автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Расчет осадок гидротехнических сооружений, построенных на армированных осесимметричных цилиндрических грунтовых подушках в торфах

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ рр^ дд ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ_

• - На правах рукописи

НГУЕН НГУЕН ХУНГ

РАСЧЕТ ОСАДОК. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ, ПОСТРОЕННЫЕ НА АРМИРОВАННЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ГРУНТОВЫХ ПОДУШКАХ

В, ТО РФ АХ

05.23.07 — Гидротехническое и мелиоративное строительство ОЕ23102Р—■ (Основания- и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой* степени кандидата технических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена на кафедре «Основания и фундаменты» Московского ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративного института. Научные руководители:

— профессор, кандидат физико-математических наук Кондаков Э. П.;

— доцент, кандидат технических наук Юрченко С. Г. Официальные оппоненты:

— профессор, доктор технических наук Каганов Г. М.;

— ст. науч. сотр., кандидат технических наук Одинцо-

ва Н. П.

Ведущее предприятие—АО «Воднииинформпроект».

в . /Л. . часов на заседании специализированного совета К 120.16.01 в Московском гидромелиоративном институте по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 19, МГМИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского гидромелиоративного института.

Автореферат разослан . Л. . . 1993 г.

Защита диссертации состоится « /^

»

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат технических наук

Кузьмин С. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теин.

Одним из способов устройства гндросооруяеннй, как и промышленно-гражданских сооружений, на слабых грунтах является их устройство на грунтовых подушках трапецеидального сечения. В ряде случаев при строительстве сетевых гидросооружений на торфах, когда давление от сооружения не превышает 0,05-0,06 МПа и фактическое давление под подошвой подушки получается значительно меньше расчётного давления на грунт минерального дна болота, применяют грунтовые подушки так называемого рационального сечения. с площадью стирания равной площади подошвьг сооружения. Такие гидросооружения, как акведуки, лотки, трубопроводы и т.п. часто устраивают на свайных фундаментах, в то вреня как их можно устраивать на осесимметрмчных подушках рационального сечения. На. подобные подушки^ располагаемые в шахматном порядке под подошвой .фундамента» могут опираться й такие сооружения, как насосныэ ' станции. '■'.•;

Однако подушки рационального сечения, устраиваемые в торфах, обладают относительно значительной деформируемостью н недостаточной несущей способность». Для уменьшения деформируемости и повышзния насугаей способности их целесообразно армировать.

J5 ' настоящее вреня проблеме арннрования оснований сооружений посвякён.ряд научно-исс-ледоэа'тельных работ, из которых .видно,' что армирование грунтов' резко повышает несущую способность ' и снняает дефарнативнссть " оснований. Однако анализ технической литературы показал, что .при расчетах' напрйЕённо*- дэфорни^озанного. cot гояния армированных оснований.ого особенности учитываются пока не в полной мере. Задача о подбора оптнн-альйого, эрнироэания, в том числе и Подушек,решается авторами; только на основа экспериментальных исследований';-. Как - расчетная', ^за дача , она;; до сих;' ггар. не рассиотр'ена;'-**Ьтя."¿очввй'дно,;;. что= для; ингенерноД практики Ймэнно эта задача представляет наиёольенП интерес/ .,

(

Исходя из того, что исследование работы осесимметричных армированных подушек в тс.рфах требует продолжения, в настоящей работе было намечено разработать методику расчета таких подушек, при этом армированные грунтовые подувши и окружающие их торфы рассматривается как анизотропные срэды. Анизотропия подушек возникает вследствие их армирования, а анизотропия ■ торфа может возникат. в процессе его образования.

Целью работы . являются:

- Разработать методику расчёта осадок и иапряжвнно-дефорнированного ссотояния осесимметричных армированных подушек и окружающего их торфа как анизотропных сред;

- Разработать метод определения требуемого количества арматуры при различных схемах армирования подушек, используя местные материалы в условиях В-ьетнама;

- Разработать методику определения степени и схемы армирования грунтовых подушек для инженерных сооружений мелиоративных снствн в торфах при заданных осадке, нагрузке и размере подушек.

Научная новизна работы

В настоящей работе впервые задача по расчету армированных оснований рассматривается и решается как задача по расчёту анизотропных сред, при этон армированные грунтовые подушки, в свою очередь, считайте» как композиты н их механические характеристики определяются по теории композитных материалов. Другим словом, здесь впервые делается попытка объединить методы расчета, механических характеристик анизотропной среды, рассматриваемой как композитный материал и методы расчета напряжений и деформаций в анизотропных средах.

