автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Взаимодеймствие портовых гидротехнических сооружений с грунтовой средой с учетом их кинематики

6 од

•7 cr.\\ YöUi

( ОДЕССКИМ

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ МОРСКОГО ФЛОТА

На правах рукописи УДК 627. 24. 001. 24

АССАФ Жорж

5ЛИМОДЕЙ.СТВИЕ ПОРТОВЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ С ГРУНТОВОЙ СРЕДОЙ С УЧЕТОМ ИХ КИНЕМАТИКИ

Специальность 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Одесса — 1993

Работа пычолмеиа па кафедре "Морские порты, водные пути и их техническая эксплуатация' Одесского института инженеров морского флота

11 а у ч и ы и р у о подите л ь:

-кандидат технических наук, доцент Дубровский М. П.

О ф н ц и а л ь н ы с о н л о и е н т ы:

-доктор технических наук, профессор Ковтун В. В.

- кандидат технических наук, доцент Бугаев В. Т. Ведущая организация: Черноморниипроект

Зашита состоится21 сентября 1993 г. в 14.00 час. на заседая» опецпалнзшр'ова'шюго сонета Д 101.04.02 iri.pи Одесском micrii гуто n.inKtMiqion морского флота по адресу: Украинца, 27002Г г. Одесса, ул. Мсчпнкоиа, 34., ауд. N° 515-Л

С Л1ИТ(\|пац1ич"| ..можно шнткомптьси н Схн fi л потоке Одсс скоро института нижсчюром морского флота.

Автореферат разослан! " ¿5" " августа 1993 г.

Отзывы tua автореферат ia 2-х экзсм!плп,рах, заверенные ne чатыо, просим .направлять в адрес ученого секретаря совет; Д 101.04.02: У трата I а, г. Одеоса, ул. Мечникова, 34, ОИИМФ

Ученый секретарь специализированного совета

Д 101.04.02, Г~\

г

кандидат техн. паук, доценЬй^-£^'11. J1. ДИДОРЧУК

- 1 -

ОБЩАЯ 1АРАГСГЕРЖТЖА РАБОТЫ '

Актуальность проблемы. К числу основных задач, решаемых водным и, в частности, морским транспортом, относятся задачи улучшения использования Флота, портов и судоремонтных предприятий, организации перевозок грузов и пассажиров.

Важным фактором, влияющим на решение поставленных задач, являются Эффективные научные исследования, направленные на разработку усовершенствованных методов проектирования и технической эксплуатации портовых гидротехнических сооружений (причальных, оградительных, берегозащитных и др.), которые учитывают реальные условия их работы.

Значительное количество ¡эксплуатируемых портовых причальных сооружений (в странах СНГ более половины, в сирийских портах - три четверти от общего числа) относятся к сооружениям рэспорного типа (т.п. взаимодействующим с грунтами засыпок и воспринимающим нагрузки от их бокового давления, которые являются основными для данного типа конструкции). Большую часть распорных сооружений (в портах СНГ старой постройки - большинство, в сирийских портах - практически все) можно отнести к гравитационным, устойчивость которых обеспечивается собственным весом, а подпорные стенки, являющиеся основным конструктивным элементом таких сооружений, выполнены весьма жесткими и малодеформируемыми. Аналогичной конструктивной особенностью обладают подпорные стенки ряда берегозащитных, оградительных (двухстенных), судоремонтных и судопропускных сооружений.

Применяемые в настоящее время методы проектирования и технической эксплуатации сооружений такого типа, которые являются объектом исследования в настоящей работе, базируются на рассмотрении только предельных состояний, не учитывают кинематических Факторов, реализуемых при их эксплуатации, а известные предложения по учету таких факторов (см.раздел 1) мало приспособлены для практического использования и не достаточно надежны.

Таким образом, задача учета кинематики постовых гидротехнических сооружений, что позволит оценивать силовое взаи-

модействие компонентов системы "сооружение - грунтовая среда" не только для крайних (предельных) случаев, которые в ряде случаев эксплуатации сооружений вообще не реализуется в течение всего срока их службы, но и для возможных промежуточных напряженно-деформируемых состояний рассматриваемых систем, является актуальной.

Цель работы и задача исследования. Целью диссертационной работы являются теоретическое исследование и численное экспериментирование с системами "портовое гидротехническое сооружение-грунтовая среда", в частности, системами, включающими в качестве основного конструктивного элемента жесткую подпорную стенку и взаимодействующую с ней грунтовую засыпку.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Произвести анализ известных экспериментальных, натурных и теоретических исследований рассматриваемых систем.

