Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные тенденции развития полуоткрытого способа работ в тоннелестроении и методы расчета конструкций 11
1.1 Общие сведения 11
1.2 Разновидности полуоткрытого способа. Конструктивно-технологические решения 14
1.3 Методы расчета конструкций тоннелей при полуоткрытом способе работ 32
1.3.1 Методы строительной механики 33
1.3.2 Аналитические методы механики сплошной среды 39
1.3.3 Численные методы расчета 42
1.4. Выводы по главе. Задачи исследований 46
Глава 2. Создание пространственной конечно-элементной модели системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив» с учетом технологии строительства 50
2.1. Общие положения 50
2.2. Применение программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL» в геотехнических расчетах 51
2.3. Моделирование системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив» с учетом технологии строительства 54
2.3.1.Определение размеров расчетного фрагмента грунтового массива...54
2.3.2. Модель грунтового массива 56
2.3.3. Модель конструкции тоннеля 61
2.4. Разработка пространственной модели для расчета системы «конструкция тоннеля — грунтовый массив» с учетом технологии строительства 62
2.5. Тестовый расчет 65
2.6. Выводы по главе 69
Глава 3. Исследование напряженно-деформированного состояния системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив» на пространственной конечно-элементной модели 71
3.1. Общие положения 71
3.2. Планирование численного эксперимента 73
3.3. Матрица планирования численного эксперимента 75
3.4. Результаты численного эксперимента 80
3.5. Выбор параметров оценки изменения напряженно-деформируемого состояния системы «конструкция тоннеля — грунтовый массив» 86
3.6. Анализ напряженно-деформированного состояния системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив» по результатам численного эксперимента 89
3.6. Выводы по главе 96
Заключение 99
Литература 103
Приложение 111
- Разновидности полуоткрытого способа. Конструктивно-технологические решения
- Применение программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL» в геотехнических расчетах
- Разработка пространственной модели для расчета системы «конструкция тоннеля — грунтовый массив» с учетом технологии строительства
- Анализ напряженно-деформированного состояния системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив» по результатам численного эксперимента
Введение к работе
Актуальность работы.
Актуальность диссертационной работы обусловлена расширением масштабов использования подземного пространства для решения городских транспортных проблем, а также необходимостью подземного строительства в условиях высокоинтенсивного уличного движения.
В настоящее время при строительстве городских тоннелей мелкого заложения применяют преимущественно открытый способ работ, вызывающий серьезные нарушения поверхностных условий. С целью минимизации этих нарушений в практике тоннелестроения находят применение различные модификации полуоткрытого способа: траншейный, «кернтнерский», «зиллертальский», «рамной крепи». Благодаря определенной последовательности работ полуоткрытый способ позволяет вести строительство подземного сооружения с меньшим по сравнению с открытым способом перерывом движения на поверхности земли. Эффективность полуоткрытого способа подтверждается успешным опытом его применения во многих городах Европы, Северной Америки и Японии. Однако некоторые вопросы, касающиеся взаимодействия грунтового массива с конструкцией тоннеля на всех этапах строительства с учетом пространственной работы строящегося сооружения, изучены недостаточно. В связи с этим возникает необходимость проведения научных исследований.
Цель и задачи диссертации.
Целью диссертационной работы является исследование закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив» на различных этапах строительства тоннеля полуоткрытым способом с учетом конструктивно-технологических особенностей и инженерно-геологических условий.
В соответствии с поставленной целью определены задачи исследований:
анализ технических решений, используемых при строительстве тоннелей мелкого заложения полуоткрытым способом;
разработка пространственных конечно-элементных моделей системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив» для различных модификаций полуоткрытого способа с учетом технологии строительства;
проведение численных экспериментов на разработанных для выявления НДС системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив» в процессе строительства и эксплуатации тоннеля;
установление зависимостей, характеризующих изменение выбранных параметров НДС системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив» в зависимости от варьируемых факторов;
разработка рекомендаций по применению различных типов конструкций автотранспортных тоннелей мелкого заложения, сооружаемых полуоткрытым способом.
Методика исследований.