В разультате решения поставленной задачи можно ие только рассчитывать напряженно-деформированное состояние армированных грунтовых подушек, но н определять необходимую степень и схему армирования, при котором осадка подушки под гидротехническим сооружением была бы не больше предельно допустимой. Для оснований ГТС такая задача, как показал

анализ литературы, до настоящего времени, практически, eiqft не решена.

Практическое значение работы заключается в тон, что по прсдлаглемоЯ методике можно рассчитать готовые таблицы и графики для определения искомых значений при заланных других параметрах при проектировании армированных осесимнетричных грунтовых подушек, применяемых в качестве оснований чнг»нернмх гидротехнических сооружений мелиоративных систем в торфлх. Для более улобного применения данной методики иелрсообразно рассчитать готовые Табпииы и графики соответственно разным видан грунтов подушек, разным материалам арматуры и схемам армирования, что позволяет быстро подбрать оптимальный вариант, который удовтлетворял бы техническим н экономически« требованиям. Поэтому нами быпи такие таблицы рассчитаны для условий Вьетнама при армириьанни подушек банбуком при горизонтальной и пространственной схемах армирования.

Апробация работы

Результат« исследования и основные положения диссертационной работы были доложены на Научной Конференции Иосювского мелиоративного института и посланы в печать в Сборник Научных трудов МГМИ, дважды докладывались И одобрялись на заседаниях кафедр "Основания и фундаменты" И "Гидротехнические сооружения" ИГМИ.

ОбъЭн работы. Диссертационная работа состоит из введения. 6 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и 4 приложений. Работа изложена на 200 страницах, среди которых 120 страниц коипютернописного текста, иллюстрирована 46 рисунками.' 34 таблицанни. . Список используемой литературы включает 62 наиненований..

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой г.пане рассмотрены существующие методы расчета грунтовых подуете» как оснований гидротехнических сооружений. При этом отмеча«тс:я и анализируются работы Далматова Б.И., Гильмана Я. Л. . Морарескула H.H. и Чичкина А.в., Николаева

В. В.. Силкнка A.M., Юрченко С. Г., Кондакова Э.П. и др. по исследованию грунтоиых подушек разных расчетных сечений б торфах.

Отмечено, что существующие методы расчета несущей способности грунтовых подушек Сработы Морарескула Н.Н н Чичкина К.Ф.> и осадок ГТС, построенных на ни*■ (работы-СилкиНа A.M., Юрченко С.Г. и . Кондакова Э.П.5, в которых грунт подушки и окрукаюиий её торф считаются однородными и изотропными, нельзя приненять для расчета армированных грунтовых подушек. .

Поэтому в этой ке главе также дан короткий обзор > литературы по проблеме армирования оснований сооружений.- Во всех работах было показано, что присутствие арматуры в основаниях да&т значительное . повышение их несушей способности н снижение деформируемости.

Рассматривая этот вопрос отмечено, что . проблеме армирования грунта подушек до настоящего .времени не уделялось должного внимания: даяе в проекте рекомендаций ИСиА (Минск) по армнросг,нным грунтовым подушкам предлагается только, то, что число армированных прослоек должно приниматься не менее 3, а вертикальное расстояние меаду ними Ah = 0,15- 0,40м. '

По этому направлению в диссертации рассмотрена работа Сахаровой С.И., посвященная армированию грунта подусес как оснований гидротехнических соорухений. Путем лабораторного исследования моделей армированных песчаных подушек рационального сечения в торфе Сахарова, С.И. пришла к выводу, что деформируемость и несущая способность армированных грунтовьк подушек существенно зависят не' только от числа армирующих прослоек , но и от их расположения в теле подушки. '.'..'

Для расчёта .напряжённо-деформированного состояния армированных подушек Сахарова С.Й. приняла каждый участок подушки, заключенный м^жду прослойками .арматуры,, отдельной неармированной подушкой, для которой верхняя прослойка арматуры является штампом (подошвой фундамента сооружения),

а нижняя - основанием, что позволяет применить метод расчета, разработанный Силкиным A.M. и Юрченко С. Г. для неармированных подушек, считая деформации каждого участка подушки отдельно.

Таким образом, задачу о расчёте деформации армированной грунтовой подушки рационального сечения Сахарова С.И. свела к рясч&ту деформаций п»1 неармированных подушек на жестком основании при линейных зависимостях между напряжениями и дэфорнацияни под действием равномерно распределенной нагрузки, где п - числс армирующих прослоек.

