Введение к работе
Актуальность темы исследования.Настоящая работа посвящена проблеме прогноза средних осадок и кренов фундаментов на пылевато-глинистых водонасыщенных основаниях, находящихся под воздействием переменной во времени (в том числе и циклической) нагрузки. В инженерной практике указанная проблема возникает при проектировании фундаментов дымовых труб, реакторных отделений и турбоагрегатов атомных электростанций (РО и ТГ АЭС), водонапорных башен, колонн с крановой нагрузкой, элеваторов, резервуаров для хранения нефтепродуктов и т.д.
С практической точки зрения, актуальность рассматриваемой проблемы-обусловлена тем, что при циклической нагрузке на грунт его поведение становится аномальным по сравнению с поведением при статической нагрузке. В частности.в первом случае возрастают деформации грунта, изменяются его прочностные характеристики.происходит накопление остаточных деформаций. Актуальной также является проблема прогноза стабилизированных и текущих средних осадок и кренов большераз-мерных фундаментов, в том числе зданий реакторных отделений атомных электростанций, натурные значения которых имеют существенное расхождение с расчетными.
В теоретическом плане актуальность рассматриваемой проблемы эбусловлена тем, что принятая в нормативных документах при расчете то второй группе предельных состояний базовая модель упругой изотропной среды не позволяет в полной мере отразить особенности дефор-нирования реальных грунтовых оснований. В частности, эта модель не юзволяет учитывать влияния на средние осадки и крены фундаментов юлзучести грунтового скелета, необратимости и, как следствие, накоп-іения деформаций при загрузке-разгрузке, анизотропии свойств основами и т. д. Имеет место также проблема несоответствия реального ( как іравило , пространственного ) и принятого в нормативных докумен-
тах (компрессия) напряженно-деформированного состояния водонасы щенного грунта при расчете осадок фундаментов во времени. В этой свя зи в рамках принятых в СНиП 2.02.0! - 83 и ПИНАЭ 5.10 - 87 расчетны схем принципиально не могут быть решены такие важные практически задачи, как прогноз процесса развития во времени крена фундаменте прогноз напряженно-деформированного состояния плитных фундамен тов и другие задачи, в которых нет возможности не учитывать проа ранственного напряженно-деформированного состояния грунта. Сказаг ное в полной мере относится и к "инженерным методам" расчета,базир) юшимся на раздельном определении эпюры напряжений в грунте в ход решения пространственной задачи теории упругости с последующим or ределением зависимости "осадка - время" в ходе решения компрессиоі ной задачи, поскольку в данном случае не учитывается отжатие порово жидкости в горизонтальном направлении. В целом, вопрос адекватност протекающим в натуре процессам той или иной модели и расчетно схемы водонасыщенного грунтового основания остается открытым силу присущим каждой общепринятой в механике грунтов модели опр< деленным ограничениям.
Проблема прогноза средних осадок и кренов фундаментов тесн связана с проблемой определения реологических свойств грунта. В н; стоящее время для этой цели используются методы А.Казагранде и Теі лора, суть которых заключается на условном делении процесса консс лидации грунта на первичную (фильтрационную) и вторичную (полз; честь грунтового скелета) с последующим определением реологически параметров.Поскольку процессы отжатия поровой жидкости и полз; чести грунтового скелета протекают одновременно.весьма актуальне является проблема определения реологических характеристик грунта б< условного деления консолидации на "первичную" и "вторичную", также проблема экстраполяции установленных в ходе кратковременнь (по сравнению с временем эксплуатации сооружений) испытаний груп-кривых ползучести в область дальних времен.
І [ель исследований заключается в разработке, научном обосновании и внедрении в практику методов расчета по второй группе предельных состояний пылевато-глинистых водонасыщенных оснований, находящихся под воздействием статической и переменной во времени квазистатической (в том числе и циклической) нагрузки.
Задачи исследований:аналнз современных методов расчета грунтовых оснований по второй группе предельных состояний;разработка методик определения деформационных и реологических свойств грунта; создание методов расчета водонасыщенных пылевато-глинистых грунтовых оснований по второй группе предельных состояний при учете ползучести грунтового скелета и необратимости деформаций при загрузке-разгрузке.