2. На основе указанного анализа разработать расчетную модель взаимодействия компонентов системы "сооружение -грунтовая среда" с учетом ее кинематики и методику ее Реализации, в том числе с применением ЭВМ.

3. Провести математическое моделирование конкретных инженерных задач взаимодействия портовых гидротехнических сооружений гравитационного типа с грунтовой средой на базе разработанной модели, а также сравнить результаты численного экспериментирования с опытными данными и результатами расчетов по нормативным документам.

Методы исследований. Определение параметров силового взаимодействия портовых гидротехнических сооружений рассматриваемого типа с грунтовой средой производится на основе постановки смешанной задачи. В работе применена кинематическая модель, учитывающая одновременное возникновение, взаимодействие и трансформацию зон предельного и допредельного напряженного состояния грунтовой среды, контактирующей с подпорной стенкой сооружения. В методе определения места приложения равно действующей бокового давления грунта на сооружение удается решить поставленную задачу

используя вариации функционала обобщенных перемещений контактной грани подпорной стенки не прибегая к традиционному способу построения эпюр интенсивностей бокового давления и определение их центра тяжести. Для учета "обратного" направления сил поверхностного трения грунта, взаимодействующего с контактной гранью сооружения и анализа напряженно-деформируемого состояния исследуемых систем, работающих в этих условиях, применен аппарат технической теории предельного напряженного состояния грунтовой среды.

Научная новизна.

1. В диссертации предложена кинематическая модель взаимодействия портовых гидротехнических сооружений, включающих жесткие подпорные стенки, с грунтовой средой (засыпкой), учитывающая смешанное напряженное состояние грунта.

2. Разработана методика определения результирующей бокового давления грунта на сооружение, а также ее предельной и допредельной составляющих как функций обобщенных перемещений сооружения для плоских и неплоских объемлющих поверхностей скольжения.

3. Разработан метод определения места приложения равнодействующей бокового давления грунта на сооружение не прибегая к построению эпюр интенсивностей давления.

4. Предложена методика моделирования условий реализации сил поверхностного трения по контактной грани сооружения при их "обратном" направлении для подпорных стенок различной крутизны.

Практическая ценность. Предложенная кинематическая модель системы "портовое сооружение - грунтовая среда" и разработанные методики ее реализации, в том числе с применением ЭВМ, позволяют обеспечить проектирование и техническую эксплуатацию гидротехнических сооружений на более высоком качественном урозне благодаря учету смешан--него напряженного состояния грунта, направления сил контактного трения заешки и взаимного влияния компонентов рассматриваемой системы. Для определения основных параметров расчетной модели не требуется проведение дополнительных нетрадиционных испытаний грунтов или сооружения. Все методики,

реализующие кинематическую расчетную модель, алгоритмизированы и для них составлены программы вычислений нагрузок от бокового давления грунта как функций деформированного состояния сооружения для IBM совместимых компьютеров. Для сооружений, работающих в условиях реализации "обратных" сил контактного трения, разработаны таблицы коэффициентов бокового давления грунта с индексацией типа подпорной стенки по крутизне. Указанные выше методики внедрены при разработке научно-исследовательских работ 13-91 "Диагностика технического состояния причалов 14-17 Туапсинского СРЗ и рекомендации по их эксплуатации", 11-91 "Паспортизация и диагностика технического состояния причалов 1-7 Керченского порта".

Аппробация работы - Результаты исследований представлялись на III Международную конференцию по проблемам свайного фундаментостроения (1992г.), на конференцию профессорско-преподавательского состава Полтавского инженерно-строительного института(1992г.), на научно-технические конференции Одесского института инженеров морского Флота (1992, 1993гг.), а также на международную конференцию "Нелинейная механика грунтов" (С.-Петербург, 1993г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликованы доклад на III Международной конференции по проблемам свайного Фундаментостроения и тезисы доклада на конференции профессорско-преподавательского состава Полтавского инженерно-строительного института, 3 доклада на Международной конференции "Нелинейная механика грунтов", 3 статьи в журнале и сборнике трудов, депонированы две статьи в "Мортехинформрекламе".

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 280 страницах машинописного текста и содержит 50 таблиц, 75 рисунков- Список использованной литературы включает 200 работ.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований, позволяющие определять си-

ловое взаимодействие компонентов системы "портовое гидротехническое сооружение гравитационного типа-- грунтовая засыпка" при учете их кинематики.

