автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Взаимодействие удерживающих сооружений с оползевыми массами

АН2ВСКИН ИйЖЕНЕРКС'ЗТРаИТЕЛЬНЬт [ШЭТИТГТ

На правах рукописи

ШЕХАДЕ АЛИ КАССЕМ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УДЕРЖИВАЮЩИХ СООРУЖЕНИЙ С ОПОЛЗНЕВЫМИ МАССАМИ

05.23.02 — Основания и фундаменты

Автореферат • диссертации на соискание ученой степенн кандидата технических наук

Киев — 1992

Рг.ботг. заполнена п Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Киевском ннзкекерно-стронтельноы шютитут-ъ.

-доктор технических наук, профессор Бойко И. П.;

доктор технических наук, профессор Клепиков С. Н.; кандидат технических наук, доцент Цилрианович И. В.;

Гидроспецстрой

Защита состоится 1992 г. в часов на

заседании специализированного совета К 068.05.06 «Строительные материалы и изделия», «Основания и фундаменты» в Киевском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте.

Адрес: 252037, Киев-37, Воздухофлотский проспект, 31, КИСИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « $ » 1992 г.

^^С^Г^А- В.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук A. B. ГОЛУБНИЧИЙ

Тин. КВВАИУ. 1,25 печ. л. Зак. 491

ОСНОВНЫЕ 1ЩОШЩ| ЦА50ТЫ

J Актуальность тепы. Одним- из. путей уокоронного решения поденных задач является широко^ использование под заотройку оползневых территорий. Застройка! таких территорий позволяет более; рационально ио польз он ать. земли,, пригодные под сельскохозяйственные угодия, а также укрепись, оползневые склоны, применяя п-р«т 95см удерживающие противооползневые конструкции:

Цель, работы. Разработка мелодики прогноза взаимодействия удваивающих сооружении с опопзздщими массами) грунта на склонах. &словвд0. задачи исследования.!;

изучить, физичеокие процессы,«. происходящие в окружающем вва.йныэ1 элементы грунте при оползании- по специально разработанным. мотоди-кам{ .

~ определить оптимальное рассхоялие между сваями в ряду, обеспечивающее непродавливанив груша, мэвду ними}

определить минимальное расстояние между рядами свайной удерживающей конструкции, при котором вшераополояенный ряд оказывается в пределах области передачи давления вшерасположенного по. склону {

- определить долелое распределэниз усилий иэхду рядами овай-иой удерживающей конструкции;

- исследовать воздействие оползневого давления на удерживающих опорах в натурных условиях}

- численное моделирование взаимодействия удерживающих сооружений с оползневыми массами при упругопластическои дефораиро-ваник грунтов.

-Научная новизна работы:

- предложена методика экспериментального изучения процесса образования несущих грунтовых сводов изаду свайными элементами

г

удерживающей коногрущии в специальном грунтовом лотке|

- изучен характер взаимодействия свайной удерживающей kqih

. отрукции о оползающим грунтом и выявлены особенности фориирова-ния грунтових арок шжду сванши

- получено относительное долевое распределение оползневого давления между рядами двухрядной ч трехрядной свайных удержива-

, ющих консгрукдий;

- результаты натурных ив о лед охами ¡1 воздействия оползневого давления ка удерживающие опоры в зона подвижек грунтовых маос;

. - методика численного моделирования взаимодействия удерживающих сооружений о оползневьаш массами при упругопластичоском де формировании грунтов.

Практическое значение ipafoûim чюодоит в той, что разработанная методика прогноза взаюадействИуг.уЯержйвеэдпхчммруаднИйч> оползней повышает надежность пригашаемых 'провйндоих!решеШЙЦ ¡при атом раскрывается сущность физичэонюс 'hpc^OOtiia, 'происходящих® .грунте при подвиако оползневых>ыасф. 7.