Научная новизна исследований:
- разработаны методы определения деформационных (модуля
упругости и коэффициента Пуассона грунтового скелета) и реологичес
ких (коэффициента консолидации, вида и параметров ядра ползучести)
свойств водонасыщенных пылевато-глинистых грунтовых оснований,
находящихся под воздействием постоянной и циклической нагрузки в
полевых и лабораторных условиях;
предложена физическая модель водонасыщешгого пылевато-гли-нистого основания, позволяющая учитывать фильтрационную консолидацию, запаздывающие во времени и полностью обратимые деформации ползучести, а также запаздывающие во времени полностью необратимые деформации грунта;
с использованием соотношений термодинамики необратимых процессов получены уравнения движения анизотропного упругого водо-насыщенного основания в рамках динамической задачи теории взаимо-:вязанной фильтрационной консолидации; эти результаты обобщены на случай квазистатической задачи, модели изотропных упругой и іаследственло-упругоГі сред, а также среды, грунтовый скелет которой обладает свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке-эазгрузке:
разработаны алгоритмы построения точных общих решений зада чи теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации в динамнчес кой и квазистатической постановке в рамках моделей основания В.А Флорина-М.Био, Ю.К.Зарецкого, а также грунта, обладающего свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке-разгрузке;
получено точное решение компрессионной задачи в рамках моде ли упругой весомой водонасыщенкой среды;
в рамках моделей основания В.А.Флорина-М.Био, Ю.К.Зарецкс го. а также основания, обладающего свойствами ползучести и накоплю ния деформаций при загрузке-разгрузке получены точные аналитически решения задачи Буссинеска в квазистатической постановке;эти резулі таты обобщены на случай водонасыщенного основания, в котором урс вень подземных вод находится на некоторой глубине от дневной поверэ ности;
методом суперпозиции, на основе результатов решения задач Буссинеска , построены аналитические зависимости, позволяющие раї считывать изменение во времени средних осадок" и кренов фундаменте круглой и прямоугольной формы при воздействии на них статической переменной во времени нагрузки;
разработаны полуэмпирические методы расчета зависимостей ср дних осадок и кренов фундаментов как функций времени при учете и: женерно-геологических условий, характера изменения во времени дейс вующей на фундаменты нагрузки и отметки залегания уровня подземнь вод.
Практическая ценность результатов исследований заключается использовании рекомендуемых в работе методов определения деформ ционных и реологических свойств водонасыщенного пылевато-глиш того грунта на стадии инженерно-геологических изысканий, а также в і пользовании рекомендуемых в работе методик расчета оснований ф> даментов по второй группе предельных состояний (т.е. по деформация на стадии проектирования зданий и сооружений.
Теоретическая ценность результатов исследований заключается в использовании предложенного в работе варианта уравнений теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации.алгоритмов построения их общих и частных решений,начальных,граничных условий и условий "склейки"для расчета напряженно-деформированного состояния пылева-то-глинистых водонасыщенных оснований.
Внедрение результатов работы осуществлено в ходе инженерно-геологических изысканий на промплощадке Запорожской АЭС, при расчете зависимостей средних осадок и кренов реакторных отделений от времени на период эксплуатации, при разработке проекта реконструкции открытой эстакады объединения "Металлоснабсбыт" г. Днепропетровска , в ходе инженерно-геологических изысканий, проектирования и строительства трестом N17 ряда объектов на территории г. Днепропетровска, при разработке пакета прикладных программ, предназначенных для расчета оснований по II группе предельных состояний (внедрен в Днепродзержинском филиале КиевНИИПградостроительства).
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах ДИСИ (ныне П ГАС А) в период 1980 т- 1996 гг.;втором Всесоюзном симпозиуме по реологии грунтов (Ташкент, 1982 г.);четвертом Всесоюзном симпозиуме по реологии грунтов (Волгоград, 1985 г.);шестой Всесоюзной конференции по динамике оснований, фундаментов и подземных сооружений (Нарва, 1985 г.); третьей Международной конференции по проблемам свайного фундамен-тосгроения (Минск, 1993 г.);четвертой Международной конференции по проблемам свайного фундаменгостроения (Пермь, 1994 г.);второй Украинской научно-технической конференции по механике грунтов и фун-даментостроению (Полтава, 1995 г.);пятой Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроению (Санкт-Петербург, 1995 г.); Польско-Украинских семинарах "Теоретические основы строительства" (Польша, Варшава, 1994 и 1996 гг.).
Я -
Вклад автора в решение проблемы состоит: в разработке полевых і лабораторных методов определения деформационных и реологически; свойств водонасыщенных пылевато-глинистых грунтовых основании находящихся под воздействием постоянной и циклической нагрузки;! разработке алгоритмов построения точных общих решений задачі теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации в динамическоі и квазистатлческой постановке в рамках моделей основания В.А Флорина-М.Био, Ю.К.Зарецкого, а также грунта, обладающей свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке разгрузке;в разработке полуэмпирических методов расчета зависимостеі средних осадок и кренов фундаментов как функций времени при учел инженерно-геологических условий, характера изменения во времеш действующей на фундаменты нагрузки и отметки залегания уровш подземных вод.
Публикации. Основные положения работы отражены в 30 печатны> работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девя ти глав (включая заключение),приложения и включает в себя 275 страши, основного текста, 120 рисунков и 26 таблиц.Список использованное литературы включает 289 наименований.