2. Методика расчета системы "сооружение - грунтовая среда", основанная на постановке смешанной задачи, учитывающей одновременное возникновение, взаимодействие и трансформацию зон предельного и допредельного напряженного состояния грунта, а также дающая возможность определять боковое давление грунта как функцию обобщенного перемещения сооружения.

3. Методики построения прямолинейных и криволинейных эпюр бокового давления на портовое сооружение.

4. Метод определения положения равнодействующей бокового давления грунта на сооружение без построения эпюр давления.

5. Методика учета и определения нагрузок от бокового давления грунта на портовое сооружение при "обратном" направлении сил поверхностного трения грунта.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу методов расчета взаимодействия портовых гидротехнических сооружений с грунтовой средой-

Рассмотрены бездесормационные теории и методы, начиная с теории Кулона, получившей развитие в работах Ж.Понселе, К.Кульмана, У.Ренкина, Г.Крея, Н.М.ГеРсеванова, В.Фелениуса, И-И.ПРокочьева, Г.К.Клейна, П.Д.Евдокимова, Г.А.Дуброва, П.И.Яковлева, и до теории предельного напряженного состояния грунтовой среды (проанализированы основополагающие работа Ф.Кеттера, Л.Прандтля, К-В.Самсонова, В.В.Соколовского, С.С.Голушкевича и др.), получившей наиболее удачную трактовку и приемлемую для практического воплощения форму в технической теории предельного напряженного состояния П.И.Яковлева.

Проанализированы теории и методы, учитывающие деформированное состояние системы "сооружение - грунтовая среда". Рассмотрены предложения о взаимном учете смещений подпорной стенки и давления грунта на нее, сделанные Н-Н-Давиденковым, Н.Н.Пуздаевским, И-В.Яропольским, В.А.Флориным, Э-Дембицким

- б -

и А.Тейхманом, Г.А.Дуброва, В.Н.Быковским, П.И.Яковлевым и др. исследователями, основанные, главным образом, на эмпирическом материале и инженерной интуиции.

Выполнен обзор контактных моделей, основанных на предложениях и разработках Н.И.Фусса, Е.Винклера, А.Н.Крылова, П-Л-Пастернака, М.М.Филоненко-Бородича, В-А.БаРвашова,

B.Г-Федоровского, И.Я.Штаермана, Г.К.Клейна, Л-Н.Репникова,

C.Н.Клепикова и др. Отмечены особенности применения контактных моделей для описания взаимодействия вертикальных элементов (стенок) с грунтом при действии горизонтальных нагрузок-

К одним из наиболее строгих могут быть отнесены методы механики сплошной среды (работы Н.П.Пузыревского, К-Терцаги, Н-М.Герсеванова, глубокое дальнейшее развитие в трудах М.Н.Гольдштвйна.М.И.ГоРбунова-Посадова,К.Е.Егорова, Д.Е.Поль-шина, В.А-Флорина, Н-А.Цытовича и многих других ученых). Отмечены ограниченность области применения модели линейно деформируемой среды, основанной на аппарате классической теории упругости. Рассмотрены предложения по ее совершенствованию (О.Фрелих, П.П.Аргунов, Кэротврс, С-Г-Михлин). Обращено внимание на достоинства и недостатки методов, разработанных И-И-Кандауровым, М.В.Малышевым, Д.Д.Ивлевым.Ю.К.За-рецким, С.С.Вяловым, позволяющих учесть нелинейность грунтовой среды.

Среди моделей, наиболее хорошо отражающих Физическую сущность процесса деформирования грунтов и получивших признание многих исследователей, отмечены предложения и разработки А.И.Боткина, Ф.М.Шихиева (развитые и дополненные В.Т-Бугаевым), А-К-Бугрова, В.В.Ковтуна и др.

Для широкого внедрения в инженерную практику расчетная модель должна не только приводить к результатам, близко отражающим реальную картину напряженно-деформированного состояния рассматриваемых систем, но и оперировать традиционно используемыми и повсеместно доступными для определения характеристиками и параметрами.Этим требованиям отвечает кинематический метод определения силового взаимодействия между сооружением типа подпорной стенки и грунтовой средой, теоретические основы которого заложены М.П.Дубровским- Дальнейшее развитие этого кинематического метода, придание ему универсальности, разработка математического и вычислительного ап-

парата реализации этого метода, а также апробация на модельных и реальных,объектах составили основу-теоретических исследований, выполненных в последующих главах.

