автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Прогноз осадок тяжелых сооружений с учетом начального напряженного состояния и неоднородности основания

ж

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЕШШЩ ИННЕНЕИЮ-СТРОИТЕЛЬНЫй ИНСТИТУТ юл. В.В.КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

БАРТОЛОМЕЙ Леонид Адольфович

УДК 621.131

прогаоз осдок тяшых соорушшй с

УЧЁТОМ НАЧАЛЬНОГО НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ И НЕОДНОРОДНОСТИ ОСНОВАНИЯ

05.23.02 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

мОСКЕА 1991

Работа выполнена в Московском Ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Тер -Мартиросян 3. Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук .профессор Бугров А. К. кандидат технических наук Лазарева И. В.

Ведущая организация - Атомэнергопроект

Защита состоится " V " /^^^1992 г. в А" часов на заседании специализированного совета Д 053.11.05 в Московском ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева по адресу: Москва, Спартаковская ул., д. 2, ауд.'216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просил направлять по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ШСИ им. В.В.Куйбышева, Учёный Совет.

1991 г.

Учёный секретарь специализированного совета кандидат технических наук,доцент

А. Д.Крыжановсвий.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Опыт строительства тяжёлых и ответственных сооружений, таких как АЭС, ТЭЦ, промышленные цеха большой протя- < жённости, показывает, что напряжённо-деформированное состояние оснований этих сооружений очень часто отличается от расчётного. Вес 'этих сооружений значительный, а следовательно, и давления, которые передаются фундаментами этих сооружений на основания составляют внушительную величину - 0,4 0,6 МПа.

При проектировании тяжёлых сооружений важное место отводится прогнозу осадок. Зачастую, разность осадок отделышх частей таких сооружений жестко регламентирована условиями эксплуатации. Необходимо учесть всю совокупность факторов, могущих повлиять на осадки сооружения. К таким факторам можно отнести размеры загруженной площади, наличие пригруза, инженерно-геологические условия площадки строительства, наличие подземных вод и т.д.

Реальные грунтовые основания представляют собой неоднородную дисперсную среду с изменяющимися в пространстве и во времени физико-механическими характеристиками. Выбор модели грунтового основания в таких случаях играет первостепенную роль при прогнозе осадок тяжёлых сооружений. Используемые в настоящее время модели грунтового основания зачастую не учитывают "историю" нагружения, начальное напряжённое состояние массива грунта. Это может привести к неточному предсказанию осадок сооружения. Кроме того, сооружение возводится не мгновенно, а растёт постепенно. Нагрузки прикладываются поэтапно, жёсткость сооружения изменяется от гибкой до жёсткой. Как правило, это в расчётах не учитывается.

Взаимовлияние основания и сооружения в процессе строительства и срока эксплуатации позволяет объединить их в единую систему сооружение - основание, и рассматривать как пространственно-временной континуум, так как изменение напряжённо-деформированного состояния системы сооружение - основание происходит в пространстве и во времени.

При проектировании сооружения необходимо учесть неоднородность напластования грунтов, их начальное напряжённое состояние, улругопластический характер деформирования под нагрузкой, а также растущую жёсткость сооружения - что является актуальной задачей,

Цель -работы - разработать количественный метод прог'йоза осадок оснований тяжёлых сооружений, учитывающий упругопластический

характер деформирования, начальное напряжённое состояние грунтов основания, их "историю" нагружения, а так же изменяющуюся во времени жёсткость возводимого сооружения. .Идя достижения этой цели исследования необходимо было решить следующие задачи:

1) Разработать методику по определению начального напряжённого состояния грунтов основания.

2) Выполнить лабораторные эксперименты для определения прочностных и деформационных свойств грунтов ненарушенной структуры.

3) Выбрать модель грунтового основания, описывающую упруго-пластический характер сформирования и позволяющую учесть начальное напряжённое состояние массива грунта.

4) Экспериментально определить параметры выбранной модели.

