления системы двух параллельных фундаментов и дополнительных осадок существующих ленточных фундаментов, возникающих за счет влияния нового строительства.

Публикации: Основные положения диссертации представлены в двенадцати опубликованных печатных работах.

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК

1. Исследование несущей способности и осадок основания системы пяти параллельных незаглубленных фундаментов на мелкоразмерных моделях / Я. В. Качурин [и др.] // Вести. ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и архитектура. 2010. Вып. 20 (39). С. 21-27.

2. Вычисление дополнительных осадок средней линии ленточного фундамента, вызываемого влиянием вновь возводимого параллельного сооружения / Я. В. Качурин [и др.] // Вестн. ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и архитектура. 2011. Вып. 21 (40). С. 13-19.

Публикации в других изданиях

3. Влияние жесткого штампа на процесс образования и развития областей предельного состояния грунта в однородном основании заглубленного фундамента / Я. В. Качурин [и др.] // Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона. Наука. Практика. Образование : материалы III Всерос. науч.-техн. конф., г. Волгоград - г. Михайловка, 22-23 окт. 2009 г. Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2009. С. 123-127.

4. О взаимном влиянии параллельных незаглубленных ленточных фундаментов / Я. В. Качурин [и др.] // Малоэтажное строительство в рамках

национального проекта "Доступное и комфортное жилье гражданам России": технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области : материалы Междунар. науч.-практ. конф., 15-16 дек. 2009 г., Волгоград. Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2009. С. 131-137.

5. Определение областей пластических деформаций в однородном основании заглубленного фундамента на основе приближенного решения смешанной задачи теории упругости и теории пластичности грунта / Я. В. Качурин [и др.] // Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы II науч.-техн. конф., г. Волгоград, 24-25 окт. 2009 г. Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2009. С. 69-73.

6. Определение предельно допустимой нагрузки на основание сооружения по данным натурных наблюдений / Я. В. Качурин [и др.] // Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы II науч.-техн. конф., г. Волгоград, 24-25 окт. 2009 г. Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2009. С. 66-69.

7. Богомолов А. Н., Качурин Я. В., Богомолова О. А. Оценка взаимного влияния близ расположенных ленточных фундаментов // Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство : материалы Междунар. конф., посвягц. 80-летию строит, образования и 40-летию архитектур, образования Волгогр. обл., 6-10 сентября 2010 г., Волгоград. Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2010. С. 256-260.

8. Качурин Я. В. Оценка дополнительных осадок ленточных фундаментов, вызываемых перегрузкой основания вновь возводимыми сооружениями // Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство : материалы Междунар. конф., посвящ. 80-лет. строит, образования и 40-лет. архит. образования Волгогр. обл., 6-10 сент. 2010 г., Волгоград. Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2010. С. 261-265.

9. Результаты компьютерного моделирования процесса образования и развития областей предельного состояния грунта в основании системы параллельных ленточных фундаментов / Я. В. Качурин [и др.] // Городские агломерации на оползневых территориях : материалы V Междунар. конф. по геотехнике 22-24 сентября 2010 г., Волгоград. Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ. 2010. С. 319-335.

Ю.Экспериментальные исследования несущей способности основания системы пяти параллельных незаглубленных фундаментов / Я. В. Качурин [и др.] И Городские агломерации на оползневых территориях : материалы V Междунар. конф. по геотехнике 22-24 сентября 2010 г., Волгоград. Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ. 2010. С. 343-348.

11 .Компьютерная программа для расчета несущей способности системы параллельных ленточных фундаментов : информ. листок № 34-027-10 / Я. В. Качурин [и др.] ; Рос. объединение информ. ресурсов науч.-техн. развития. Волгоград, 2010.2 с.

12.Компьютсрная программа для расчёта дополнительных осадок ленточного фундамента, вызванных влиянием близ расположенного сооружения : информ. листок № 34-004-11 / Я. В. Качурин [и др.] ; Рос. объединение информ. ресурсов науч.-техн. развития. Волгоград, 2011.2 с.

Качурин Яков Владимирович

ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОСАДОК НЕЗАГЛУБЛЕННОГО ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА, ВЫЗВАННЫХ ВЛИЯНИЕМ ВНОВЬ ВОЗВОДИМОГО СООРУЖЕНИЯ

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 05.05.2011 г. Формат 60x84/16 Гарнитура «Times New Roman». Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл.Печ.Л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 26.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет Отдел оперативной полиграфии, 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д. 1

введение;.

