Введение к работе
Необходимость оценивания надежности проектного решения, принимаемого в результате геотехнического расчета, вытекает из вероятностно-статистической природы расчетных параметров. Изменчивость и неопределенность расчетных параметров влечет за собой неопределенность результатов расчета. К этому следует добавить неопределенность проектного решения, возникающую вследствии несовершенства расчетных схем. Поэтому с тех пор, как существуют расчеты в строительном проектировании, предпринимаются и попытки оценить надежность принимаемого инженерного решения.
В настоящее время исследования, посвященные совершенствованию существующих и созданию новых вероятностно-статистических методов в строительном проектировании, получили широкое распространение. Здесь следует отметить в первую очередь исследования в области расчета строительных конструкций, проведенные В.В.Болоти-ннм, А.Р.Ржаницыным, В.Д.Райзером, С.А.Тимашевым, Ю.Д.Суховым и др. Теория надежности оснований геотехнических сооружений начала создаваться несколько позднее и получила свое развитие в трудах Н.Н.Ермолаева, Г.К.Клейна, В.В.Михеева, П.А.Клемяционок, М.В.Рада, В.И.Шейнина, Д.Н.Соболева, О.И.Игнатовой, Г.К.Бондарика, А.П. Пшеничкина и др.
Одним из основних этапов при определении исходных положений разрабатываемого вероятностного метода расчета геотехнических сооружений должен быть выбор расчетной схемы (модели) грунтового массива. Здесь следует учитывать, что в настоящее время нормативная методология СНШІ ориентирована на применение ин-сенерных детерминированных схем основания, в которых грунтовый
массив моделируется как совокупность однородных инженерно-геологических элементов (ИГЭ). Такая схематизация представляется хотя и весьма условной, но в настоящее время достаточно обоснованной, например тем, что позволяет решать с необходимой точностью большинство из выдвигаемых практикой задач расчета геотехнических сооружений, в то время как при использовании'более-точныхи-Оолее_ сложных моделей этого сделать не удается.
Поэтому в настоящее время весьма актуально развитие существующих и создание новых методик расчета оснований, сочетающих в себе простые в употреблении инженерные расчетные схемы и вероятностную трактовку расчетных параметров и результатов расчета.
В рамках инженерных схем расчета в качестве параметров, задающих свойства грунтов, должны использоваться "истинные" средние значения грунтовых характеристик по ИГЭ, или по активной зоне массива, если основание однородно. В силу недостаточности числа испытаний и разброса их результатов эти "истинные" значения всегда неизвестны. Поэтому, согласно методологии СНИП, при расчетах оснований используются расчетные значения грунтовых характеристик. Их применение мокно интерпретировать как способ обеспечения практической, с заданным уровнем доверия, достоверности утвервдений о том, что неизвестные "истинные" средние значения грунтовых характеристик окажутся больше (или меньше) соответствующих расчетных значений.
В качестве параметров, задающих величины внешних воздействий на основание, также используются их расчетные значения, хотя при геотехнических расчетах по второй группе предельных состояний практически используются нормативные нагрузки, что во многих
случаях не представляется достаточно обоснованным.
Применение расчетных значений исходных ларчмнтроь х^тя и увеличивает надежность принимаемого инженерного решения, однако степень этого увеличения остается неопределенной - оно может Пнть чрезмерным ,или, наоборот, недостаточным. С этой точки прения гораздо эффективнее обеспечить необходимую достоверность неизвестных "истинных" результатов геотехнического расчета, согласно которым и будет оцениваться надежность проектного решения.
Вероятностное решение задачи практического обеспечения надежности проектного решения, при расчетах геотехнических сооружений по второй группе предельных состояний будет заключаться в определении таких размеров фундаментов, при которых предельные неравенства, ограничивающие параметры деформируемости основания, выполнялись бы для каждого фундамента с вероятностью неменьшей, чем заданная проектировщиком надежность основания.