Внедрение результатов-. .Дян 'Проведения натурных экспериментов, о целые Исследования 'воздействия- оползневого дадпаШт >на удершшаювдз опори'воДовойв'третьего подьа^а "Днестр-ЧарШзацы" в районе с.Бкла, были-использованы .результаты прогноза »Шлейного моделирования и-специалыше датчики контактного давления '(конструкции КИСК), которые показала высокую надежность при про-задавив длительных натурных наблюдений. Внедрение результатов ■ 'натурных исследований позволчло получить фактический экономи-чеегдй аффект 14,26 тыс .рублей.

Дпрйбация о^ботк. Ооновнш полокания диссертации доиладывта-ric&'uk 51-55 научно-технических конференциях К'.'СИ в 19901952 гг.

4 Стр.укт.ура и обьеи работы. Диссертация оостоит из введения, четырех глав, заключения, списка литераторы, включающего наименования и приложения. Обьем'работы составляет 23 огРаниЧ машинописного текста, Ц2 рисунков и // таблиц.

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель и задачи исследования. .

В первой главе приводится краткая характеристика оползневых процессов как естественных и закономерных процессов формирования рельефа земной коры, описываются тили противооползневых сооружений, классифицируются методы проектирования и расчета свайных удерживающих конструкций, дается оценка существующих методов измерения деформаций оснований и анализируются известные экспериментальные данные о характере взаимодействия о: ай-< ных элементов с оползневым массивом. Современная практика борьбы о оползневыми явлениями основывается на комплексной и всестороннем изучении оползневых процессов в их естественно-историческом развитии о использованием современных достижений смежных наук (механика грунтов, инженерной геологии, гидрогеологии, геофизики, строительной механики и другие).

В работах отечественных ученых А.И.Билеуша, А.Я.Будина,

A.С.Буслова, Н.М.Герсеванова, Л.К.Гинзбурга, М.Н.Гольдштейна, К.А.Гулякяна, Э.М.Доброва, А.Г.Дорфмана, А.И.Дракникова, Е.П. Емельяновой, И.П.Зелинского, Г.С.Золотарева, В.Д.Казарновского, З.М,Карауловой, Г.К.Клейна, С.Н.Клепикова, в.М.Костомарова,

B.В.Кюнтцеля, В.Д.Лоытадзе, ¡¡.Н.Маслоза, В.В.Соколовского, З.Г. Тер-Мартиросяна, Г.И.Тер-Сгепаняна, А.Я.Туровской, К .В .Федорова, Г.А.Фисенко, В.И.Хазина, И.В .Щшриановича, Н.А.Цыювича, Р.Р.Чу-гаева, К.Ш.Шадунца, Г.М.Еахунянца, В.Б.Швеца, Л.П.Янииаса,

П.И.Яковлева и др., а таксе зарубежных А.Бииопа, Е. Де Бэера, А. КеэдИ) А.Скеыптона, К.Терцаги, Д.Тейлора, М.фукуоки, В.Феп-лениуса, М.Харра, Б.Хоу, Г.Чеботарева, Л.Шукле, Э.Экколя и др. разработаны основные вопросы изучения оползней, проектирования и отроительства противооползневых сооружений.

Удерживающие противооползневые конструщии иа овай, целесообразно применять на оползневых оклонахоо следующими характеристикам оползней:

- наличием только локальных зон увлажнения у поверхности околыення (струйчатый характер грунтовых вод)»

- присутствием в оползневых накоплениях включений крупных скальных обломков разиороы до 500 -600 ш, которые расклиниваясь иовду оваяыи, располагаемыми, как правило, в неоколько рядов в шахматном порядке-, способствуют образованию единой свайно-грунтовой стоны, воспринимающей оползневое давление и исключавшей вяз'эпластичаское обтекание грунта;

- наличием в пределах оползневого склона несмещающихся массивов, например, выхода коренных пород неглубокого залегания, которыо могут быть использованы, в частности, и для анкеровки удерживающей свайной конструкции.

Такие оползни относятся к оползням скольжения со сдвигом одной пачки прочных пород по поверхности толщи, остающейся неподвижной и к покровным автохтонным оползням со смещением покровной толщи по кроило подстилающих пород.

