К В Баташева - Ресурсосберегающие технологии для повышения устойчивости - страница 1

Страницы:
1 

УДК 624.131.51 О.А.РУБАН, канд. техн. наук

Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта им.В.Лазаряна

К.В.БАТАШЕВА, Ю.Б.БАЛАШОВА, кандидаты техн. наук

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, г.Днепропетровск

Баташева ОТКОСОВ И СКЛОНОВ НА ДЕФОРМИРУЕМОМ ОСНОВАНИИ С УЧЕТОМ ИНЕРЦИОННОСТИ ГРУНТОВЫХ МАСС

Приводится методика расчета устойчивости грунтовых сооружений, находящихся на деформируемом основании. Рассматривается вопрос об определении поверхности скольжения вариационным методом. Определяется коэффициент устойчивости в зави­симости от приращения скорости деформации основания.

Экономичность строительных конструкций в значительной сте­пени зависит от адекватности расчетных схем и методик расчета при проектировании. Поэтому ресурсосбережение при строительстве грун­товых сооружений может быть осуществлено на стадии проектных разработок. При эксплуатации земляных сооружений в районах де­формирования оснований возникают дополнительные трудности, вы­званные сдвижениями земной поверхности. Как правило, эти сдвиже­ния изменяют проектное положение как в плане, так и в профиле. Кри­терием эксплуатационной оценки состояния сооружения, находящего­ся на деформированном основании, является коэффициент устойчиво­сти [1].

Деформации основания вызывают перемещения грунтовых мас­сивов. При этом происходит изменение геометрических параметров и величин инерционных нагрузок от передвижения грунтового массива. Устойчивость однородного грунтового массива, находящегося на де­формированном основании, оценивается коэффициентом устойчиво­сти Куст [2]:

= муд

Мсдв

где Муд - удерживающее откос обобщенное усилие от сдвига;

Мсдв - сдвигающее усилие, стремящееся сдвинуть откос.

Существование инерционной нагрузки в земляном сооружении может быть учтено при расчете устойчивости откосов [3], которые находятся в зоне деформирования основания. Величина дополнитель­ных усилий от инерционной нагрузки в значительной степени зависитот приращения скорости перемещения основания. Вследствие этого для обеспечения устойчивости земляных сооружений необходимо учитывать влияние фактора инерционной нагрузки.

Решение задачи устойчивости грунтовых сооружений на дефор­мируемом основании сводится к отысканию поверхности скольжения, соответствующей предельному состоянию грунтового массива, и оп­ределению коэффициента устойчивости с учетом инерционных воз­действий. При этом на грунтовое сооружение действует сила инерции от собственного веса, которая при соизмеримых ортогональных де­формациях основания может быть определена как

1гр = тгр]wГ + wB , (2)

где тгр - масса грунтового массива; wр, wg - ускорение грунтового


массива, вызванное горизонтальным и вертикальным смещением ос­нования, может быть определено по геодезическим наблюдениям мо­ниторинговых участков (рис.1).

Рассмотрим расчетную схему, когда действует ортогональная си­ла от инерционной нагрузки 1гр _ . Распределим эту силу равномерно

по линии скольжения. Тогда силы от инерционной нагрузки переме­щения основания, которые приходятся на элемент ds, будут равныгде l - длина поверхности скольжения.

Грунтовый массив принимается абсолютно жестким, поэтому силу инерции, которая приходится на один блок и расположена под углом в к горизонту, перенесем в центр линии скольжения элемента ds (рис.2).

Величину угла наклона в к горизонту силы инерции 1гр опре-

деляем как

tgb =      , а р = arctgl


(4)

В

где Єр ,-в ~ соответственно горизонтальная и вертикальная состав­ляющие полной деформации основания.


Рассмотрим расчетную схему в случае ортогонального действия нагрузки от инерционной силы (рис. 2).

В случае, когда срф0, сф0, w^0, функционал устойчивости откоса по кривой скольжения y = y(x) примем в видехп

R = J (F — 0)dx, (5)

где F и Ф - функции, которые соответственно определяют удержи­вающие и сдвигающие усилия по кривой скольжения.