Отмечено, что предложенная Сахаровой С.И. методика расчёта напряжённо-деформированного состояния армированных грунтовых подушек в торфе оказалась малонадёжной в случае, когда относительная пысота участков подушки 1 (для

плоской задачи) или < 1 (для осесимметричьой задачи)

иэ-эа трудности в определении их модулей деформации, что признает и сам автор. (ЗЭ&сь fl - высота слоя мехЗу армирующими прокладками, Ь^— ширина поЭутки, d Эиамвгор поЭушки). Эта методика учитывает схему армирования {только по горизонтальному направлению) и форму подушки в плане (плоская и осесимнетричная задачи), но не учитьвает сколько использовано арматуры и ее.механические характеристики, хотя очевидно, что эффективность армирования зависит не только от места расположения арматуры, но и от степени армирования и . модуля деформаций армотуры, Более того» яри применении этой методики приходится проводить большой объвн расчетов, поскольку, следует многократно повторять oaity и ту же процедуру с различными параметрами. При это«, нагрузка между слоями считается одинаково.равномерно распределенной, что не отражает истину» ¡картину напряженно- деформированного состояния арлирюваиной грунтовой подушки в торфе. С другой , ствроиы, э таких случаях, когда в качестве арматуры нляольэувтря пластичные материалы, когда торф анизотропный или когда схема армирования . пространственная, данная ; методика оказалась '-¿и' вообще , негодной. К тому же, разработанная Сахарова С.И. методика не позволяет решать

обратную задачу, т.е. задачу определения необходимой степени и схемы армирования при заданной осадке сооружения,- А именно такая задача очень часто встречается в практике.

В результате проведенного анализа сделан вывод . о том, что исследования работы фундаментов сооружений, в тон числе и ГТС, на подушках в слабых грунтах интересуют многих ..' ученых. Однако, имеющиеся методы расчета грунтовых подушек разработаны для частных случаев и требуют больших объёмов ' расчетов.

На основе выше изложенного, с учетом предстоящих планов строительства гидротехнических сооружений на Юге Вьетнама, в конце первой главы сфомулированы цели диссертационной работы к ев основные задачи.

В начале второй главы изложена концепция о той, как ", рассматривается в настоящей работе арниройанная грунтовая подушка при определении еб механических характеристик. Эта концепция заключается в следующем !

Как уже отмечалось в первой главе, расчетный метод Сахаровой . С,И., в основе которого лежит рассмотрение армированной :подушки как совокупности отдельных

подушек-слобв, . приводит к быстрому нарастанию объема расчетов при возрастании числа арнирующих слоёв. Вообще говоря, любое рассмотрение о расчётах армированной конструкции как составленной из разнородных сред-материалов, напряясения и деформации в' которых "определяются ..отдельно, . с увеличением количества армирующих элементов быстро приводит к столь существенному усложнению математических задач по расчету напряжений» деформаций. Что их практическое решение становится неосуществимым. ,

Выходом из этого тупика является рассмотрение армированной подушки как подушки, выполненной. из композитного материала.

В теории композитных материалов рассматриваются способы: расчёта усреднённых механических характеристик композитных материалов по механическими характеристикам составляющих с учётом геометрических характеристик, композитов С матрицы: и

вк1люЧениЙ5.

Ключевым в применении теории композитных материалов является вопрос ! можно Ли в данной конкретной конструкции рассматривать армированный материал как композитный или необходимо детально рассматривать конкретную схему армирования 7

Для армированных подушек в соответствии с теорией . композитных' материалов можно считать, что чем больше в подушке армирующих слоёв, тем больше оснований рассматривать материал подушки как конпозитный. Однако, " конкретное число слобв, после которого материал можно рассматривать как композитный. моано определить только эсперимянтально.

Эксперименты нами проводились по следующему плану :

Вначале из опытов надо было выявить качественную картину дефорнирования подушки без армирования. А затем подушка армировалась с постепенным увеличиваниен чиала армирующих сла£в для того, чтобы найти то число слове, начиная с которого кокно считать, что . качаственно армированная'подушка деформируется точно так яга, как и неармированнаи. Совпадение ' картины, деформирования армированной и неарнированной подушак будет.указывать на то, что :для'армированного натериала можно ввести соответствующие . усреднённые механические характеристики,, Т.е будет указывать йа то, что ;армированную подушку иои&ю рассматривать как Композитный материал.