Глава 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ О ВЗАИМНОМ ВЛИЯНИИ НЕЗАГЛУБ ЛЕННЫХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ И ВЫБОР МЕТОДОВ ЕЕ РЕШЕНИЯ.

1.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ ФУНКЦИЙ КОМПЛЕКСНОГО ПЕРЕМЕННОГО ДЛЯ АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВАНИЙ И РАСЧЕТА ИХ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ.

1.1.1. РЕШЕНИЕ ТЕР-МАРТИРОСЯНА З.Г.

1.1.2. РЕШЕНИЕ ФОТИЕВОЙ H.H., ЛЫТКИНАВ.А.

1.1.3. РЕШЕНИЕ ЦВЕТКОВ ABK.

1.1.4. РЕШЕНИЕ БОГОМОЛОВА А Н.

1.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА ОСАДОК НЕЗАГЛУБЛЕННЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

1.3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. V

1.3.1. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВНОВЬ ВОЗВОДИМОГО СООРУЖЕНИЯ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ОСНОВАНИЯ УЖЕ СУЩЕСТВУЮЩЕГО:.

1.3.2. ВЛИЯНИЕ ВНОВЬ ВОЗВОДИМОГО СООРУЖЕНИЯ НА ОСАДКУ УЖЕ СУЩЕСТВУЮЩЕГО.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ!.

Глава 2.

2.1.1.

2.1.2.

2.1.3.

Глава 3.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗМЕНЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ФУНДАМЕНТА ВСЛЕДСТВИЕ ВЛИЯНИЯ ВНОВЬ ВОЗВОДИМОГО ОБЪЕКТА.

КАЧЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ДВУХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

ВЛИЯНИЕ СОСЕДНЕГО ФУНДАМЕНТА НА РАЗМЕРЫ ОБЛАСТЕЙ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ.

ВЛИЯНИЕ СОСЕДНЕГО ФУНДАМЕНТА НА ВЕЛИЧИНУ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСА УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВАНИЯ.

ДВА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ФУНДАМЕНТА КАК ОТДЕЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ К И ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ НАГРУЗКА Рпд ДЛЯ СИСТЕМЫ ДВУХ ФУНДАМЕНТОВ.

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ГРАФИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ НАГРУЗКИ ДЛЯ ДВУХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II.

ОЦЕНКА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОСАДОК ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТА, ВЫЗВАННЫХ ВОЗМУЩАЮЩИМ ДЕЙСТВИЕМ ВНОВЬ ВОЗВОДИМОГО СООРУЖЕНИЯ.

ФИЗИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ, ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ, ПЕРЕМЕННЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНЫХ ВЕЛИЧИН ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ.

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ.

3.4. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОСНОВАНИЙ СУЩЕСТВУЮЩИХ ФУНДАМЕНТОВ, ВЫЗВЫННЫХ ВНОВЬ ВОЗВОДИМЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ Ш.

Глава 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ДАННЫМИ МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.

Актуальность темы диссертационной работы. Рост объемов строительства жилья и зданий общего пользования в зонах существующей застройки требует проведения оценки «возмущающего» воздействия вновь возводимых сооружений на несущую способность и осадки оснований построек, расположенных вблизи. Ленточные и плитные фундаменты довольно часто применяются в строительной практике. Поэтому тема диссертационной работы является весьма актуальной.

Цель диссертационной работы. Возмущающее воздействие вновь возводимых сооружений вызывает трансформацию напряженно-деформированного состояния оснований близ расположенных зданий, что влечет за собой изменение их несущей способности и возникновение дополнительных осадок. Это может негативно отразиться на техническом состоянии строительных конструкций и привести к невозможности дальнейшей эксплуатации этих зданий. Поэтому цель диссертационной работы сформулирована следующим образом: на основе анализа напряженно-деформированного состояния грунтового массива разработать предложения по прогнозированию изменения несущей способности и осадок оснований двух близ расположенных ленточных фундаментов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих методов оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов, основанных на аналитических решениях первой основной граничной задачи теории упругости, и численных методов, применяемых для оценки перемещений грунтового основания, выбрать из них те, которые наиболее подходят для достижения поставленной цели.