5) Разработать количественный метод расчёта осадок оснований с учётом их начального напряжённого состояния, а так же растущей жёсткости возводимого сооружения.

6) Проанализировать выполненные исследования и составить рекомендации по использованию разработанного метода расчёта осадок тяжёлых сооружений в инженерной практике.

Научная новизна данной диссертационной работы заключается в следующем:

1) Экспериментально установлен вид начального напряжённого состояния и изменение коэффициента переуплотнения глин твёрдой консистенции, залегающих в основании Татарской АЭС.

2) Построены "графические паспорта" по результатам трёхосных испытаний глин твёрдой консистенции ненарушенной структуры и определены их прочностные и дейотаационные характеристики.

3) Выполнен прогноз осадки тяжёлого сооружения на неоднородном по глубине основании.

4) Рассчитана фундаментная плита с.изменяющейся жёсткостью на каждом шаге приложения нагрузки и.получена картина трансформации напряжённо-деформированного состояния основания.

5) Разработана конструкция стабилометра, защищенная автор-оким свидетельством № 1502979 от 24.08,87.

Практическое значение "работы состоит в том, что результаты экспериментальных исследований использованы при прогнозировании осадок 2 - 4-го энергоблоков Татарской АЭС, а так же крена реакторного отделения ТАЭС, и вошли в отчёт ' проблемной лаборатории "Прикладная геомеханика в строительстве" МИСИ им. Б.В.Куйбышева.

Данные расчёта могут бить использованы при проектировании тяжёлых сооружений с использование?,I разработанной программы, реали- ■ зуюдей метод конечных элементов.

На защиту выносятся следующие вопроси:

1) Методика определения начального напряжённого состояния грунтов по данным быстрых компрессионных испытаний.

2) Результаты экспериментальных исследований по определению начального напряжённого состояния и переуплотнения глин твёрдой консистенции, слагающих основание Татарской АЭС.

3) Результаты экспериментальных исследований прочностных и деформационных свойств глин твёрдой консистенции ненарушенной структуры.

4) Данные численного прогнозирования осадок тяжёлого сооружения на неоднородном основании.

5) Расчёт фундаментной плитн с изменяющейся кёсткостыо на каждом шаге нагружения.

Апробация работы. Основные результаты экспериментальных исследований докладывались на 2-ол Есесоюзной конференции по нелинейной механике грунтов в Йошкар-Оле в 1989 году и на научных конференциях в Пермском политехническом институте.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 статьи и 2 научно-технических отчёта по НИР кафедры "Механики грунтов, оснований и фундаментов" МИСП им. В.В.Куйбышева. Получено авторское свидетельство К 1502Г79 на разработанную конструкцию прибора трёхосного сжатия.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов. Общий объём работы 133 страницы, в том числе 86 страниц машинописного текста, 58 рисунков, 4 таблицы, список использованной литературы из 101 наименования.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю д.т.н., профессору З.Г.Тер-Мартиросяну за постоянную заботу и помощь при выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится краткий анализ упругопластичес-киХ'-моделей грунтового основания и исследований континуума сооружение-основание .

Возведение ответственных сооружений, передающих на основание значительные силовые воздействия, заставило перейти от упругих моделей Нлболее сложным, учитывающим нелинейную зависимость между напряжениями и деформациями. Так при деформировании основания большая часть деформаций - это пластические деформации. Надёжное прогнозирование напряжённо-деформированного состояния основания возможно при использовании нелинейных соотношений между напряжениями и деформациями. Эти соотношения формулируются в рамках деформационной теории пластичности или теории пластического течения.