.' Проведенные нами экспериментальные исследования неарми-рбванных подушэк : и анализ результатов экспериментальных исследований армированных подусэк, выполненных Сахаровой С. И. , - показали, : Что' 'качественные картины деформирования . Гарнированных М неарМированных .грумтовых. подувгак. в торфе в "дсяовибн ^ не , отличаются- . друг от друга. '■■'. Они одинаково . характеризуются , бочкообразной " формой. Это вполне ■ справедливо, особенно в случае, жогда а: качестве, арматуры используются такие материалы, (сак стеклоткани н пластмасса.

' На основе вышеизложенного сделан вывод о тон, что чарнированныэ подутхи в ^асчЭтах мосно 'рассматривать . как

ЯОДуеагм, сдвлдныыэ на композитного материала.

Таким образе». ', в конце второй главы сделан • окончательный вывод о тон, что задачу по определениюл, напряженно-деформированного состояния армированных грунтовых^ подушек нояно ставить как задачу по определению напряжений., двфорнаций и перемещений в осесимнетричном ортотропнон цилиндре, взаимдействующен о внешней средой СторфонЭ, которая, для общности постановки задачи, . токе будет-считаться ортотропной.

Третья глава ПосвявдзИа теоретическим исследованиям напряженно-деформированного состояния армированной грунтовой, осесиннетричной цилиндрической подушки в торфах. при это» армированная подушка рассматривается как. композитный; анизотропный материал, как сказано выше.

Для реаиния поставленной ¡задачи был выбран метод, в. котором расчет перенесений полувек принято проводить в два . этапа :

1- расчитывать перемещения в подушке под действием, нагрузки при условии недефориируемостн грунтов минерального дна болота,

2- расчитывать осадку подушки вследствие ■ деформации., минерального дна, которая определяется как осадка гибкого фундамента на естественной основании .

Кроме того, было принято, что грунт, подушки и торф деформируются линейно. Отсюда, поставленную задачу можно ставить как задачу теории упругости.

Ддя удобства при расчете былг^ введена безразмерная

система цилиндрических координат гвг, в которой единицей

длины является г^- радиус подушки, т.е. в безразмерной

систене координат радиус подушки г =< I, а высота , Ь ~

, И . ■ где с - фактическая высота подушки. Отсюда , п л г»

.фактические перемещения и и м находим умножением

соответствующих безразмерных перемещений ка г ,

о

Такин образом, задача в конце концов свелась к расчету перенесений и деформаций осесиннетричной цилиндрической подушки на жестком основания при линейных эавнеимое/гях между

напряжениями н деформациями под действием равномерно-распределенной нагрузки.

3 настоящей работе был использован пряной вариационный метод, основанный на принципе возможных перемещений. Общая схема расчета принята следующей ■

1- Перемещения подобраЫИ в виде рядов, оодержающих достаточное число неопределенных коэффициентов ■

и = $ А и I » = ^ В .» (1)

.А > ' Л ' '

С адф и и * - горизонтальное'и вертикальноет п&ремюа&ния Э

Координатные функции и (г, г) ■ были подобраны

так, чтобы удовлетворялись все граничныэ условия, заданные для перемещений, к которым относятся :

а) На границах песка подушки и торфа перемещения равны - деформация происходит без образования разрывов и сдвигов одной среды относительно другой, , т.е

и (1, г) = и (1, г) ;

п т

* (1,2) г * (1,2) ! (2)

т

б) Основание подушки - минеральное дно болота считается недеформируемым, а сцепление песка и торфа, с

;основанием - «идеальным». Это значит, что при г = О всюду и = 0 ; » г 0 \ и = 0 : * = 0 ! (3)

гч п т »и

в) На всякой точке симметричной оси подушки не происходит Горизонтального перемещения, т.е.

при г = 0 и '= О ! (4)

■ ■ •. п

г) Сцепление фундамента сооружения с песком подушки

/тога «идеальное». - В результате при г = й, всюду и^г 0 ;

.д) На достаточно большом расстоянии от оси. координат . (здесь - симметричная ось подушки) деформации затухают, т.е. при г •» со и 0 , я 0 !

е) При г = 1ч , г <г 1 "у' "Р (3)

. . при г - П , г >1 9 .

Для выполнения ; всех перечисленных граничных условий координатные функции были подбираны в следующем виде ;

V» = )

(П-г) гк'ги

0.5г*'<гд+ 1)

(б)

при г <= 1 . при Г ? 1

При Г <а 1

При г > 1

где к .I ,8,1- заданны» коэффициенты Споказатели степени}.