2. Выявить особенности изменения несущей способности и. развития дополнительных осадок основания, вызванных «возмущающим» действием вновь возводимого сооружения.

3. Разработать способ инженерной оценки изменения несущей способности основания пары вблизи расположенных ленточных фундаментов-близнецов.

4. На основе анализа процесса трансформации напряженно-деформированного состояния грунтового основания разработать инженерный метод оценки определения дополнительных осадок существующих фундаментов, обусловленных воздействием вновь возводимых сооружений. Составить компьютерную программу, в которой формализован предлагаемый метод оценки.

5. Сопоставить прогнозируемые величины осадок, получаемые на основе сделанных в диссертационной работе предложений, с результатами, получаемыми при моделировании взаимного влияния фундаментов в лабораторных условиях.

Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена:

1. Теоретическими предпосылками, опирающимися на фундаментальные положения методов теории функций комплексного переменного, конечных элементов, математической теории упругости и механики грунтов.

2. Использованием при проведении численного моделирования сертифицированных и имеющих государственную регистрацию компьютерных программ.

3. Удовлетворительным совпадением результатов расчетов с результатами физического моделирования взаимного влияния фундаментов в лабораторных условиях.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. На основе использования методов теории функций комплексного переменного и конечных элементов проведен анализ взаимного влияния близ расположенных параллельных ленточных фундаментов, включающий, в себя исследование процессов трансформации напряженно-деформированного состояния грунтового основания, изменения его несущей способности и развития дополнительных осадок.

2. Предложен инженерный метод оценки изменения несущей способности основания пары ленточных фундаментов, позволяющий определить величины расчетного сопротивления и предельно допустимой нагрузки в зависимости от расстояния между фундаментами.

3. Получены графические зависимости и их аналитические аппроксимации, позволяющие оценить величины дополнительных осадок основания ленточного фундамента, обусловленных воздействием вновь возводимого сооружения.

Практическая значимость работы. Диссертационная работа является частью научных исследований, проведенных на кафедре «Гидротехнические и земляные сооружения» ВолгГАСУ в 2008-2011 гг.

Результаты, полученные в процессе выполнения диссертационной работы, могут быть использованы для:

- прогнозирования изменения несущей способности основания двух рядом расположенных ленточных фундаментов в зависимости от физико-механических свойств грунтов основания, интенсивности внешнего воздействия, ширины фундаментов и расстояния между ними;

- определения величин дополнительных осадок основания ленточного фундамента, вызванных влиянием возводимого вблизи него нового сооружения;

- курсового и дипломного проектирования студентов строительных вузов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и были опубликованы в материалах ежегодных научнотехнических конференций ВолгГАСУ (2008-2011 г.г.), III Всероссийской научно-технической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона» (Волгоград, 2009 г.), II научно-технической конференции «Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства» (Волгоград, 2009 г.), V Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Малоэтажное строительство в рамках национального проекта «Доступное и комфортное жилье гражданам России»: технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области» (Волгоград, 2010 г.), Международной конференции «Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство» (Волгоград, 2010 г.), V Международной конференции по геотехнике «Городские агломерации на оползневых территориях» (Волгоград, 2010 г.).

Личный вклад автора заключается:

- в обосновании возможности использования методов теории функций комплексного переменного и конечных элементов для анализа напряженно-деформированного состояния основания двух близко расположенных фундаментов; составлении расчетных схем МТФКП и МКЭ, отработке граничных условий;

- в проведении численных экспериментов, обработке и анализе результатов; получении графических зависимостей и их аналитических аппроксимаций, позволяющих реализовать сделанные в диссертационной работе предложения;

- в анализе экспериментальных данных, полученных независимо от автора, и сравнении их с результатами расчетного прогноза величин дополнительных осадок, выполненного автором для условий эксперимента;

- в разработке компьютерных программ, в которых формализованы анонсированные инженерные методы.

На защиту выносятся:

1. Результаты численного моделирования установливают особенности процесса изменения несущей способности и развития дополнительных осадок ленточного фундамента, вызванного влиянием близко расположенного фундамента.