Вопросами упрутоплаетического деформирования грунта занимались в своих работах В.Ф.Александрович, л.я.Боткин,. А.К.Бугров, Б.Й.Дидух, К.К.Зарецкий, К.П.Пващенно, Б.А.косилевич, А.А.млыо-шин, А.Л.Крнжановский, Г.М.Ломизе, I.Í.В.Малышев, В.Н.Николаевский, Л.Н.Рассказов, А.С.Строганов, 3.Г. Tep-Í,Мартиросян, В.Г.Федоровский, В.И.Широков и др. За рубежом Д.Лгискег, Р>. Е. GLfeion. &. G Ilde hus , D- Koíym ßos ( R.E. ProJer К. Ros кое

A.4chofle£d, P.W/r-oth и cjp. '

При исследовании упругоггластического деформирования грунтов основания тяжёлых сооружений возникает проблема определения начального напряжённого состояния массива грунта.

З.Г.Тер-Мартиросяном отмечалось, что учёт начального напряжённого состояния и нелинейного деформирования позволяет полнее использовать резервы несущей способности основания. В рамках теории упругопластического упрочнения роль исходного напряжённого состояния сводится к определению местоположения напряжённого состояния рассматриваемо'' точки относительно поверхности нагруже-ния.

В модели Ю.К.Зарецкого область упругих деформаций, возникающая при гидростатическом обзкатип грунта, фиксируется введением начальной поверхности нагрузкения. В.К.Широковым предложена область структурной прочности грунта ограничивать начальной поверхностью текучести. Введением начально": поверхности нагружения в модель упругопластической упрочняющейся среды моделируется исходное напряжённое состояние массива грунта. Это позволяет дать

более надёжный прогноз ВДС основания ответственных сооружений.

Б настоящее время, в большинстве проектных расчётов сооружение и основание не рассматривают как единое целое. Систему сббружение-основание рассматривают не как континуум, а как набор отдэльных частей, взаимодействие которых описывается упрощённо.

Б процессе строительства здание возводится не мгновенно. Его пространственная жёсткость.постепенно нарастает до какого-то определённого конечного значения. Загружение фундаментной плиты происходит неравномерно. В период строительства и эксплуатации сооружения происходит пространственно-временная трансформация напряжённо-деформированного состояния континуума сооружение - основание.

Учётом жёсткостных характеристик зданий и сооружений, а так же их изменением в период строительства занимались В.А.Бар-вашов, Е.З.Болтянский, М.И.Горбунов-Посадов, В.А.Ильичёв, С.Н.Клепиков, Г.Е.Лазебняк, Г.А.Шишкова, А.А.Мустафаев, Г.Г.Ме-ергоф, Н.И.Наумова, А.Ю.Пампалов, А.П.Пшешчкин, С.А.Ривкин, А.П.Сияидон, Ю.Ю.Чинилин и др.

На основании анализа рассмотренных моделей грунтового основания я исследований совместной работы системы сооружение - основание сформулированы задачи .диссертационной работы.

Вторая глава посвящена описанию приборов и методики проведения экспериментов.

Для проведения экспериментальных исследований использовались приборы трёхосного сжатия типа "Б". Дана принципиальная схема прибора с пояснениями. Автором предложена новая конструкция стабилометра, защищёяпая авторским свидетельством 1502979.

Проведённые экспериментальные исследования можно разделить на две группы. Первая группа - определение начального напряжённого состояния по результатам компрессионных испытаний. Вторая группа - определение по данным трёхосных испытаний прочностных и деформационных свойств исследуемых грунтов, а так не параметров модели Ю.К.Зарецкого.

Для определения начального напряжённого состояния была разработана методика ускоренных компрессионных испытаний глинистых грунтов. Методика отрабатывалась на образцах грунта, приготовленных из верхне- казанской глины ыярушеино"» структуры. Образец грунта уплотнялся в компрессионном уплотнителе наперёд заданным давлением и выдерживался при этом вертикальном давлении предварительного уплотнения несколько суток. По окончании процесса

стабилизации деформаций. образец грунта разгружался, вынимался из компрессионного уплотнителя, обрезался до заданных по ГОСТу размеров и помещался в трёхосный прибор типа "Б". .