2- Неопределённые коэффициенты Л^ н В^ будут найдены и» условия минимума потенциальной энергии, так как истинному состоянию деформированного тела ;соответствует минимум потенциальной энергии.

Отмечено, что выражение потенциальной энергии для среды с цилиндрической анизотропией не удалось найти. в явном виде В работах по теории упругости, поэтому в работе необходимо было вывести ого из основной формулы V = \f1SSto-K- <1У.

Исходя из обобщенного закона Гука для рртотропного тела с цилиндрической анизотропией было выведено следующее : Ь г ' ^ ..

«* -ль т* .{«:)> л

сю

1гс1гс1г! (7)

где •• а ,.

,а

а - коэффиииенти,

О * 3

характеризующие анизотропию среды и определенные через н&ха-нические показатели Е и

Учитывая условия ' •

дУ

04

-Ж- - 0 ! "ЗЕТ в г

) Л о

и после необходимых математических преобразований получена следующая система линейных уравнений

(8)

■ была

П Л

У а А У /Э В = 0 ¡к » ' ,к 4

У Г.. А. *>«5.'.В. = е. ¡к 11 ^ ¡к 4

а

где:

V ш

оо оо

-./ЯЬ--

оо

аг

г I (.

32

Г

г ¿и и

♦ ЭИ ■

)

тх дъ

¿и

37.

Я

ег

гйгйг

—~-ц +20 —,— дг и м с)г

г<1гс1г|

(10)

(11)

дт.

{гя

а» й*! г ¡а*.

2Й

<?ц 1 гх »г

* ■-___

«г ' .. г* вг

~3т]

гагй^ I

Шг<1г; (12)

(13)

-2р^Гс1г|

(14)

'•';/ Подставив (6) ь (10- 14); и интегрируй были получаны окончательные выражение для определения, коэффициентов -/'системы |9>. При этом перемещений •.. и «г •• принимаются в

соответствии с интервалами. интеграла, т.в!

л •,'-..

- при Г<=1 ! '/-При Г>1 :

и -(И-г^^г^

и =(Ь-2)г|<1р"11 ••

(13)

(16)

' Таким обраэон,.для определения перемещений и ыг* вначале

задаем г» - число членов а рядах . (I) ,. . Далее - при заданных параметрах Е , Е ( ц у (по направлениям х. г и 0), р. И, ' к!, 1 111« а) подсчитываем коэффициенты •...//¿4. находящиеся в системе. уравнеий, (9).' Реииа эту систему уравнений и определив коэффицйенты А. и В., по формулам И) подсчитываем безразмерные перемещения, В конце концов, для

получения . фактических леремейений следует безразмерные . перенеиеняя умнокить иа фактический радиус подуеки г^.

• ;'•"/•• , .Для : расч&та ^^рякениЯ, '* ■ работе былы выведены зависимости напряжений от деформаций для. ортотропного тела с

цилиндрической анизотропией:

Ли и

а = а -х—- + а ~~ * а -—

* аг дг г> az - «о г

- И <5« * „ " f < 7 1

о = а -5— + а —— t а —- (17)

г гг вг Г* ¿>Z го Г

с I а -г-- t а -г-- + а —-. ■ .

в Or «Г Ol № Ш Г V

ai J

Для реализации применения предлагаемой методики расчёта перемещений осеснккетричных армированных грунтовых подушек выла составлена програнма DISKSLU на алгоритмическом языке Turbo Pascal для совместимых персональных компютеров. С применением этой программы ножно определять не только вертикальные и горизонтальные перемещена, но и напряжения в любой точке е подушке и окружающем её торфе.•

В четвертой главе рассматривается вопрос об определении механических характеристик армированных грунтовых подушек как композитных материалов.

Отмечено, 'что определение деформационных характеристик . композитных материалов по свойствам компонентов и характеру их расположения в материале представляет одну . из основных задач теории арнироеания. В диссертации при рассмотрении поставленного вопроса дан краткий литературный обзор теории композитных материалов по этому вопросу.

При этом рассматриваются воэножные схемы армирования грунтовых подушек и предлагается пространственная схема армирования для них. 8 качестве арматуры е условиях Вьетнама предлагается применять;банбук, который во много раз дешевле других материалов, но Долговечнее и "способен сопротивляться коррозии ъ условиях работы оснований • гидротехнических сооружений, т.е. ниже уровня грунтовых вод. '

Для расчёта механических характеристик осесиннет-ричных цилиндрических грунтовых подушек, армированных по предлагаемым схемам подобраны соответствующие формулы теории композитных материалов.'