Вторая глава посвящена изложению кинематического метода расчета взаимодействия портового гидротехнического сооружения в виде жесткой подпорной стенки, имеющей произвольно наклоненную к вертикали (угол ао) контактную грань, с грунтовой засыпкой, дневная поверхность которой в общем случае составляет с горизонтом угол р. Расчетная модель рассматриваемой системы базируется только на двух, не противоречащих логике и физике рассматриваемого явления предпосылках, которые в условиях плоской задачи сводятся к следующему.

1. Характер напряженного состояния в произвольной точке на контакте боковой поверхности сооружения с грунтом определяется отношением горизонтального смещения u(z) поперечного сечения сооружения к глубине z расположения этого сечения относительно места пересечения поверхности грунта с подпорной стенкой. Тогда при u(z)/z < а грунт будет находиться в допредельном, а при обратном соотношении -предельном напряженном состоянии. Поскольку условия формирования предельного напряженного состояния грунта по всей контактной грани сооружения (высотой Н) и по ее чаоти (на участке высотой z) аналогичны, на основе известных экспериментальных исследований (опыты И.В.Яропсшьского, Г.К.Клейна, И.П.Прокофьева, Д.Тейлора, Ф.М.Шихиева, К.Терцаги, П.И.Яковлева и др.) можно принять, что при образовании активного давления а = аа = 0,001+0,0015, а при возникновении пассивного давления a = ap = 0,01+0,03.

Граница зон предельного и допредельного напряженного состояния грунта (или высота h зоны контакта грунта, находящегося в предельном состоянии, с сооружении) может быть найдена из условия

u(h)/h = a,

для использования которого следует задать вид функции u(z), определяемой характером деформаций сооружения (например, для жестких конструкций эта функция линейная, а при поступательных перемещениях u = const и Ь = u/a).

2. Углы отклонения равнодействующей реактивного

давления массива грунта позади призмы рэспорэ (или отпора) от нормали к границе этой призмы и равнодействующей бокового давления грунта от нормали к контактной грани сооружения принимаются для зоны предельного напряженного состояния высотой Ь соответственно равными углам внутреннего трения грунта Ф и контактного трения О = ш-ф (0 $ ш ^ 1), а для зоны допредельного напряженного состояния высотой Н-Ь соответственно равными <р' и О', причем

ф' = ф0 + п(ф - фо); о' = 0о + п (о - 0о), (i) где п - параметр, зависящий от соотношения размеров

зон предельного и допредельного напряженного состояния грунта (0 £ п $ 1) и определяемый отношением п = 7^/7 (7е и V -соответственно объемы призм грунта, находящегося в предельном напряженном состоянии, и всего грунта, взаимодействующего с контактной гранью сооружения, определяемые из геометрических соображений в соответствии с принятой формой поверхности скольжения); ф0 - условный угол внутреннего трения грунта при давлении в состоянии покоя (может быть определен по известным рекомендациям);

0о = ш*фо - условный угол контактного трения при давлении в состоянии покоя.

Расчетные зависимости для определения распорного и отпорного давления грунта определяются универсальными Формулами, отличающимися в указанных случаях лишь знаками перед значениями углов ф, 0 или Ф', О* (этот принцип аналогии выявлен П.И.Яковлевым). В связи с этим, в дальнейшем при необходимости будем использовать в универсальных формулах двойные знаки ' "±п либо подразумевая, что верхние знаки соответствуют распорному, а нижние - отпорному давлению грунта.

Общая схема получения искомого решения базируется на последовательном рассмотрении условий равновесия предельной и допредельной зон напряженного состояния грунта, взаимодействующего с сооружением для его произвольного промежуточного деформированного состояния. Для первой из них определяется не только предельная составляющая Ее бокового

давления грунта на сооружение, но и реакции со стороны нижележащей допредельной зоны, которые на второй этапе, т.е. при рассмотрении условий равновесия допредельной зоны, принимаются по отношению к ней как внешние силы, что позволяет найти и допредельную составляющую Е' давления.

Результирующая бокового давления определяется из выражения

Е = IE2 + Е'2 + 2>Е -coo(Ö - 0')]1/2 (2)

в е е

здесь и далее все параметры, относящиеся к предельному состоянию грунта снабжены индексом, "е", а характеризующие допредельное состояние - обозначены штрихом.