У Образцы испытывались в условиях компрессии. Вертикальная нагрузка прикладывалась ступенями по 0,05 МПа через каждые 20 минут. Через 5 и 20 минут снимались показания индикаторов часового типа (измеряющих вертикальную осадку штампа) и манометра (измеряющего боковое давление в камере прибора в условиях компрессии). Вертикальное нагружение доводилось до значения вертикального напряжения б!, превосходящего давление предварительного уплотнения на 0,3 - 0,4 МПа. По результатам испытаний строились графики зависимостей ¿1={( б\); 1(^=4( 0"!); <31= 51);

£1= {( ); I =4( 01); • Ед = 01 ). По переломам и изгибам в графиках фиксировалось давление предварительного уплотнения.

Прочностные'и деформационные характеристики грунтов, а так же параметры модели Ю.К.Зарецкого определялись из испытаний образцов по траекториям гидростатического обжатия до <Г*,»х= 1,0 МПа с последующей разгрузкой и нагружением по чисто девиаторной траектории до разрушения.

Все испытания проводились по открытой схеме (дренированные испытания). За критерий условной стабилизации был принят критерий, приведённый в ГОСТ 26518 - 85 для определения характеристик деформируемости.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований монолитов глинистых грунтов и сравнение экспериментальных данных с расчётом по модели Ю.К.Зарецкого.

При прогнозе осадок тяжёлых сооружений важное место занимает проблема учёта начального напряжённого состояния массива грунта. В случае, если грунты основания были переуплотнены в ледниковый период, или в результате высыхания, или под действием вышележащих слоев грунта, и впоследствии смытых и т.д., то построенные на таких грунтах сооружения могут иметь небольшую осадку при нагрузках не превышающих давление предварительного уплотнения.

Решено было отработанную методику по определению начального напряжённого состояния перенести на испытания монолитов. Монолиты были представлены начиная с глубины 1,0 м от дна котлована строящейся Татарской АЭС до глубины 40,0 м. Грунты представляли собой верше- и нижнеказанские глины твёрдой консистенции.

По изложенной выше методике бнла сделана попытка определить начальное напряжённое состояние в различных точках массива грунта. Для этого часть парных образцов, вырезанных из одного монолита или/из монолитов отобранных с одной глубины, испытнвались следующим образом: сначала испнтнвался образец на компрессию в гори-зЬнтальном направлении, т.е. деформации £г= £3= 0 и напряжения <Гг= (¡^5 измерялись как реактивные. Затем испьттнвался образец-близнец на компрессию в вертикальном направлении, т.е. отсутствовала вертикальная деформация образца 0 и напряжение 0*1 измерялось как реактивное.

При обработке результатов компрессионных испытаний как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях иаблпдатшсь скачки и перегибы в графиках при одних и тех же чнпченнях вертикальных 5*1 и горизонтальных напряжениях (Г2 = О3 . Гервые скачки и перегибы соответствовали глубине отбора гонолгта. т.е. напряжениям от собственного т:еса грунта. Это позволило сделать вывод о том, что напряжения в основании Татарской АЭС, до приложения нагрузки от самой станции, распределялись по гидростатическому закону и равнялись <3*1= <Г2= =

Вторые перегибы и скачки, соответствующие (Г{ = (Г* = (К, = =0,95 МПа, наблюдались во всех компрессионных испытаниях монолитов верхне- и нижнеказанских глин. Было высказано, предположение, что это последнее давление переуплотнения, которое оставило "след в памяти" грунта. Коэффициент переуплотнения грунтов основания Татарской АЭС бил определён как отношение давления, соответствующего (^,5= 0,95 Ш1а к давление, соответствующему =УН природному в данной точке грунтового массива:

3 ^.«в/сГун ( 1 )

Оказалось, что коэффициент переуплотнения изменяется лппел-но с глубиной от 2,7 на глубине 3,5 мет31а до 1,С нг; глубине 40.С метров от дна котлована.