Например, при горизонтальной схене армирооаннн формулы

няется еще и ген, что даже для нормированных подушах в. качестве исходного значения модуля деформации песка для проведения расчетов осадок приходится использовать величины а десятки раз отличающиеся от табличных или от значений, определенных в лабораторных условиях или по результатам штамловых испытаний.

Это объясняется особыми условиями работы песка в теле подушки, расположенной в торфе, которая проходит в условиях, существенно отличающихся от условий шгтамповых или хонпрессорнных испытаний песка, по результатам которых находится модуль деформации.

Для определения расчетного модуля деформации грунта армированных подушек была проведена аерия расчетов осадок подушек при различных значениях модуля деформации грунта при. фиксированных размерах, нагрузке и степени армирования; затем по фактической осадке, полученной по результатам полевых испытаний подушек в торфах определялся тот расчетный модуль деформации грунта, который ей соответствовал. 0тн0!миие этого модуля грунта к табличному и дабт тот коэффициент, на который надо уннохить табличный нодуль, чтобы получить расчетный.

С учйтон этого коэффициента для подушки других размеров, с другой степенью армирования и другой нагрузкой были проведены расчеты осадок и проведено сравнение' с результатами натурногб эксперинента Сахаровой С.И. В

результате построены кривые зависимости V =?(р) и V = ^р) и

р н

сделан вывод о тон, что предложенный метод расчета осадок

армированных осесиниетричных цилиндрических . грунтовых

подувгек. как. анизотропных сред, при которой механические

характеристики подушек определяются по теории .композитных

материалов, достаточно точен. Причем окончательный результат

получается однократным расчетом при любом числе прослоек

арматуры в подушке, что позволяет избежать большего объёма

промежуточных расчетов. которые приходится проводить,

о ■ ■

применяя методику Сахаровой С. И.

. Достаточное совпадение рассчитанных осадок и измеренных

в опытах показывает, что предлагаемый расчетный метод

позволяет учитывать влияние таких параметров, как величина

нагрузки, дианетр подушки, отношение диаметра к высоте,

объвнная доля армировки и т. д.

Как уже отмечалось. значение рачбтного модуля

деформации грунта армированных подушек СЕ Э зависит не

пра

только от армирования, но и от относительной высоты подувки, поэтому при определении его для подушек разных относительных высот необходимы результаты натурных испытаний соотввтст-вуюаих моделей подушек. Это оказалось бы иалореальнык из-за . большого об-ьёма испытаний, которые ие всегда можно провести. Для избежания указанной трудности в работе разработан приближенный метод определения расчетного модуля деформации, грунта армированных подушек

Для показа преимущества предлагаемой методики расчёта напряженно-деформированного состояния армированных подушэк о той же главе изложена методика реоания наиболее часто встречающейся на практике задачи - задачи опредвления^н^вной степени и схемы армирований подушек для обеспечения осадок ГТС не больше допустимых по условиям эксплуатации.

В качестве примера был рассмотрен лоток, опоры которого %меют кругов соченне а плане и опираются на "армированные осесимметричные цилиндрические подушки. Необходимо было :подобрать такую схему армирования и процентную долю армагуры, чтобы пологэние лотка ■ под нагрузкой, . практически. на ". отличалось от проектного," ". .

Предположено, что по всей длине лотка под его опорани механические характеристики торфа постоянны», но . вг-о мощность, т.е. высоте грунтовых .; полувек под опорами, меняется. Другими словами, рассмотрен случай, с которой, ~ относительные высоты СП/йЭ! полувек неодинаковы и задача" заключалась в том. Чтобы, при заданной осадке и -заданной нагрузке определить необходимые - степени и схвмы армирования подув»к. -''У-

С йомощью упонянутой » третьей главе программы DI3KSl.ll были рассчитаны нужные таблицы и графики, который позволили

определить мскокые параметры'при заданных других параметрах. В качестве прикера приведена таблица для определения доли арматуры при горизонтальном армировании бамбуком по заданным нагрузке р, осадке Э и относительной высоте

Таблица для определения доли арматуры а для подушек диаметром 80см при разных нагрузке р, осадке Э и относительной высоте Ь/с1. Спри горизонтальном арнировании банбуком5