Характерные зависимости бокового давления грунта (распорного и отпорного) от обобщенных перемещений сооружения, получаемые в результате применения разработанного кинематического метода, приведены на рис.1,а.

При решении задачи, основанной на гипотезе о плоских поверхностях скольжения, получено (рис.1,6,в):

Ее = Ge.sln <ее т фе)/соз (ао ± 0е ± сре - ве); .

Е' = S »sin (9' + ф' - T])/cos (ао ± Ö' ± ф* - 8'), где S = [n2 + G'2 + 2-Re.G'.co3 (фе т 9е)] ;

П = G -cos (а i 0 )/соз (а ±0 ± ф - 0 ).

е е * о е' Л о е'

При неплоских поверхностях скольжения для крутой контактной грани сооружения и наличии всех трех областей напряженного состояния грунта из условия равновесия предельной зоны засшки (рис.1, г) получено

Ее = üe.sin (ц + ао + ее)/соз (ве ? 8е);

Eie = <GT1= + Gpe)'3ln ^e' 003 R^"---;

соз (Тфе-ее-и|)в) sin (фе+ао)

Езе= иесоз (± 0е + а + ц)/соз (ее т 0е);

а- зависимость результирующей Е бокового давления грунта и ее предельной Ее и допредель- -ной Е' составляющих от обобщенных перемещений сооружения; б,в- расчетные схемы при плоских поверхностях скольжения для зон предельного и допредельного напряженного состояния соответственно; г,ц- то же при неплоскюс поверхностях скольжения.

Рис. I

Из условия равновесия призмы грунта в допредельной зоне (рис.1,д) найдено:

Е' = cbsln (t - е + е')/соз (е* т С); где d = (с2 + - 2•c>R3e«cos z')1/2 ;

t = arcsln (с- з1п z'/d); a' = * - y* - e - a ;

в O

y' = агсзЗл isleos (ao ± <p' + s')/c];

При рассмотрении сооружения с крутой контактной грань» при отсутствии переходной зоны Прандтля (рис.2,а,б) получено для предельной зоны:

Ее =.Ule,3ln + Ее + ao)/c03 (Ее ?

Ele = (G71* + Gqe),Sln <Ре ~ Р " 1le ~ «,)/COS (Т^ + );

^е = и1е'С03 ^ле 1 °е + ao)/C0S (Ее * °е >1

где

Ule = <G7le + Gqe + V^'003 ~ Ре)/С03 (Р - Ре + pie)í

и для допредельной зоны:

Е* = Ъ-sln (у + е' - ее)/соз (е' г О'),

где

b = fa¿ + ГС;е + 2a-R2e>cos (ее + ao + i)] ;

у = arcsln [a-sln (e + ao + i)/bl;

i = arcsln [S^-sin (p' - p - т]'- -fl')/a]; Для портовых гидротехнических сооружений с пологой контактной гранью в соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис.2,в, результирующая бокового давления грунта найдена в виде

Е = g-sln (82е + р) /sin р.,

где

р = arcsln [Sli3«sln(6le - ± <ре т <p')/g);

в = tsf(3 + s2>3 + 2.slf3.s2(3.cos(8^ - е1в t ф' * Фе)]1/2;

Для определения интенсивности бокового давления грунта на портовые гидротехнические сооружения в их промежуточных и конечных деформированных состояниях разработаны способы построения линейных и криволинейных эпюр давления. Поскольку последние дают лучшую сходимость с известными эксперименталь-

Определение бокового давления грунта на сооружение с крутой стенкой при отсутствии зоны Прандтля (а,б- для зон предельного и допредельного напряженного состояния грунта соответственно! и с пологой стенкой (в)

К определению места приложения равнодействующей бокового давления грунта на сооружение при плоских (а) и неплоских (б) поверхностях скольжения

ними данными, отметим основные принципы определения расчетных

параметров параболических эпюр, записываемых в виде

o(z) = az2 + bz + с, (3)

где а, Ь, с - неизвестные коэффициенты, a z - ордината,

отсчитываемая вертикально вниз от точки пересечения

поверхности грунта с контактной гранью стенки (0 z i Н).

Первые два граничных условия достаточно традиционны:

Н

о (z = О) = с = q*X, £ O(z) dz = Е.