Экспериментальные исследования прочпостннх и дефорлациошшх характеристик грунтов ненарушенной структуры били выполнены на приборах трёхосного слагая типа "Б". В зависимости от влажности, монолиты были разделены на три группы. Испытания монолитов по траекториям гидростатического обжатия с последующим нагружением по чисто девиаторным траекториям .до разрушения позволили построить три графических "паспорта". Лдя влажности = 0,233 по условию прочности ??кзсзса-[.;;гсе"хера предельная поверхность имеет

с -

параметры: сцепление С =0,23 ыПа к угол внутреннего трения

ф = 32°. для гласности W = 0,215 - сцепление С = 0,259 МПа и угол внутреннего трения = 33°. И для влажности W = 0Д85 параметры предельной поверхности: С = 0,30 МПа и ^ = 35°. Врльшинство испытаний на представленных "паспортах" было продублировано.

Разрушение образцов из верхне- и нижнеказанских глин твёрдой консистенции, в большинстве случаев, наступало внезапно с образованием трещин и взаимным смещением верхней и нижней части образца.

Графические "паспорта" били составлены для испытаний монолитов одинаковой влажности, но различной начальном плотности.

О

/¿ля образцов имевших плотность менее 2,00 г/см сдвиговые пластические деформации сопровождались отрицательной дклатансием (доуплотнением). .Для образцов имевших начальную плотность более 2,01 г/аР, при приближении к предельному напряжённому состоянию, наблюдалась положительная дилатансия (разрыхление). В итоге, все образцы, в момент предшествующий предельному напряжённому состоянию, "выходили" на критическую -плотность р^.2,01 т/си?

Для определения влияния уровня гидростатического обжатия . на упрочнение грунта были проведены испытания парннх монолитов. Один образец из пары нагружался до заданного уровня гидростатического обжатия с последующ™ нагруженном по чисто девиаторной траектории до разрушения. Другой образец обжимался гидростатическим давлением до 1,0 МПа с последующей разгрузкой до заданного уровня гидростатического обжатия и последующим нагружени-ем по чисто девиаторной траектории.

Испытания парннх образцов ненарушенной структуры верхнека-запских глин твёрдой консистенции показали, что изотропное о'бжа-тие до 1,0 Ша не приводит к увеличению прочностных параметров. Это объясняется тем, что на массив грунта когда-то действовало давление равное 1,0 Ша пли превосходящее его.

¡¡ля описания упругопласгического поведения грунта бнла выбрана модель, разработанная под руководством Ю.К.Зарецкого. Модель получила широкое распространение в последнее время, при описании сложного напряжённо-деформированного состояния оснований ответственных сооружений. В отличии от других моделей, она позволяет учесть дилатангнне свойства грунта, а также начальное напряжённое состояние, путём введения начальной поверхности на-гружения.

На основании алгоритма, изложенного в работах К.К.Зарецко-го, была составлена программа для решения нульмерной задачи. Параметры модели Г.К.Зарецкого определялись для каддого из трёх графических "паспортов". Разгрузочные модули объёмного деформирования Ке высчитывались .для каддого "паспорта" по результатам разгрузок от уровня гидростатического обжатия в 1,0 Ша. А разгрузочные модули сдвигового деформирования 6е находились из испытаний по чисто девиаторным траекториям ня ветви разгрузки. Параметры для функций упрочнения р и отыскивались графически при обработке "паспортных" данных по объёмному и сдвиговому деформированию.

Начальная поверхность нагружения задавалась с помощью параметров и М^о следующим образом: для каждого монолита, в соответствии с глубиной его отбора, определялось начальное напряжённое состояние = УН; <Гг = (Гз = I > и пересчитывались в инварианты ($* и "С [. . Напряжения (у^ , , брались из

компрессионных испытаний монолитов о соответствующих глубин. На плоскости инвариантов " /С[,- (Г " наносилась точка, соответствующая данному напряжённому состоянию, из которой опускались два луча. Первый до точки пересечения предельной поверхности с гидростатической осью, и второй - до уровня гидростатического обжатия данного монолита.