2. Графические зависимости и их аналитические аппроксимации, позволяющие проводить оценку величин дополнительных осадок, расчетного сопротивления и предельно допустимых нагрузок на основание двух рядом расположенных фундаментов.

3. Компьютерные программы, разработанные при непосредственном участии автора.

Результаты научных исследований внедрены:

В ООО НПФ Инженерный центр «Югстрой» при проектировании в строительстве и составлении заключений о возможности возведения новых зданий и сооружений в стесненных условиях точечной застройки. В учебном процессе на кафедрах «Гидротехнические и земляные сооружения» и «Строительные конструкции, основания и надежность сооружений» ВолгГАСУ.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 научных статьях, две из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка и приложений общим объемом 136 страницы, включающих в себя 42 рисунка и 20 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Использование методов теории функций комплексного переменного позволяет провести оценку влияния вновь возводимого сооружения на несущую способность основания фундамента уже существующего. Это влияние целесообразно оценивать исходя из результатов расчетов по определению изменения размеров областей пластических деформаций в основании уже существующего здания. Для проведения таких расчетов целесообразно использовать компьютерную программу А8У-32, в которой формализовано решение первой основной граничной задачи теории упругости для полуплоскости. Для изучения процесса изменения осадок уже существующего сооружения, возникающих вследствие провоцирующего воздействия вновь возводимого объекта, следует использовать компьютерные программы, в которых формализованы численные методы, в частности, метод конечных элементов. Одной из таких программ является программа «Устойчивость. Напряженно-деформированное состояние», разработанная в ВолгГАСУ, особенностью которой является возможность отработки граничных условий, накладываемых на расчетную схему МКЭ, при помощи аналитического решения первой основной краевой задачи теории упругости. Эти компьютерные программы и приняты в настоящей работе в качестве инструментов исследований.

2. Возведение нового сооружения вблизи уже существующего ведет к трансформации напряженно-деформированного состояния основания последнего. Это оказывает влияние как на величину его коэффициента запаса устойчивости, так и на размеры областей пластических деформаций возникающих в основании и на его осадки. По величине коэффициента запаса устойчивости основания К не всегда можно сделать объективный вывод о величине несущей способности основания, так как (это показано в работе) при расчетных значениях К»1 области пластических деформаций в основании фундамента могут развиваться на большую глубину и даже смыкаться, что говорит об исчерпании несущей способности.

3. Результаты многочисленных проведенных нами численных экспериментов говорят о том, что при уменьшении расстояния между уже существующим и «возмущающим» фундаментом области пластических деформаций в основании первого (если они были) уменьшаются. Однако при достижении некоторого определенного расстояния ОПД под обоими фундаментами резко увеличиваются в размерах, а затем смыкаются. Такая картина наблюдается при любых значениях ширины фундаментов, интенсивности воспринимаемой ими нагрузки и физико-механических свойств однородного основания.

4. Установлено, что отдельный интерес представляют собой два параллельных ленточных фундамента одинаковой ширины, воспринимающие равномерно распределенную нагрузку равной интенсивности. Полученные нами данные и данные других исследователей говорят о возможности проектирования «составных» ленточных или плитных фундаментов, представляющих собой систему близ расположенных параллельных лент и длинных плит, чьи основания будут способны воспринимать большие нагрузки, чем основания отдельно взятых фундаментов эквивалентной ширины. В результате обработки и анализа результатов компьютерного моделирования процесса образования и развития областей пластических деформаций в основании двух параллельных незаглубленных ленточных фундаментов, возведенных на однородном основании, получены формулы и графические зависимости, при помощи которых можно вычислять интенсивности равномерно распределенных нагрузок, соответствующих величинам расчетного сопротивления и предельно допустимой нагрузки для такой пары.

5. При изучении процесса развития дополнительных осадок установлено, что при любых сочетаниях расчетных параметров интенсивность нагрузки я, ширина фундаментов с!) зависимость дополнительных относительной осадки существующего фундамента от расстояния до вновь возводимого сооружения не является линейной. Если «возмущающий» фундамент находится на расстоянии Ь>2с11, то при любой его ширине и интенсивности воспринимаемой им нагрузки, центр существующего фундамент будет испытывать незначительный подъем; при уменьшении Ь, осадки существующего фундамента будут нарастать. При величине Ь примерно равной 1,5<11 и менее «возмущающие» фундаменты будут оказывать на существующий фундамент практически одинаковое действие при условии, что воспринимаемые ими нагрузки одинаковы.