Для отыскания уравнения поверхности скольжения целесообраз­но рассмотреть случай, когда грунтовый массив находится в состоянии предельного равновесия. При этом функционал R=0.

Функции F, Ф описываются в соответствии с расчетной схемой в следующем виде:

F = d + Fg + Fw) =              + 1^^ +1 +

dx                                  Vi+у2     1     +у2

+I    sin b J^— ; (6) ф = d (Tg + Tw) = y. y. y + Ігр і sin + yhP і cos//

dx     Vi + у2   Vi+у2    Vi+у'2 "

xn   y- У ' tg( + Ігр ' tgj' cos/ + tg(p-sin/ — sin/ — ycos /) y- yy

\dx. (8)

Учитывая приведенные выше соображения, функционал устойчи­вости вертикального откоса по кривой скольжения y = y(x) примет вид

R = J

Уравнение экстремалей для функционала R можно представить в виде уравнения Л.Эйлера, решение которого дает возможность опре­делить коэффициент устойчивости и поверхность скольжения.

Имеем первый интеграл уравнения экстремалей в общем случае, когда сф0, (рф0, в виде

[С(і + У'2)2 + + У'2 )' (У' У ' tgj + Ігр. Cos/ ' tgj ' У + Ігрг sin / ' tgj — — y' y ' у       , sin/ Ігр. cos/ ' y y'2c) + Ігр. cos/ 'tg( ' y'(i + y'2 )2 '

 

 

3ii

' (y"(i + У 2)У 2) — У 21 гр. sin b'tg( + tg(Y- y  y2 —у- y  y (i + y 2 f 

' (У"  + У'2 )У'2) + У'2 Ігр і Sin / — І гр і Cos/ y'(i + y'2 f (y"  + y'2 )

y'2)|x=xn = 0. (9)

Решение дифференциального уравнения (9) удобнее проводить в численном виде. Для этого следует сначала подставить в него значе­ния постоянных у, с, ф, w, соответствующих конкретному рассматри­ваемому случаю вертикального откоса, а далее решить уравнение чис­ленным методом, который обеспечивает достаточную точность ре­зультатов.

Для данного случая коэффициент устойчивости может быть по­лучен в виде

1 (с^+У2 + Г+ Ір cos/М!=Ж + Ір sin Р^Ш=)dx

К   xo                                         1                        1 (10)

Куст =---------- x------- ;і~іг—:—/------------------- ■ (10)

n    у yy      Ігр  sin p    Ігру cos/

J (^^4= +        + ;—= )dx x0 vi+у'2   Vi+y'2    Vi+у 2

Выводы

1. Предлагаемая методика расчета устойчивости откосов и скло­нов земляных сооружений, которые находятся в зоне сдвижения зем­ной поверхности, позволяет оценить влияние инерционных сил на ко­эффициент устойчивости и дает возможность определить уравнение поверхности скольжения с учетом изменения скорости при ортого­нальном деформировании основания.

2. Мониторинг проблемных участков оптическими способами из­мерения деформаций поверхности в любой промежуток времени дает возможность мобильно реагировать в случае смещения земной по­верхности на подработках или в других случаях деформаций основа­ния, обеспечивая при этом достаточный запас устойчивости земляных сооружений.

 

1.Справочник по механике и динамике грунтов / Швец В.Б., Гинзбург Л.К., Гольдштейн В.М. и др. / Под ред. Швеца В.Б. - К.: Будівельник, 1987. - 232 с.

2.Гольдштейн М.Н., Царьков А.А., Черкасов И.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Транспорт, 1981. - 320 с.

3.Рубан О. А., Балашова Ю.Б. Математическое моделирование процесса деформи­рования грунтовых массивов, вызванного ведением горных работ // Будівництво: Зб. наук. праць. Вип. 6. - Дніпропетровськ: Нова ідеологія, 1999. - С. 62-68.

Получено 07.02.2003

Страницы:
1 


Похожие статьи

К В Баташева - Ресурсосберегающие технологии для повышения устойчивости