Сравнение экспериментальных "паспортных" кривых с 1йСчётом по модели Ю.К.Зарецкого показало, что модель хорошо описывает упругопластический характер деформирования монолитов, учитывая их "историю" нагружения, начальное напряжённое состояние и ди-латансию грунта.

Для решения задачи в условиях плоской деформации "паспортные" данные трёхосных испытаний в условиях осевой симметрии были пересчитаны для условия плоской дефорлации по формулам перехода. Также были внесены изменения в алгоритм программы для решения нульмерной задачи и определены параметры модели в условиях плоской деформации.

Четвёртая глава посвящена численному прогнозу осадок оснований с учётом их начального напряжённого состояния, упруго-пластических свойств грунтов основания, а также растущей жёсткости возводимого сооружения.

При решении задач геомеханики, в настоящее время, шрокое применение получил метод конечных элементов. МКЭ использует идею аппроксимации непрерывной (функции дискретной моделью.

В основе наиболее распространённой версии МКЭ лежит метод перемещений. Отыскание поля перемещений связано с минимизацией потенциальной энергии системы. По найденным перемещениям находят-ся,жомпоненты тензора деформаций 6,1] и напряжений <$"£/ . Процесс минимизации функционала и последующего численного интегрирования приводит к системе.алгебраических уравнений, которую можно записать в матричной форме

[К1 {&е} = [ Я} (2)

где [К7- глобальная матрица жёсткости; [Р} - глобальный вектор нагрузки; {8"е] - искомые узловые перемещения.

Для дискретизации рассматриваемой области нами были выбраны восьмиузловне квадратичные изопарамётричэские элементы из семейства Ъе^епсИ ¿у ■

Для решения систем линейных, алгебраических уравнений (2) разработано большое количество методов. Среди них выделяют итерационные и прямые методы, В программе был выбран вариант прямого метода исключения Гаусса - фронтальный метод. Суть фронтального метода заключается в том, что одновременно составляются уравнения и исключаются переменные. Матрица жёсткости всей системы не формируется, т.к. модифицированные коэффициенты каждого исключаемого уравнения записываются и хранятся во внешней памяти машины.

После того как система уравнений (2) будет решена,по найденным перемещениям [6~е] в точках интегрирования вычисляются деформации и напряжения по закону Гука.

При решении упругопластических задач наибольшее применение получили итерационные методы. Уравнения (2) на любом шаге итерационного процесса решения не будет удовлетворяться до тех пор, пока не будет достигнута сходимость. Можно предположить, что существует система остаточных сил, тогда

^ = ¿б^-М Фо ( з )

Алгоритм решения может строиться на основе метода переменной жёсткости. В этом случае, для кадцой итерации или шага на-грудения переформировывается матрица жёсткости всей системы.-Для экономии времени счёта чаще используется алгоритм, при котором матрица жёсткости остаётся постоянной и решение ведётся через правую часть. Ю.К.Зарецким предложен алгоритм решения задач пластического течения грунтов, когда матрица жёсткости системы [ К] формируется на основе постоянных разгрузочных модулей материала и остаётся неизменной в процессе счёта.

При решении задач пластического течения вектор перемещений

включает в себя как упругие (обратимые), так и пластические (необратимые) перемещения:

Подставив в уравнение (2) выражение (4) получим пли

= ( 6 ) где {Рр]= (7)

При итерационном процессе на каждом шаге ( /7 ) изменяется значение вектора спя ¿Рр} в прозой части выражения (В), а значений вектора [ Р} остаётся постоянным.

М + (8)

Значение фиктивного вектора для одного элемента можно-записать:

1р+ Яп) иъ (9)

где [В<е}] - матрица деформации элемента, [йм] - матрица свойств, 6 ^ - пластическая де'Тюриадия, ^ - площадь элемента.

Итерационный процесс строится в предположении,'что на шаге ( П ) приращение вектора пластических деформаций каж-

дой точке равна нулю.