6. Получены графические зависимости и их аналитические аппроксимации позволяющие вычислять дополнительные и полные абсолютные и относительные осадки существующих фундаментов при рассмотренных в работе значениях расчетных параметров. Так как численные значения перемещений обратно пропорциональны модулю полных деформаций Ео и прямо пропорциональны величине главного вектор нагрузки К, то при необходимости можно подобрать корректировочные коэффициенты к формуле (3.8) для того, чтобы использовать приведенные в диссертационной работе данные при прогнозировании дополнительных осадок в том случае, когда расчетные параметры не входят в диапазон рассмотренных в настоящей работе.

7. Сопоставление результатов теоретических исследований, полученных нами, с результатами эксперимента, проведенного независимо от нас другим автором, позволяет сделать вывод о возможности использования результатов диссертационной работы для предварительной оценки несущей способности и величины расчетного сопротивления системы двух параллельных фундаментов и дополнительных осадок существующих ленточных фундаментов, возникающих за счет влияния нового строительства.

1. Box G. Е. P., Draper N. R. Empirical model-building and response surfaces. Ney York : Wiley, 1987. 424 p.

2. Briaud J. L. Pressuremeter and foundation design // Proc. Conf. Use In Situ Tests in Geotech. Engng (In-Situ'86), Blacksburg, 1986. Geotech. Special Publ.

3. New-York : Am. Soc. Civ. Engrs, 1986. № 6. P. 74-115.

4. PLAXIS, 2D Version 8 Электронный ресурс. / R. В. J. Brinkgreve [et al]. Balkema, 1997. 200 p. URL: http://www.plaxis.nl/index.php?cat=manuals&mouse=Plaxis%20V8 (дата обращения: 11.11.2008.)

5. COSMOS Works : мощный и простой в использовании программный комплекс для проведения инженерных расчетов Электронный ресурс. URL: http://www.solidworks.ru/products/cosmos. Загл. с экрана.

6. Duncan J. М., Chang С. Y. Nonlinear analysis of stress and strain insoils // ASCE Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 1970. № 96 (SM5). P. 1629-1653.

7. EN 1997-1. Eurocode 7. Geotechnical design. Part 1: General rules. CEN/TC 250. 2003. ICS: 93.020; 91.080.01.

8. Frank R. Some recent developments on the behaviour of shallow foundations. General report // Proc. 10-th European Conf. Soil Mechs & Fdn

9. Engng, Florence, 26-30 May, 1991. ASCE, 1994. V. 4. P. 1115-1141.

10. Hill R. The plastic yielding of notched bars under tension, Q.J., Mech. Appl. Math., 2, 1949. P. 40-52.1.l

11. MSC.NASTRAN : расчет и оптимизация конструкций Электронный ресурс. URL: http://www.bee-pitron.com.ua/cae/nastran.htm. Загл. с экрана.

12. Ohde J. Zur Theorie der Druckverteilung im Baugrund // Der Bauingenieur. 1939. № 20. H. 33/34. S. 451-459.

13. Prandtl L. Uber die Harte plastischer Korper. Gotinger Nachr., math.-phys. Kl., 1920. S. 74-85.

14. Schanz T. Zur Modellierung des mechanischen Verhaltens von Reibungsmaterialien // Mitt. Inst, fhr Geotechnik 45. Universit@t Stuttgart. Stuttgart, 1998. S. 152.

15. Determination of soil deformation modulus in excavations by static plate tests / R. S Ziangirov et al. // Proceedings of the 3rd International Geotechnical Symposium on Geotechnical Engineering for Disaster Prevention and Reduction,

16. July 22-24. 2009, Harbin. Harbin, China: Harbin Institute of Technology, 2009. P. 358-361.

17. Wang F. D., Sun M. C., Ropchan D. M. Computer Program for Pit Slope Stability Analysis bei the Finite Element Stress Analysis and Limiting Equilibrium Method // RJ 7685. Burin of Mints, 1972. P. 361-365.