М/<1 3 (смЗ Доля арматуры а С'КЭ при разных рсМПаЭ

0. 075 0, 10 0. 15 0. 20

>. в 3, 0 , 1.70 2, 00 2, 60 3. 20

4, 0 3.0 . 6.0 I, 40 1, 25 1.10 1, 70 1, 45 1. 30 2. 20 1.85 1.65 2, 65 2, 25

2, 00

2.0 3,0 4.0 5,0 6,0 1, 90 и за 1,30 1,20 2,45 1.95^ 1,60 1,45 3, 55 ' 4,60

2,75 3,55

2, 25 2, 90

1, 95 2, 50

3,0 3,0 4,0 3. 0 2, 45 1, 65 1, 25 ' 3, 30 2, 30 I, 80 5, 10 3,75 2, 95 -

3, 15

4, 05

6,0 0. 90 1. 40 2. 40 3, 35

Заметим» что эту же таблицу можно использовать и для

определения доли арматуры для подушгк других диаметров. 0

этой случае, табличные значения осадки подущек "одинакового

рода" Ст.». подушки, имеющие одинаковое соотношение но и

и

диаметр ?< 80 см} параметр Э принимаются С*-° • 3

" - ~ж . -

где -

<3 - Эиимегер поЗуашк "одинакового роЭа", см,

Э - параметр, заданный в таблице, см.

Еще удобнее использовать графики.. Так, например, благодаря графикам при заданных нагрузке,

относительной высоте и степени армирования можно определить' соответствующую теоретическую осадку рассматриваемой подушки. А с помощью графиков p=f(а) при заданных осадкз1 . нагрузке и относительной высоте легко находим для неб необходимую степень армирования.

На основе разработанной методики в диссертации приведена конкретная последовательность действией для решения подобных вышеуказанной задач.

В шестой главе рассматриваются, вопросы • по реализации предлагаемой методики расчета армированных грунтовых подушэк как конструкций из композитного .анизотропного материала и. даются направления дальнейших исследований их работы.

Пользуясь разработанной методикой рассмотрен вопрос,__о

минимальном число армирующих слова. В результате анализа результатов натурных испытаний цилиндрических армированных подушек, изложенного о главе 2, ранее был сделан вызод о том, что при числе армируюадх слоев 3 и Солее дгя расчетов фэжно применять теорию композитных материалов. Здесь этот." вывод уточнен следующим образом : определяющим является нэ число слобв, а относительное расстояние между слоями. При этом предлагается формула для определений минимального числа армирующих слойв " ' . - '' .'.

п*Ур =й. 25 . или Пм= 4П/с1 -I '■'■"/.' (29)

где Й- высота подушки в см, й- диаметр подушки » см.

Вводя а рассмотрение понятии "относительная высота.\ армирования" <5 и "относительная высота слоя "армирования" а";

(¿г (-£-)-«; ь>=з/<1, где в- высота слоя армирования в см, . с1— диаметр поЭушки а См, (Х- процентная доля . армирования) , . рекомендуемое число сдоба армирования гу, ; необходимое для г достижения объемной доли армирования а, можно рассчитать -по

фирмули

п = &/ы (30)

р

Результат расчета по этой формуле следует округлять до

ближайшего целого числа. Если п > п . то армирование с

р м

объемной долей возможно, если п <п , то возможны большие

Р «

отклонения расчетных осадок от фактических.

Были рассчитаны готовые таблицы для определения нининального числа.армирующих слоев для двух случаев ; в одном случав о качестве арматуры используются стеклоткани, а в другой - бамбук.

. Что каспется направлений дальнейших исследований, то диссертант считает, что :

Во-первых, разработанный метод расчета напряженно-деформированного состояния армированной подушки открывает , возможность определения её несущей способности. Эта задача представляется очень сложной, но и очень важной для успешного применения армированных подушек, при строительстве более тяжелых гидротехнических сооружений.

Во-вторых, пока рассмотрена только задача о расчёте напряжбнно-деформнрованного состояния армированной подушки с равномерной по объему армировкой, что позволило применять для расчетов методы теории .упругости анизотропных, но однородных сред. Из самых общих соображений ясно, что не "однородная арнировка, а усиление армировкой наиболее напряженных, опасных по прочности или по деформируемости пест, с инженерной точки зрения было бы более целесообразным. Для расчйтов в этом случае следовало бы принеиять теорию упругости анизотропных неоднородных сршд. Задача расчв^та напряжений и деформаций в этон случае существенно усложняется. Но. трудности здесь, в основном, количественные, а не1 качественные, так как вариационные методы, применяемые в данной работе, могут применяться и для решении задач теории упругости анизотропных неоднородных сред.