Из выражения (8) находится вектор полных перемещений на шаге ( Л ) н в точках численного интегрирования элементов вычисляются значения компонент тензора упругих деформаций, инварианты данного тензора и соответствующие инварианты тензора напряжений. Бесь дальнейший расчёт ведётся в соответствии с алгоритмом, построенном на. основе модели пластического течения с упрочнением (модели Ю.К.Барецкого). На рис. I представлена общая блок-схема программы, реализующей МКЭ с учётом упругопла-стической работы грунтов основания.

На основании составленной программы был проведён численный прогноз осадок тяжёлого сооружения. Для сравнения, фундаментная плита реакторного отделения расчитывалась на однородном и неоднородном основаниях. Неоднородное основание моделировалось увеличением с глубиной прочностных и деформационных характеристик грунтов по линейной зависимости. Для этого неоднородное основа-

ОБЩАЯ БЛОК-СХЕМА ПРОГРАММЫ

Старт

__ I _

Ввод данных,определяющих геометрию,граничные условия и свойства материала

Оценка эквивалентных узловых сил от гравитационного иагружения,равномерно распределенной нагрузки

Задание приращения прилагаемых нагрузок в соответствии с указанными коэффициентами нагружения

з:

Идентификация типа алгоритма решения: исходная жёсткость, переменная жёсткость

| Формирование матрицы жёсткости элемента ГК^П и запись её во внешнюю память

Решение системы совместных уравнений с использованием фронтального метода

Таг

Внчисление вектора остаточных сил 1У1

Нет

Еычисление компонент тензора напряжений си и пластических деформаций ЕЧ] по модели В.К.Зарецкого_

Контроль сходимости процесса решения Да

_^_

Вывод результатов на печать

31

Конец

Рис. I

- ГЗ -

нив было разбито на пять слоев, каждому из которых, присваивались характеристики линейно возрастают с глубиной. Однородному основанию были присвоены свойства первого слоя неоднородного основания.

Расчёт показал, что при проектной нагрузке Рпр= 500 кПа средняя осацка с$уядаментной плиты на неоднородном основании составила 6,2 см, а на однородном 15,1 см (рис. 2). Осадки штампа на неоднородном по глубине основании затухают быстрее. Так на глубине 125 метров послойные осанки неоднородного основания оказались в 4,2 раза меньше, чем однородного. Па однородном основании, за счёт обширного развития зоны пластических деформаций произошла концентрация напряжений в верхней части массива грунта и, в частности, под краями фундаментной плитн рис.3.

Идя моделирования изменяющейся жёсткости с помощью МКЭ, описанный алгоритм программы бнл изменён. Задача решалась методом тангенциальной (переменной) жёсткости. На каздом таге приращения нагрузки пересчитывались матрицы жёсткости элементов [ Кт(е!]для первой итерации ж, при этом, для каждого шага нагрузки вводился новый модуль деформации бетонной плитн. Модуль грунта оставался постоянным. Таким образом моделировалось увеличение жёсткости сооружения с ростом нагрузки,

Для упрощения алгоритма расчёта в качестве модели материала бетонной плитн и грунтового основания била выбрана модель идеально улруголластического тела с критерием текучести Мора-Кулона.

Прочностные и деформационные параметры грунта определялись по результатам трёхосных испытании верхне- и нижнеказанских глин твёрдой консистенции. Кагруиение фундаментной плиты проводилось до проектной равномернораспределённой нагрузки Рпр. = = 500 кПа.

Рассматривались три варианта нагружения фундаментной плиты с различным изменением модуля деформации плиты Е и соответственно гибкости Р , определяемой по формуле М.И.Горбунова-Посадова.

Выполненные расчёты показали, что прогиб фундаментной плиты в начальный период нагружения вызван её большой гибкостью. Это приводит к тому, что эпюра контактных напряжений принимает седлообразный характер. Прикладывая часть нагрузки в начальный период возведения сооружения (когда оно имеет значительную гиб-

Рис. 2 График нагрузка - осадка: I - для неоднородного основания, 2 - для однородного основания.