Основной сложностью при проектировании свайных удерживающих конструкций, является выбор расчетной схемы, распределение в каждом расчетном поперечника оползневого давления между отдельными ого элементами. Имеющиеся в настоящее время методики проектирования свайных удерживающих конструкций основываются на

Установлено, что при составлении раочотной охемы свайной удерживающей конструкции оледует учитывать на равномерную распределительную способность грунта в передачи усилий между овай-ными рядами. Относ и то ль ное распределение оползневого давления (в долях) между нищ примерно следующие: в двухрядной - первый ряд - 0,70» второй ряд - 0,3f з трехрядной - первый ряд - 0,701 второй ряд - 0»15; третий ряд - 0,15. На рис. 3 приведены графики изменения распределения усилий между рядами двух и трехрядной удерживающих конструкций в зависимости or уровня сыецзния модели конструкции.

Результат проведенных опытов показывают неэффективную работу трехрядной удерживающей конструкции, так как основную долю общего оползневого давления вооприниааех первый ряд и составляет 70#, а второй л третий ряды слабо включаются в работу.

Г р е т ь я глава поовящена чиоленному моделированию взаимодействия свайных удерживающих конструкций о оползнем. Задачи решались в плоской постановке. В методике раочета используется упругопл-астичеокая модель грунта, базирующаяся на дииа-таноионной теории пластичности.

Приращение упругой деформации d определяется из обобщенного закона Гука, а приращение пластической деформации определяется на основа неассоциироьанного закона пластического течения. В днлаппсионной теории дли определения воктора пластической деформации попользуется « Kit, ) d fp , где di и d - соответственно первый инвариант тензора и второй инвариант дезиатора приращения плагтических деформаций} А - коэффициент дилатвноиа, обуславливаемый параметром упрочнения и гидростатическим давлением iv,.

В качестве критерия предельного состояния используется ио-

Ёк

О?

О,С

Ц5

0.3 ________

о ц ъ \1 |б го гч

Рио. .2 «а. Графики изменения распределения усилий между рядами двухрядной свайной удерживающей конструкции{ I - для первого ряда! 2 - для второго ряда

*,» ---|--- -1-*-«-л

О Ч 8 12 <6 20 6, мм

Гиг. З.б . Графики изменения распределения усилий иекду рядами «рсхрлдноД свае но л з'ДврЕчваащзй коне грунта: I - для первого р«д; 2 - дан второго ряг.а; 3 - дз;а третьего ряда

дифицпреданное уоловие МизеоаЧШИхера-Боткина, г.в. в проотран-отвз главных напряжений соответствует комбинированная предельная поверхность, представляющая ообой сочетание конуоа и цилиндра.

Необходимость принятия такого уоловия вызвана тем, что при большой всеоторошши обжатии, грунты ведут оебя подобно сплоа-ныи телам, в которых не удаетоя достичь разрыхления даже при значительных сдвиговых деформациях, т.е. дилатансия не проявляется, а кроме того, предельная сдвигающая нагрузка уже нэ вавя-оит от уровня обкатия. Этому соответствует принятие условий пластической неожимаемости среди (с1£рв о) и нвзавиоииооги предельной вдвигающей нагрузки от уровня всестороннего давления (цилиндрическая часть модифицированного условия).Величина параметра перехода конической части п цилиндрическую Р0 ■ -2,0 МПа в соответствии о экспериментальными данными Сидорова.

В дилвтацоионноИ модели модифицированный критерий Мизеоа-Шлейхэра-Богкина согласован о условием Кулона-Мора гакин одра-зпц, чтобы для воох возыокных видов напряденного соотояния расхождение по интенсивности капряхоций было минимальным.

Данная методика раочэта разработана ьа базе МКЭ и реализована в рамках программного ^шплокса "РОСИНКА".