18. Yakimenko I. V. Bogomolova O. A. Yakimenko I. V. To the Question of Manual of Closely Situated Parallel Undeepenen Ribbon Foundations on the

19. Cohesive Basis // Proceedings of the Kazakhstan-Korean Joint Geotechnical Seminar «Geotechnical Infrastructure in Megacities and New Capitals». Astana, 2010. P. 122-125.

20. Амусин Б. 3., Фадеев А. Б. Применение метода конечных элементов при решении задач горной механики. М.: Недра, 1975. 144 с.

21. Ахпателов Д. М. Напряженное состояние горных массивов в поле гравитации // Современные методы изучения физико-механических свойств горных пород : сб. науч. тр. ВСЕГИНГЕО. М., 1972. № 48. С. 75-77.

22. Барвашов В. А. Расчет осадок грунтовых оснований и свайных фундаментов без допущения о конечности глубины сжимаемой толщи // Геотехника. 2010. № 4. С. 41-57.

23. Бенерджи П., Баттерфилд PI Методы граничных элементов в прикладных науках : пер. с англ.. М.: Мир, 1984. 494 с.

24. Богомолов А. Н., Никитин И. И. К вопросу определения глубины развития областей пластических деформаций в однородном основании ленточного фундамента с учетом обратной засыпки // Вестн. ВолгГАСУ. Сер.: Естеств. науки. 2004. Вып. 3(10). С. 10-13.

25. Богомолов А. Н., Богомолова О. А., Якименко, И. В. Повышение несущей способности основания как следствие использования составных ленточных фундаментов // Вестн. ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и архитектура. 2010. Вып. 19(38). С. 5-11.

26. Богомолов А. Н. Расчет несущей способности оснований сооружений и устойчивости грунтовых массивов в упругопластической постановке. Пермь : ПГТУ. 1996. 150 с.

27. Устойчивость (напряженно-деформированное состояние) : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009613499 / А. Н. Богомолов и др.. № 2009612297 ; заявл. 19.05.2009 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 30.06.2009.

28. Богомолов А. Н., Ушаков А. Н., Шиян С. И. Решение основных граничных задач для полуплоскости методами теории функций комплексного переменного. Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ. 2009. 133 с.

29. Бреббия К., Уокер С. Применение метода граничных элементов в технике. М. : Мир, 1982. 248 с.

30. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов. М. : Высш. шк., 1978.447 с.

31. Вялов С. С. Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов. М. : АН СССР, 1959. 267 с.

32. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М. : Мир, 1984. 428 с.

33. Гольдштейн М. Н., Кушнер С. Г., Шевченко М. И. Расчет осадок и прочности оснований зданий и соружений. Киев : Будивельник, 1977. 208 с.

34. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М. : Мир, 1975. 315 с.

35. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред. М.: Недра, 1974. 257 с.

36. Золотарев Г. С. Опыт оценки устойчивости склонов сложного геологического строения расчетом методом конечных элементов и экспериментами на моделях. М. : МГУ, 1973. 329 с.

37. Ильичев В. А., Коновалов П. А., Никифорова Н. С. Влияние строительства заглубленных сооружений на существующую историческую застройку в Москве // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2001. № 4. С. 19-24.

38. Ильичев В. А. Геотехнические проблемы освоения подземного пространства города // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. № 4. С. 2-4.

39. Ильичев В. А., Никифорова Н. С., Коренева Е. Б. Метод расчета деформаций зданий вблизи глубоких котлованов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2006. № 6. С. 2-6.

40. Ильичев В. А., Коновалов П. А., Никифорова Н. С. Особенности геомониторинга' при возведении подземных сооружений в условиях тесной городской застройки // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1999. № 4. С. 20-26.

41. Ильичев В. А., Коновалов П. А., Никифорова Н. С. Прогноз деформаций зданий вблизи котлованов в условиях плотной городскойзастройки Москвы // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. № 4. С. 17-21.

42. Интегрированная Система Прочностного Анализа (ИСПА) Электронный ресурс. : система расчета напряженно-деформированного состояния конструкций. URL: http://www.ispa-soft.ru/ statxi/statxql .htm. Загл. с экрана.

43. Вычисление дополнительных осадок средней линии ленточного фундамента, вызываемого влиянием вновь возводимого параллельного сооружения / Я. В. Качурин и др. // Вестн. ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и архитектура. 2011. Вып. 21 (40). С. 13-19.