В-третьих, представляется весьма актуальной задача по оптимизации армировки по несущей способности, по осадкам и по экономическим критериям.

Рассматривая направления дальнейших исследований было отмечено, что они намечены здесь в общей виде, без конкретизации. Однако уже по »тип направлениям видно, что впереди предстоит большая научно-исследовательская работа, причём исследования. выполненные при подгстовке

представленной к защите диссертации, можно рассматривать в качестве её начального этапа.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Показано, что армирование грунтов дает высокую эффективность повышения несущей способности и синагення деформативиостм оснований. Однако при расчетах напряженно-деформированного состояния армированных оснований его особенности учитываются пока не в полной мере. Задача о подборе оптимального армирования решается только на основе экспериментальных исследований. Как расчётная задача она до . сих пор не рассмотрена, хотя очевидно, что для инженерной практики иненно эта задача представляет наибольший интерес.

2. Выявлено, что картина деформирования армированных и неармированных подуыек е основной аналогичны : а обоих случаях подушки при нагрукения ' «иеют характерную бочкообразную i$opny. Установлено, что при относительной ' расстоянии между армирующими слоями X не больше 0,25. т.© при минимальном числе армирующих слое© «« меньщхэ (4h/d~1 ) , армированные осесимнетричные V цилиндрические грунтозмэ подушки можно рассматривать как подусхи йэ композитного материала и их механические '.характеристикинозшо , определять.: по теории композитных материалов. " V" ■' ; •

Разработана методика расчета иалряЕгнно-дэформирооанного состояния арнированной грунтовой подушен и ; окрукалннэго в» торфяного массива как анизотропных сред. При этой бмло выведено выражение потенциальной энергии для' среды а цилиндрической . анизотропией, которое необходимо для получения .системы линейных уравнений • при - решении" поставленной задачи.

4. Составлена програмна на языке Turbo Pascal для реализации

риэработанной методики.• С применением данной программы" получены результаты расчетов перемещений и напряжений любой точки в теле подушки и окружающем ее торфяном массиве в виде таблиц, что оказалось очень удобный и наглядным при оценке напряквнно-деформированного состояния армированных подушек. 3. ' Выбраны наилучшие параметры для решения практических задач по предлагаемой методике в результате многочисленных расчетов,, основанных на принципе минимума отклонений напряжений граничных точек..

6. Разработана методика определения механических характеристик армированных подушек с применением теории композитных натериалов. Эта методика проверена имеющимися натурными данными) на основе-йтого сделан вывод, что пока лабораторные нетоды определения деформационных характеристик армированию* Грунтовых подушек еще не'разработаны, единственным надежным Путем нх определения является расчет.по формулам, выведенным для композитных материалов.

7. Показано, что предлагаемая методика позволяет учитывать влияние таких параметров, как величина нагрузки, диаметр подупг.и , отношение диаметра., к высоте, степень и схема армирования, -а такке механические характеристики арматуры.

О. Рекомендованы схемы армирования осесимиетричимх грунтовых подукак о учетом особенности работы ГТС и использования местных натериалов во. Вьетнаме. Выявлена, что пространственная схема.армирования дает больший эффект в уменьшении осадок подушек в сравнении с горизонтальной схемой.

9. Разработана, методика определения степени и схемы армирования грунтовых,подушек для обеспечении осадок ГТС не больше допустимых по условиям эксплуатации. Рассчитаны необходимые таблицы И соответствующие графики, благодаря

г которым при :решении задачи О подборе армирования можно получить искомые значения при заданных других параметрах, а

* Л . - .

также рекомендована детальная последовательность расчетов при решении подобных задач.

10. Отмечено, . что процесс строительства армированных осесимме^ричнцх цилиндрических подушек может быть полностью

механизирован, особенно при небольших диаметрах подушек. При этом предложено, что в дальнейших исследованиях требуется проработка методов проектирования таких подушек, согласованных с возможными технологиями их строительства, требуется разработка типовых проектов армированных подушек к сооружений на их основе.

11. На основе анализа рассматриваемых вопросов отмечено, что темами дальнейших исследований могут быть такие вопросы, как вопрос по расчету несущей способности армированных грунтовых полувек, вопрос по расчёту напряжвнно-деформированного состояния армированной подушки о неравномерной по объёму арммровкой, а такав задача по оптимизации вркнровки по нвсущэй способности, по осадкам и по экономическим критериям.