В расчетах попользовались дополнительные параметры грунтовой ореды, голучэнние при комплексных лабораторнше иопытанпях (табл. I). 1

По результатам числэнкого раочета построены графики завиои-мооти оползневого давлония от перемещения модели огно- и двухрядной овайных удерживающих конструкций, получены векторы перемещения частиц грунта и поотроэны изолинии вертикальных напряжений, позволяющие оценить НДС ыаосиаа грунта.

Таблица I

Параметры модели исследуемого грунта

Щ а/в

Наименование показателей

Обозначение

Значение

пищ u uux unuMtii щ

2. Плотность грунга в иришчэокоы

1700

состоянии, кг/м3 8. Коэффициент Пуасоона Модуль упругости, МПа 5. Сцепление, МПа

2

Р,

$

I

(3

1630 0,25 15 0,005

б. Начальный угол внутреннего íjib-

ния, град. if - 82

?. Угол внутреннего трения | Ьос-тоянш критической плогайоти, • град. % 15

В качеот^е ii|¡itúefc'd tía piic.' 4 Приведены векторы перемещений чаотиц оползающего bpyiiíá} окружающего свайные элементы однорядной ударзшвши'щёй fóilcípytoiiiii; иг которых четко виден процесс образования Йво^щях груйтов'ых арок иезкду свайяши элементами.

Сравнение чййленкых результатов ó экспериментальными даннц-uti проводилось; ЙаК ría Графику "нагрузка-перемещение", гак и по вакторш 1шре искания грунта, расхождение а результатах составля-йй На более i5чю подтверждает достоверность принятой математической модеяи для решения задач исследуемого направления. Сравнен ко векторов перемещения по данным численного и лабораторного экспериментов показывает идентичность получаемых результатов .

Анализом изолиний вертикальных напряжений оползающего грунга, окру£.а;.чого сзйй.чые элементы двухрядной удерулзчющей конст-

при оползании.

2. Выявлено различие в формировании нэоущих грунтовых оводов и траекторий движения частиц грунта в зависимости от раосто-

«

яния между сваями в ряду. Установлено! что оптимальным расстоянием между сваями, обеспечивающим непродавливание грунта между ними, является b=3d,

3. Установлена форма несущих грунтовых сводов и найдено значение их стрелы подъема перед каждым рядом свайной удерживающей конструкции. Так при расстоянии между сваями в ряду Ь = 3d, строла подьема грунтовой арки составляет f=f,5d перед первым рядом и f = d перед другими рядами.

4. Установлена неравномерная расяределита'льная способность грунта в передаче усилий между свайными рядами удерживающей конструкции. В исследуемых грунтах долевое распределение усилий между рядами следующее: в двухрядной -'первый, ряд -70%, второй - 30^; в трехрядной - первый ряд - 70/5, второй ряд - 15%, третий ряд - 15/5.

5.Минимальное расстояние мевду рядами удерживающей конструкции, обеспечивающее проявление арочного эффекта в грунте должно быть но менее ct = f*d.

6. Предложена методика численного моделирования взаимодействия удерживающих сооружений с оползневыми массами о учетом процессов упругопластического деформирования грунтов, обеспечивающая прогноз характера распределения оползневого давления на удерживающие опоры, при этом расхождение с натурньши наблюдениями не превышало 15%.

7. Внедрение результатов исследования на опоры № 5 в й 9 при строительстве водовода третьего подьема "Днестр-Черновцы" в районе с. Била позволило получить фактический экономический эффект 14,26 тыс .рублей.

Ооковныэ положения диооергации изложены в оледующих работах:

1. Бойко И.П.1 Иохаде А.К. Взаиыодейотвие удерживающих противооползневых конотрукций о оползнем // Тезисы докладов 52-й иаучно-практичоокой конференции. - Киев: КИС И, 1991. -С. 82-83.

2. Бойко И.П., Шехаде А.К. Распределение усилий между рядами овай противооползневой конструкции // Тезиоы докладов 53-Й научно-прак!ической конференции. Киев, Ю1СИ, 1992. - С.