44. Исследование несущей способности и осадок основания системы пяти параллельных незаглубленных фундаментов на мелкоразмерных моделях / Я. В. Качурин и др. // Вестн. ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и архитектура. 2010. Вып. 20 (39). С. 21-27.

45. Компьютерная программа для расчета несущей способности системы параллельных ленточных фундаментов : информ. листок № 34-027-10 / Я. В.

46. Качурин и др. ; Рос. объединение информ. ресурсов науч.-техн. развития. Волгоград, 2010.2 с.

47. Компьютерная программа для расчета несущей способности основания системы параллельных ленточных фундаментов / Я. В. Качурин и др. : информ. листок № 34-027-10. Волгоград : ЦНТИ, 2010. 2 с.

48. Колосов Г. В. Применение комплексной переменной к теории упругости. М.; Л. : ОНТИ, 1935. 224 с.

49. Королев К. В. Исследование несущей способности оснований близко расположенных ленточных фундаментов мелкого заложения : автореф. дис. . канд. техн. наук. Томск : ТГАСУ, 2003.25 е.: ил.

50. Кудрин Н. С., Телиянц В. Н. Концентрация напряжений в полубесконечных областях при действии распределенных нагрузок // Некоторые вопросы механики горных пород : науч. тр. / МГИ. М., 1968. С. 65-69.

51. Кудрин Н. С. О влиянии параметра кривизны контура области на концентрацию напряжений в ней // Некоторые вопросы механики горных пород : науч. тр. /МГИ. М., 1968. С. 40-43.

52. Курдюмов В. И. О сопротивлении естественных оснований. СПб., 1889. 39 е.: ил.

53. Кушнер С. Г., Хаин В. Я. Компоненты напряжений в основании полосы полубесконечной протяженности, загруженной вертикальной равномерной нагрузкой // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1999. № 3. С. 2-5.

54. Лучковский И. Я, Самородов А. В. Расчетное сопротивление грунта рядом стоящих ленточных фундаментов // Бущвелып конструкци. Мехашка грунт1в та фундаментобудовання : м1жвщ. наук.-техн. зб. / НД1БК. Кшв, 2008. С. 384-393.

55. Лыткин В. А., Фотиева Н. Н. Напряженное состояние основания под фундаментом глубокого заложения // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1970. № 4. С. 8-11.

56. Малышев М. В. Прочность грунтов и устойчивость оснований сооружений. М.: Стройиздат, 1980. 137 с.

57. МДС 50-1.2007. Проектирование и устройство оснований, фундаментов и подземных частей многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов. М. : ФГУП «НИЦ «Строительство», 2007. 13 с.

58. Никифорова Н. С. Снижение геотехнического риска при устройстве глубоких котлованов в городских условиях // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2005. № 5. С. 13-17.

59. Основания, фундаменты и подземные сооружения : справ, проектировщика. М.: Стройиздат, 1985. 480 с.

60. Пономарев А. Б. Проблемы строительства в условиях плотной городской застройки // Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки : тр. междунар. науч.- практ. семинара 27-29 сент. 2005 г. Пермь, 2005. Т. 1. С. 155-166.

61. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной городской застройки / Москомархитектура. М. : Правительство Москвы, 1999. 55 с.

62. Розин А. Л. Основы метода конечных элементов в теории упругости. JI. : ЛПИ, 1972. 80 с.

63. Розин А. JI. Расчет гидротехнических сооружений на ЭЦВМ. Метод конечных элементов. JI. : Энергия, 1971. 213 с.

64. Розин JI. А. Метод конечных элементов в применении к упругим системам. М. : Стройиздат, 1977. 129 с.

65. Рудых О. JI. Использование МКЭ для определения давления грунта засыпки на подпорные стены // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1981. №2. С. 20-22.

66. Метод конечных элементов в. механике твердых тел / А. С. Сахаров и др.. Киев : Вищ. шк., 1982. 480 с.

67. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М. : Мир, 1979. 392 с.

68. СНиП 2.03.01.-83*. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1985. 48 с.

69. СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения. М.: Госстрой России, 2004. 24 с.

70. Сорочан Е. А. Сборные фундаменты промышленных и жилых зданий. М. : Госстройиздат, 1962. 127 с.