Jl_.ii-J.-1

1

Рис. 3 Эпюрн контантннх напряжений:

- для неоднородного по глубине основания

--- для однородного основания

кость), полно уменьшить концентрацию нлпряжений под краем фун-декентной плиты. /.адьнейюе увеличение жзсткости сооружения да-ат г.:еныч1й рост пиков в эпюре контактных напряжений по сравнений"'с расчётом не учитывающим поэтапность возведения.

ОБЩЕ Н>В0.иК

1) Разработанный численный метод расчёта осадок сооружений позволяет учесть изменение прочностных и деформационных свойств грунтов с глубиной, начальное напряжённое состояние массива грунта, а так же изменение жёсткости фувдаментной плиты при на-груиении.

2) Разработанная методика определения начального напряжённого состояния глинистых образцов грунта по результатам быстрых компрессионных испытания позволяет определить начальное напряжённое состояние образца зп несколько часов.

3) Экспериментально определено начальное напряжённое состояние массива грунта, слагающего основание Татарской АЭС, и установлено, что напряжения распределяются по гидростатическому закону и равны - - УМ ■

4) Выявлено, что грунты основания переуплотнены. Давление переуплотнения, которое "запомнил" грунт, составляет 0,95 МПа.

5) Определено, что коэффициент переуплотнения линейно убывает с глубиной от 2,7 па глубине 3,5 мгатра до 1,0 на глубине 10,0 метров от дна строительного котлована Татарской АЭС.

6) Экспериментально установлено, что гидростатическое обжатие до I,0 МПа не приводит к увеличению прочностных свойств грунтов основания Татарской АЭС.

7) Построенные три графических "паспорта" по результатам трёхосных испытаний глин твёрдой консистенции ненарушенной структуры показывают, что прочностные и деформационные характеристики грунтов возрастают с уменьшением влажности,

8) Выполненный расчёт осадок фундаментной плиты численным методом с учетом упругопластического характера деформирования основания, изменения с глубиной прочностных и деформационных свойств грунтов, начального напряжённого состояния массива грунта показал, что осадки фундаментной плитн в 2,5 раза,меньше

чем при расчёте на однородном основами.

9) При расчёте, не учитывающем изменение с глубиной проч-

ностных и дефорлащонннх свойств грунтов, начального напряжённого состояния массива грунта произошла большая концентрация напряжений в верхней зоне основания и поп; краем фундаментной ПДЕТЙ.

10) Расчёт фундаментной плитк о, учётом изменяющейся жёсткости на каждом шаге нагружения показал, что прогиб фундамент-ной плиты в начальный период нагружения вызван её большой гибкостью. Это приводит к тому, что эпюра контактных напряжений принимает седлообразный характер. Дальнейшее нагружение и увеличение жёсткости фундаментной плита даёт рост пиков'в 1,16 * 1,30 раза меньше по сравнению с расчётом не учитывающим поэтапность возведения.

11) Изменяя ступени приложения нагрузки в период возведем ния сооружения молено "регулировать" не только гпюру контактных напряжений, но и осадки сооружения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Определение начального напряжённого состояния грунта по результатам компрессионных испытаний. // Межвузовский сборник научных трудов. Основания и (фундаменты в геологических условиях Урала, Пермь, 1985, с.102-309. Соавторы: Тер-Мартиросян З.Г., Прошип М.В.

2. Экспериментальное обоснование упругопластической модели грунта с упрочнением. // Использование достижений нелинейной механики грунтов в проектировании оснований и фундаментов: Тезисн докладов 2-ой Всесоюзной конференции - Йошкар-Ола, 1989, с.40-41. Соавтор: Щёболев А.Г.

3. Учёт переменной жёсткости сооружений при прогнозе их осадок. // Межвузовский сборник; научных трудов, Основания и фундаменты в геологических условиях Урала, Пермь, 1991, с.38-42. Соавтор Тер-Мартиросян З.Г.

4. Авторское свидетельство Я- 1502979. "Стабююметр". Соавторы: Тер-Маргиросян Б.Г., Рябчешсов Л.К.