Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 2
1 .АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ 8
ИССЛЕДОВАНИЯ
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ 22 НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ОБДЕЛОК КРУГОВЫХ ТОННЕЛЕЙ, СООРУЖАЕМЫХ ГОРНЫМ СПОСОБОМ ВБЛИЗИ СКЛОНОВ
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ДЛЯ МНОГОСЛОЙНОГО КОЛ ЬЦА В з 2 УПРУГОЙ ПОЛУПЛОСКОСТИ С НАКЛОННОЙ ГРАНИЦЕЙ, ПОЛАГАЕМЫХ В ОСНОВУ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО МЕТОДА РАСЧЕТА МНОГОСЛОЙНЫХ ОБДЕЛОК КРУГОВЫХ ТОННЕЛЕЙ, ПРОЙДЕННЫХ ВБЛИЗИ СКЛОНА
3.L Решение задачи о действии гравитационных сил
3.2. Решение задачи о действии на внутреннем контуре 52
многослойного колыша нормальной нагрузки
Решение задачи о действии вертикальной нагрузки 61 равномерно распределенной на прямолинейной наклонной границе.
Алгоритм определения напряженного состояния многослойной обделки кругового тоннеля, сооруоісаемого вблизи склона
4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ, СООРУЖАЕМЫХ ВБЛИЗИ СКЛОНА, ОТ ОСНОВНЫХ ВЛИЯЮЩИХ ФАКТОРОВ.
6. ПРОВЕРКА ТОЧНОСТИ УДОВЛЕТВОРЕНИЯ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ
7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Эффективное решение проблем развития современного городского хозяйства, а также транспортного и энергетического строительства связано с интенсивным освоением подземного пространства, включающим как поддержание существующих, так и сооружение новых тоннелей различного назначения. При этом трассы тоннелей могут пролегать в сложных инженерно-геологических условиях, на небольших глубинах, в условиях плотной городской застройки, вблизи горных склонов, оврагов и берегов рек, а также характеризоваться наличием слабых, нарушенных и сильно обводненных грунтов. Особенности таких условий часто делают целесообразным применение закрытого способа проходки тоннелей с использованием многослойных обделок. Как многослойные могут рассматриваться железобетонные обделки (при этом выделяются слои из бетона и армированные слои), обделки из чугунных и железобетонных тюбингов (отдельными слоями моделируются спинки и ребра тюбингов, включая межреберное заполнение), обделки из пабрызгбетона в сочетании с анкерами (выделяется слой набрызгбетона и слой грунта, укрепленного анкерами). В ряде случаев технологией сооружения тоннелей предусматривается применение искусственного укрепления грунтов, при этом создаваемая вокруг выработки зона пород (грунта) с более высокими деформационными характеристиками рассматривается в качестве слоя из другого материала.
Имеющиеся в настоящее время аналитические методы позволяют производить расчет круговых и некруговых обделок тоннелей как глубокого, так и мелкого заложения, в том числе — многослойных, на статические, тектонические и сейсмические воздействия, а также монолитных обделок круговых тоннелей сооружаемых вблизи склонов, на действие собственного
5 веса грунта, веса зданий и сооружений на поверхности, на основе современных представлений геомеханики о взаимодействии подземной конструкции и массива грунта как элементов единой деформируемой системы. Аналогичных методов расчета подземных конструкций, сооружаемых вблизи склонов, более адекватной моделью которых является круговое многослойное кольцо в линейно-деформируемой или вязкоупругой среде, до настоящего времени не имелось. Отдельные результаты, которые в принципе могут быть получены на основе численного моделирования, например, с использованием метода конечных элементов (МКЭ), вряд ли можно расценивать как решение указанной проблемы, поскольку рассмотрение большого количества тонких слоев из разных материалов, вносит дополнительные существенные трудности, связанные с достижением необходимой точности расчета, преодоление которых имеет смысл при проектировании только уникальных объектов.
В связи с этим разработка аналитического метода расчета многослойных обделок круговых тоннелей, сооружаемых вблизи склонов закрытым способом, является актуальной научной задачей, решение которой открывает новые возможности для совершенствования проектирования таких подземных сооружений, способствуя повышению их надежности, а в ряде случаев — обоснованному снижению материалоемкости, путем снижения общей толщины обделки или процента армирования.
Исходя из изложенного, целью диссертационной работы является математической модели взаимодействия многослойной обделки кругового тоннеля с окружающим массивом пород (грунта) горного склона при основных видах статических воздействий и нового аналитического метода, алгоритма и соответствующего программного обеспечения расчета многослойных обделок круговых тоннелей, сооружаемых закрытым способом вблизи склонов, на действие собственного веса грунта, внутреннего напора, веса зданий и сооружений, как имевшихся на поверхности до сооружения тоннеля, так и возводимых вблизи уже
6 построенного тоннеля, что позволит повысить надежность проектируемых подземных сооружений и в ряде случаев принять более экономичные инженерные решения.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
разработана математическая модель взаимодействия обделки кругового тоннеля с окружающим массивом грунта (пород), позволяющая учитывать основные конструктивные особенности крепления, а также влияние наклонной по отношению к горизонтали земной поверхности на его напряженное состояние при действии гравитационных сил, внутреннего давления (для гидротехнических туннелей), веса зданий и сооружений, как возводящихся вблизи уже построенного тоннеля, так и существовавших до его сооружения;
получен ряд новых аналитических решений плоских контактных задач теории упругости для весомой полуплоскости с наклонной границей, моделирующей массив горного склона, ослабленной круговым отверстием, подкрепленным многослойным кольцом, при граничных условиях, отражающих наличие в массиве линейно изменяющегося по глубине поля начальных напряжений, обусловленного гравитационными силами, действием внутреннего напора и равномерно распределенной вертикальной нагрузки на участке наклонной прямолинейной границы, моделирующей действие веса здания или сооружения;
на основе полученных решений разработан новый метод расчета многослойных обделок круговых тоннелей, сооружаемых вблизи склонов на действие собственного веса грунта, внутреннего напора (для гидротехнических туннелей и тоннелей ливневой канализации), веса зданий и сооружений на поверхности, как возводящихся вблизи уже построенного тоннеля, так и существовавших до его сооружения;
разработаны полный алгоритм и комплекс компьютерных программ, реализующие предлагаемый метод расчета
— установлены зависимости максимальных сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений, возникающих на внутреннем контуре в бетонном слое обделки из железобетонных блоков с внутренней бетонной облицовкой от основных влияющих факторов.