71. Сорочан Е. А. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании. Вып. 7. Архитектура и стр-во. М. : ЦНИИС Госстроя СССР, 1979. 23 с.

72. Сотников С. Н., Симагин В. Г., Вершинин В. П. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений (Опыт строительства в условиях Северо-Запада СССР). М. : Стройиздат, 1986. 96 с.

73. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. М. : Мир, 1977. 456 с.

74. Тер-Мартиросян 3. Г., Шалимов Г. Е. К определению несущей способности основания с учетом обратной засыпки в котловане // Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1976. № 6. С. 32-40.

75. Тер-Мартиросян 3. Г, Ахпателов Д. М Напряженное состояние горных массивов в поле гравитации // Докл. АН СССР, 1975. Т. 220, № 2. С. 133-1*35.

76. Тер-Мартиросян 3. Г. Прогноз механических процессов в массивах многофазных грунтов. М.: Недра, 1986. 292 с.

77. Тер-Мартиросян 3. Г., Ахпателов Д. М. Расчет напряженно-деформированного состояния массивов многофазных грунтов. М. : МИСИ, 1982. 361 с.

78. Угодчиков А. Г., Хуторянский Н. М. Метод граничных элементов в механике деформируемого твердого тела. Казань : КГУ, 1986. 295 с.

79. Улицкий В. М., Шашкин А. Г. Геотехническое сопровождение реконструкции городов (обследование, расчеты, ведение работ, мониторинг). М.: АСВ, 1999. 327 с.

80. Ухов С. Б. Скальные основания гидротехнических сооружений. М. : Стройиздат, 1975. 263 с.

81. Фадеев А. Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М. : Недра, 1987.221 с.

82. Фадеев А. Б., Прагер A. JI. Решение геомеханических задач методом конечных элементов. Томск : ТГУ, 1993. 295 с.

83. Федоровский В. Г. Предельное давление на ряд ленточных штампов и эффект «непродавливания» // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2006. №3. С. 9-13.

84. Фидаров М. И. Графоаналитическое определение напряженно-деформированных до предела зон и предельного давления грунта основания под ленточными прерывистым фундаментом // Изв. Северо-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки, 1982, № 3. С. 42-45.

85. Фидаров М. И. Определение важнейших размеров ленточных прерывистых фундаментов с учетом совместной работы их с основанием // Изв. Северо-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки, 1980. № 1. С. 17-21.

86. Фидаров М. И. Опыт проектирования и строительства прерывистых фундаментов с прерывистыми фундаментными стенами. // Изв. вузов. Сер. Стр-во и архитектура. 1973. № 9. С. 93-95.

87. Фидаров М. И. Основания и прерывистые фундаменты. Орджоникидзе : Ир, 1973. 194 с.

88. Флорин В. А. Основы механики грунтов. М.: Госстройиздат, 1961. Т. 12. 544 с.

89. Холмянский М. JI. Напряженное состояние грунта при действии периодической системы полосовых нагрузок // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2005. № 5. С. 2-6.

90. Цветков В. К. Расчет рациональных параметров горных выработок. М. : Недра, 1993.251 с.

91. Цветков В. К. Расчет устойчивости откосов и склонов. Волгоград : Нижн.-Волж. кн. изд-во, 1979. 238 с.

92. Цытович Н. А. Механика грунтов. М. : Госстройиздат, 1963. 636 с.

93. Цытович Н. А., Тер-Мартиросян 3. Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве. М.: Высш. шк., 1981. 318 с.

94. Четвериков А. Л. Взаимное влияние оснований и фундаментов зданий и сооружений в условиях городской застройки (на примере города Ростова-на-Дону) : дис. . канд. техн. наук / Четвериков А. Л. Ростов-на-Д : Изд-во РГСУ, 2003. 144 с.

95. Шашкин А. Г. Геотехнические критерии при проектировании сложной реконструкции и нового строительства в условиях городской застройки // Реконструкция городов и геотехническое строительство : интернет-журнал. 2002. № 5.

96. Швец В. Б., Казаков П. П. Измерение деформируемой зоны в связных грунтах // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1965. № 4. С. 10-12.

97. Швец В. Б. Экспериментальные исследования и расчет осадочной воронки в основании для различных видов фундаментов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2003. № 6. С. 14-17.