Третье же граничное условие подразумевает известносто

координаты центра тяжести искомой эпюры Ze, которая может

быть принята по результатам известных экспериментальных

исследований (данные многих исследователей об этом параметре

отличаются незначительно и получены из опытов как со

свободной, так и с загруженной дневной поврехностью засшки)

либо рассчитана по специально разработанной методике,

рассмотренной ниже. Тогда

И н

z-o(z) dz / ^ a(z) dz = z£ .

. Приведенные три граничных условия определяют коэффициенты криволинейной эпюры интенсивностей давления (3). Методы практической Реализации этого подхода разработаны для наиболее часто встречающихся случаев эксплуатации портовых сооружений: при равномерно распределнной полезной поверхностной нагрузке (частный случай - отсутствие нагрузки), при локальной полосовой и при ступенчато изменяющейся эксплуатационных нагрузках.

Для вычислений по приведенным выше методам и расчетным схемам разработано необходимое программное обеспечение на языке TURBO-BASIC для IBM - совместимых компьютеров, которое включает программы определения нагрузок от бокового (распорного или отпорного) давления грунта при всех рассмотреных вше поверхностях скольжения для подпорных, стенок портовых сооружений Различной крутизны для всех возможных для жестких конструкций обобщенных перемещений и их комбинаций. Программы позволяют получить не только зависимости типа Е = Е(и) (в табличной или графической Форме), но и определить эпюры (билинейные либо криволинейные) бокового давления грунта.

Разработан метод определения центра давления без построения соответствующих эпюр. В основу его положено не тради-

ционное условие равновесия взаимодействующего с сооружением массива грунта по силам,а условие его равновесия по моментам Соответствующие расчетные схемы при плоских и неплоских поверхностях скольжения приведены на рис.3. В первом случае указанное условие для 1-го деформированного состояния сооружение записывается в виде

- К'Л! + «Л! = <*>

^ = ^Т* +

где 1Е1,1Т?1, Дч1- плечи соответствующих сил-

В уравнении (4) неизвестными величинами являются плечи 1Е1 и 1Я1, а определение остальных входящих в него параметров принципиальных затруднений не вызывает. Поскольку в общем случае плечи 1е1 и 1Н1 являются функциями смещения стенки и1 или (что совпадает по смыслу) высота а вих этих функций эприорно неизвестен, то примем их степенными

1Е1 = + 1 + ... + сЕЬА + с^;

" ^ + + — + СА +

(5)

где к - целое положительное число (к = 1,2,...).

С учетом выражений (5) общая зависимость (4) становится уравнением с 2(к+1) неизвестными параметрами а£, Ь£,..., с^ а^, Ьр, ..., бд. Для их нахождения следует получить систем из 2(к+1) линейных уравнений, что можно сделать, учитнва справедливость уравнения (4) для любого промежуточного де Формированного состояния взаимодействующего с сооружение массива грунта. Тогда, приникая 1 = 2(к+1), из общего урав нения (4), варьируя параметром 1, с учетом выражения (5) получаем искомую систему. Найдя плечо силы Е1 несложно определить ординату точки ее приложения:

гс. = Н - 1-.. >соз а /соз 0,,

Е1 Е1 о 1

где 0А - угол, определяющий направление действия силы и вычисляемый для данного 1-го деформированного состояния сооружение по формуле

= ± 0в - агсз1п 1(Е'/Е)»з1п (1 Ов I О')], На неплоских поверхностях скольжения (рис.3,б) реализс ван аналогичный подход, отличающийся только количеством н< известных (1Е1, -Ц«^ и» соответственно, сп

пенью решаемой системы уравнений.

В третьей главе приведены постановка задачи и результаты применения математического моделирования системы "портовое сооружение - грунтовая среда" кинематическими методами. Как для модельной задачи (подпорная стенка причального сооружения высотой 15 м с варьируемыми значениями углов ао, р и параметра ш = 0/ф), так и для экспериментально исследованных сооружений меньшей высоты (опыты Э.В.Цагаре-ли, Р.В.Лубенова, П.И.Яковлева, Ф.М.Шихиева, В.Т.Бугаева, М.Н.ВаРгина,М.Е.Кагана и др.) выполнены многочисленные серии расчетов по указанным вше программам на ЭВМ, в ходе которых изучалось влияние таких Факторов, как:

- направление, характер и величина обобщенных перемещений сооружения;

- топология сооружения и взаимодействующего с ним массива грунта;

- формэ поверхностей скольжения;

- точность задания парамтера а (в сравнении с точностью задания других исходных данных: 7, ср, q).