Частично задача вероятностного расчета основания по второй группе предельных состояний в такой постановке решалась в работах Н.Н.Ермолаева, Д.К.Соболева, В.В.Михеева, В.И.Шейнина, О.И.Игнатовой, И.В.Шитовой и других ученых, но, в одних случаях, учитывалась только локальная изменчивость грунтовых характеристик, в других - только их пространственная неопределенность или изменчивость нагрузок. В некоторых исследованиях осуществлялся совместный учет локальной изменчивости свойств грунтов и изменчивости нагрузок. Решение же задачи в принципиальном плане требует учета всех случайных параметров расчета, оказывающих заметиое влияние на его результаты.
Актуальность работы заключается в том, что проблема надежности геотехнических сооружений нуждается в дальнейших разработ-
ках в первую очередь в таких, которые Оы в рамках существующих инженерных схем позволяли получать обоснованное проектное решение, соответствующее заданной степени надежности.
Целью настоящего исследования является разработка методики
1зер1штто15тЖго~р^счета-основані^
второй группе предельных состояний, позволяющей: в практическом проектирований геотехнических сооружений:
учитывать случайную пространственную изменчивость и локальную неопределенность прочностных и деформационных характеристик свойств грунтов;
учитывать случайную изменчивость внешних воздействий на основание;
- отказаться от некоторых, не всегда правомерных, упрощакщих
предположений, используемых в вероятностных расчетах, например
таких, как линеаризация расчетной зависимости, применение рас
пределений локальных значений грунтовых характеристик;
получать проектное решение, обладающее заданной надежностью, для группы фундаментов, расположенных на неоднородном основании;
обеспечить требуемую надежность основания.
, Для достижения поставленной задачи используются метода теории вероятностей и математической статистики, а так же возможности современных вычислительных машин, позволяющие осуществлять многократное моделирование работы сложных систем и за счет этого получать оценки их надежности.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- предложен новый подход к оценке надежности геотехнических
сооружений по второй группе предельных состояний, основанный на
частотном оценивании вероятности попадания результатов расчета в фиксированную область их допустимых значений и последующем уточнении этой оценки методом доверительных интервалов;
разработана схема совместного учета изменчивости случайных расчетных параметров, обладающих разнородной неопределенностью и изменчивостью;
впервые разработана схема вероятностного расчета группы фундаментов, позволяющая оценить такие размеры фундамента, которые при данном диапазоне нагрузки позволяют размещать его в любой точке заданной площадки, с обеспечением требования, что надежность проектного решения в каждой из этих точек будет не меньше заданной;
исключены некоторые упрощающие предположения, обычно применяемые в вероятностных расчетах и снижающие их точность;
учитывается нелинейный характер расчетных зависимостей;
разработаны алгоритмы и программы, позволяющие реализовать предлагаемый метод на ЭВМ.
Практическая значимость проведенной работы заключается в том, что разработанный метод расчета позволяет получать обоснованное проектное решение, обладающее достаточной степенью надехности, в большинстве случаев более экономичное, чем то, которое принимается в результате расчета по СБИЛ.
Апробация полученных результатов в форме научных докладов была проведена:
- на всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых по
механике грунтов и фундаменгостроению (Звенигород, 1989);
- на научно-техническом семинара "Проблемы механики грунтов, фун-
даментостроения и охраны геологической среды" (Сочи, 1989);
- на третьей международной молодежной конференции по геотехнике
—(Pay бичи Л 989J.
Публикации. По теме диссертации опубликовано пять статей.
Внедрение. Разработанная методика была использована для оценки надежности оснований центральных тепловых пунктов микрорайона 15 г.Зеленограда. Экономический эффект при этом составляет от одной до двух тысяч рублей на каждые 100 м3 железобетона, используемого для устройства фундаментов.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и содержит 124 стр., и^ них 107 стр. текста, 13 стр. иллюстраций, 5 таблиц, Использованных источников 86.
