Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В последнее время под строительство стали осваиваться территории, которые раньше считались непригодными, все чаще здания и сооружения приходится возводить на косогорах и склонах. Кроме задач обеспечения надежности возводимых зданий и сооружений, требуется решать вопросы экономного использования территории, в связи с чем рациональное проектирование и строительство на склонах в настоящее время приобрели наиболее актуальное значение, и достоверная оценка несущей способности нагруженного склона стала особенно важной.
Однако в нормативной литературе недостаточно четких рекомендаций о том, какими методами следует оценивать несущую способность склона, на котором необходимо вести строительство. Разбросанные по большому количеству литературных источников методы расчета нередко весьма противоречивы и трудно применимы для практических вычислений.
В настоящее время вычисление предельной нагрузки (Ultimate Limit State) нагруженных откосов (склонов) проводят с использованием программных комплексов на основе метода конечных элементов: ANSYS, PL AXIS и других. При этом предельную нагрузку пытаются определить по последним точкам рассчитанного графика «нагрузка - стабилизированная осадка». Но на результаты численных экспериментов существенно влияют вычислительные и модельные погрешности.
Выполнить контроль численных экспериментов позволяют верхние оценки несущей способности, показывающие величину интервала нагрузок, по которому определяют степень использования несущей способности системы «фундамент - грунтовый откос (склон)».
Применение верхних оценок несущей способности нагруженных грунтовых откосов (склонов) на основе стандартных прочностных характеристик грунта позволит более рационально использовать несущую способность откосов (склонов), экономить строительные материалы и рабочее время.
Цель диссертационной работы:
Оценка несущей способности нагруженных грунтовых откосов (склонов) на основе методов предельного анализа пластических систем.
Для достижения поставленной в диссертационной работе цели решены следующие задачи:
проанализированы существующие методы расчета грунтовых откосов (склонов) по несущей способности;
разработан в замкнутой аналитической форме метод расчета верхних оценок несущей способности для однородных откосов (склонов);
разработан метод расчета верхних оценок несущей способности нагруженных откосов (склонов) по кинематически допустимому полю скоростей в виде треугольных блоков с постоянной скоростью деформаций;
разработан и практически внедрен модуль для ПК «ПРЕСС» по расчету верхних оценок несущей способности системы «фундамент - грунтовый откос(склон)»;
- проведены экспериментальные исследования модели ленточного
фундамента на песчаном откосе для получения предельной нагрузки на сис
тему «фундамент - грунтовый откос», определены осадки модели фундамен
та в процессе нагружения и изучен характер потери устойчивости откоса;
- результаты теоретических исследований сопоставлены с эксперимен
тальными данными, натурными наблюдениями и расчетами по существую
щим методикам.
Научная новизна диссертационной работы:
впервые в замкнутой аналитической форме разработан новый метод определения верхних оценок несущей способности системы «фундамент -грунтовый откос (склон)»;
впервые разработан новый метод определения верхних оценок несущей способности системы «фундамент - грунтовый откос (склон)» по кинематически допустимому полю скоростей в виде треугольных блоков с постоянной скоростью деформаций;
разработан новый модуль для ПК «ПРЕСС» по расчету верхних оценок несущей способности системы «фундамент - грунтовый откос (склон)».
Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлены:
- теоретическими предпосылками, опирающимися на фундаментальные
положения теории предельного анализа пластических систем, механики
грунтов и инженерной геологии;
- удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных
исследований моделей фундаментов на песчаных откосах с результатами
теоретических исследований при различных значениях угла откоса;
- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических иссле
дований с расчетами по существующим методикам и данными натурных на
блюдений.
Практическая ценность работы. Диссертационная работа является частью научных исследований, проведенных на кафедре «Промышленное, гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение», соответствует научному направлению ЮРГТУ (НПИ) «Компьютерная оптимизация, ресурсосберегающие расчеты и управление состоянием строительных конструкций и оснований зданий и сооружений».
Полученные решения и созданный на их основе модуль для ПК «ПРЕСС» предлагается использовать для:
оценки предельной несущей способности нагруженных грунтовых откосов (склонов) со сложной формой;
оценки влияния расстояния от бровки откоса до фундамента на несущую способность системы «фундамент - грунтовый откос (склон)»;
прогноза поведения фундаментов сооружений, возведенных на откосах (склонах), вследствие изменения прочностных характеристик грунта, обусловленных природными и техногенными явлениями;
контроля численных решений на основе метода конечных элементов и существующих решений по расчету несущей способности нагруженных откосов (склонов).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научном семинаре Ростовского регионального отделения Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментострое-нию; Международной научно-практической конференции «Малоэтажное строительство» в рамках Национального проекта «Доступное и комфортное жилье гражданам России»: технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области (22 апреля 2009 г., г. Волгоград); на Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы фун-даментостроения на Юге России», посвященный памяти профессоров Мур-зенко Ю.Н. и Пшеничкина А.П. (14-15 июля 2010 г., г. Новочеркасск); на V Международной конференции по геотехнике «Городские агломерации на оползневых территориях» (22-24 сентября 2010 г., г. Волгоград); на ежегодных научно-технических конференциях строительного факультета ЮРГТУ (НПИ).
Личный вклад автора заключается в:
разработке в замкнутой аналитической форме метода расчета верхних оценок несущей способности системы «фундамент - грунтовый откос (склон)»;
развитии метода расчета верхних оценок несущей способности по кинематически допустимому полю скоростей в виде треугольных блоков с постоянной скоростью деформаций системы «фундамент - грунтовый откос (склон)»;
разработке модуля для ПК «ПРЕСС» по расчету верхних оценок несущей способности системы «фундамент - грунтовый откос (склон)»;
проведении экспериментальных исследований с моделями ленточного фундамента на песчаном откосе при разных углах откоса;
сравнении теоретических исследований с экспериментальными данными, результатами натурных наблюдений и расчетами по существующим методикам.
На защиту выносятся:
метод расчета верхних оценок несущей способности в замкнутой аналитической форме для однородных откосов (склонов);
метод расчета верхних оценок несущей способности нагруженных откосов (склонов) по кинематически допустимому полю скоростей в виде треугольных блоков с постоянной скоростью деформаций;
модуль по расчету верхних оценок несущей способности для ПК «ПРЕСС» системы «фундамент - грунтовый откос (склон)»;
результаты экспериментальных исследований моделей ленточного фундамента на песчаных откосах.
сопоставление теоретических исследований с экспериментальными данными, натурными наблюдениями и расчетами по существующим методикам.
Результаты научных исследований внедрены в проектных организациях: ОАО «Ростовский Промстройниипроект», ООО «Энерго-Юг», ООО «Архитектурное наследие», а также в учебном процессе при подготовке студентов на кафедре «Промышленное, гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение».
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в семи публикациях (пять из них в соавторстве), среди которых свиде-
тельство об отраслевой регистрации программы для ЭВМ, три публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 119 наименований.
Полный объем диссертации - 134 страницы, включая 54 рисунка, 23 таблицы и 4 приложения.
Автор выражает искреннюю благодарность профессору кафедры «ПГСГиФ» ЮРГТУ (НПИ), к.т.н. Ю.В. Галашеву за помощь при проведении экспериментальных исследований, старшему преподавателю, к.т.н. А.П. Савину за помощь, оказанную при написании модуля для ПК «ПРЕСС».
Особую благодарность автор выражает научному руководителю профессору, д.т.н. В.П. Дыбе за ценные советы и замечания, а также постоянную помощь при написании диссертационной работы.