Анализ полученных результатов и их сопоставление с экспериментальными данными дали возможность сделать следующие выводы.

Разработанные кинематические методы позволяют качественно верно и достаточно точно количественно учесть влияние обобщенных перемещений сооружения на условия и характер его взаимодействия с грунтовой средой. Как для отпорной, так и для рэспорной зоны расчетные зависимости Е=Е(и) подобны экспериментальным при учете комбинированных перемещений сооружения (поступательные подвижки, совмещенные с поворотом относительно нижней либо верхней оси), а также при его поворотах. На основе анализа результатов расчетов при различных значениях параметра ш подтверждена возможность использования гипотезы о плоских поврехностях скольжения при сценке распорного (в пределе - активного) давления грунта и необходимость применения более сложных неплоских форм этих поверхностей при рассмотрении отпорного (в пределе - пассивного) давления. Показано, что точность задания параметра а в принятых интервалах его значений для распорного и отпорного давлений достаточна для получения достоверных результатов.• Сравнение расчетных криволинейных (по параболической эппрок-

- 16 -

симации) и экспериментальных эпюр свидетельствует о хороше сходимости сопоставляемых параметров и Эффективности разрг ботанного подхода. Некотрые реузльтаты выполненных сспостап лений приведены на рис.4.

В четвертой главе изучено влияние "обрап ного" направления сил контактного трения, т.е. действукнцег снизу вверх при распорном либо сверху вниз при отпорном дэе лении, грунта при взаимодействии последнего с портовыми сс оружениями, в т.ч. в сейсмических условиях. Параметром, по: воляющим учитывать направление сил контактного трения пс расчете крутых стенок, является знак угла С, а при рэссмоп рении пологих стенок - направление реактивных сил S^.

Для вычисления коэффициентов активного и пассивно! давления грунта применен аппарат технической TeoPt предельного напряженного состояния П.И.Яковлева. Расчета! алгоритм, учитывающий как направление сил контактног трения, так и крутизну контактной грани сооружения (в тс числе с соответствующей маркировкой получаемых значений] реализован в программе, пригодной для использования на IBM совместимых компьютерах. Это позволило исследова' рассматриваемые системы "сооружение - грунтовая среда" широком диапазоне значений всех основных ее параметре (-К m $ 1; -45° ^ <р ^ 45°; -20° < р $ 20°; -204 aQ ^ 30°; a также получить подробные таблицы (около 100) значен! упомянутых коэффициентов.

К числу основных выводов, которые можно сделать на ба: анализа полученных в этой главе результатов следует отнес-следующие:

- зависимости коэффициентов бокового давления грунта < . угла контактного трения при "обратном" трении ииа

качественно противоположный характер по сравнению с "прямы трением; в качественном отношении угол О влияет значителы сильнее при "обратном" трении (до 1,5-2 раз), чем ш прямом;

- влияние угла <р примерно одинаково при "прямом" "обратном" трении для небольших значений параметра ш существенно разнится (до нескольких раз) при значениях i близких к единице (т.е. при близких значениях углов 0 и ф)

- I? - .

Некоторые результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных

б)

а)

V

\

а \ о £Э

2.1

2,5

Е.*Ц.

5

2 /1

3-— \1

ЕЮ, юл

2

в) г)

а,б - зависимости распорного и отпорного давления грунта соответственно от поворота контактной грани сооружения-относительно .ее низа (1^- смещение верха, ^-угол поворота (1-№=0; 2-ГЛ =0,5; 3-ГЦ=1); в,г - эпюры распорного' давления грунта на стенку соответственно при ее поступательном -смещении и при повороте относительно низа; сплошные линии - расчет по предложенной модели; штриховые линии - расчет традиционным методом; кружки -экспериментальные данные

Рис. 4

- 18 -

- основным следствием изменения направления с поверхностного (контактного) трения является трэнсфсрмз1 напряженного состояния взаимодействующей с сооружен! грунтовой среды; если при "прямом" трении это состояние 61 в большинстве рассмотренных случаев непрерывным, то г "обратном" трении промежуточная зона Прэндтля исчезает, зоны экстремального напряженного состояния части' накладываются одна на другую.

Полученный массив значений коэффициентов боковс давления грунта на сооружение позволил в результате < соответствующей обработки построить наглядные и удобные ; пользования в инженерной практике номограммы коэффициен-бокового давления в прямоугольной системе координат с оа ф, О при любых физически допустимых сочетаниях этих угла

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Учет кинематических Факторов позволяет повыс: качественный уровень оценки напряженно-деформированн! состояния системы "портовое гидротехническое сооружение грунтовая среда".

2. Использование разработанной модели исследуе системы, основанной на смешанной постановке, отражаю одновременное возникновение, развитие и взаимодействие предельного и допредельного напряженного состояния грун дает возможность определить нагрузки от бокового давлен грунта для любого промежуточного и конечного деформирован го состояния сооружения; построить соответствующие эп бокового давления.

3. Учет направления,характера и величины обобщенных ремещений сооружения позволяет повысить надежность его п ектирования и эксплуатации, избежать недооценки рэспорног переоценки отпорного давления, свойственных традицион методам проектирования.

4. Разработанная методика определения места прилсасе равнодействующей бокового давления грунта на сооружение л возможность отказаться от построения эпюр давления жесткие подпорню стенки и находить центр давления любого деформированного состояния сооружения.

Основные положения диссертационной работы опубликованы

следующих научных работах:

I- Определение бокового давления грунта на заглубленные Фундаменты и подпорные стенки в упругопластической постановке. // Проблемы свайного фундаментостроения/ Труды III Международной конференции. Часть I. -Пермь, 1992. С.126-130. (Соавтор Дубровский М.П.)

2. Общий алгоритм определения активного и пассивного давления грунта на инженерные сооружения. // Деп. в "Мортехинформрекламе", N5-4/104, 8.02.1993. Аннотация: Сб."Депонированные рукописи" ВИНИТИ, N10, 1992. 6с. (Соавторы: Яковлев П.И., Дубровский М.П.)

3. Общий алгоритм определения силы бокового давления грунта в упругопластической постановке. / Деп. в "Мор-техинформрекламе", N5-4/104, 08.02.92. Аннотация: Сб. "Депонированные рукописи" ВИНИТИ, N10, 1992. бс- (Соавтор Дубровский М.П.)

4. Учет кинематических факторов при определении давления грунта на подпорные стенки инженерных сооружений // Те-зи допов1дей 45 науково1 конференцИ професор1в, вик-ладач1в, наукових прац!вник1в, асп!рант!в та студент1в 1нституту. Частина 2 / М1н1стеРство 0св1ти Укра1ни. Полтавський 1нженерно-буд1вельний 1нститут. Полтава -1993. С.62-63.

5. Кинематическая модель взаимодействия грунтовой среды с подпорной стенкой //Нелинейная механика грунтов/Труды IV Российской конференции с иностранным участием. Под ред.А.Б.Фадеева, Том 2. С-Петербург. -1993. С.58-63 (Соавтор Дубровский М.П.)

6. Алгоритмизация смешаной постановки упруго-пластической задачи определения бокового давления грунта на подпорные стенки. //Нелинейная механика грунтов /Труды IV Российской конференции с иностранным участием. Под ред. А.Б.Фадеева, Том 2. С-Петербург. -1993. С.64-70 (Соавтор Дубровский М.П.)

7. Программа определения бокового давления грунта на подпорную стенку как функции от ее перемещений при плоских и криволинейных поверхностях скольжения //Нелиней-

- 20 -

пая механика грунтов / Труды IV Российской кон<геренци с иностранным участием. Под ред. А.Б.Фадеева, Том 2 С-Петербург. -1993. С.71-77 (Соавтор Дуоровский М.П.)

8. Новые возможности компьютерного моделирования взаимо действия подпорных стенок с грунтовой средой в упруго пластической постановке // Исследования и разработк: по компьютерному проектированию Фундаментов и основа ний:Меж.вуз.сб.научных трудов /БПИ.Новочеркасск.-1993 (Соавтор Дубровский М-П-)

9. Development of the port of Iatakla // Qatar Construe tlon, 1993, N7. p.17-21. (Соавторы: Yakovlev P.I. Dubrovsky M.P., Ellseev G.I.)

10. New designs of sheet pile walls with Increased Ъэаг! capacity //Qatar Construction, 1993, N7. p.22-26 (CoaBTOPu:Dubrovsky M.P., Polzner M.B., Yakovlev P.I.

Злх. 7G7, тир. 120, подп. к печ. 23. 07. 03г. Ус-i. печ. пист. 1, 3. КА\П ОИИМ1> Одесса, ут. Мечникова, 34.