В основу исследований заложен комплексный подход к решению поставленной задачи, включающий научный анализ и обобщение материалов по применению полуоткрытого способа строительства тоннелей мелкого заложения. При этом все этапы строительства рассматриваются во взаимной связи.
Для проведения теоретических исследований НДС бинарной системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив» использован метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в программных комплексах PLAXIS и PLAXIS 3D TUNNEL. Для обработки результатов исследований применялись методы математической статистики.
Научная новизна работы:
впервые в РФ разработаны пространственные конечно-элементные модели применительно к рассматриваемым в работе модификациям полуоткрытого способа работ с учетом технологии строительства автотранспортных тоннелей мелкого заложения;
проведены исследования методом математического моделирования, по результатам которых выявлены закономерности в изменении параметров НДС системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив»;
проведен сравнительный анализ деформаций поверхности земли и усилий в элементах конструкции тоннелей для различных технологий полуоткрытого способа работ;
определена рациональная область применения разновидностей полуоткрытого способа работ.
Практическая ценность работы:
методика и результаты математического моделирования системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив» на разработанных конечно-элементных моделях;
прогнозирование деформаций поверхности земли и усилий в конструкциях тоннелей с учетом технологии их строительства;
рациональная область применения различных модификаций полуоткрытого способа строительства автотранспортных тоннелей мелкого заложения в соответствии с конкретными градостроительными и инженерно-геологическими условиями.
Достоверность полученных результатов обоснована:
строгостью исходных предпосылок применяемых методов исследований;
соблюдением требований действующих нормативных документов;
использованием методических разработок ведущих отечественных и иностранных компаний в рассматриваемой области;
результатами тестовых расчетов.
Реализация результатов.
Результаты работы нашли применение:
при разработке вариантов проектных решений по строительству подземных сооружений мелкого заложения в ООО «ЗЕГЕ С.О. «ЗЭСТ»;
в учебном процессе кафедры мостов и транспортных тоннелей Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).
Апробация работы.
Результаты работы были доложены на ежегодных научно-технических конференциях Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) в 2008, 2009 и 2010 гг. и в филиале ОАО ЦНИИС НИЦ «Тоннели и метрополитены» в 2010г.
На защиту выносятся:
результаты анализа отечественного и зарубежного опыта применения полуоткрытого способа строительства тоннелей мелкого заложения;
пространственная конечно-элементная модель системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив», реализованная с использованием программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL»;
результаты численного эксперимента системы «конструкция тоннеля – грунтовый массив»;
рациональная область применения различных технологий полуоткрытого способа строительства тоннелей мелкого заложения, определенная на основе анализа результатов численного эксперимента.
Публикации.
Разновидности полуоткрытого способа. Конструктивно-технологические решения
При расположении подземных сооружений мелкого заложения в непосредственной близости от зданий, а также в условиях интенсивного уличного движения применяют траншейный способ производства работ [30].
Технология строительства тоннелей траншейным способом заключается в последовательном возведении стен тоннеля по технологии, «стена в грунте», устройстве перекрытия и разработке грунтового ядра под защитой последнего. Помимо стен из монолитного, сборного или сборно-монолитного железобетона применяют стены из касающихся или взаимно пересекающихся буронабивных свай.
Технология-разработки траншеи бурофрезерной машиной при устройстве «стен в грунте» из соприкасающихся или частично секущихся в плане буронабивных свай заключается в» последовательном фрезеровании вертикальных полос по торцу траншеи и шаговых передвижек агрегата вперед на 1/2... 1/3 диаметра бура, в результате чего и выбуривается непрерывная траншея. Работа агрегата начинается с последовательного бурения, скважин, по ступенчатой схеме со все возрастающей глубиной. Секции направляющего шаблона наращиваются по мере углубления до проектной отметки; после чего начинается фронтальная проходка траншеи. Такая технология противодействует обвалу грунта даже при проходке тоннеля, вплотную с эксплуатируемыми зданиями [28]. Другой вариант устройства «стен в грунте» из секущихся свай предусматривает ведение работ захватками длиной от 3 до 6 м: После разработки первой скважины в нее устанавливают инвентарную стальную разделительную трубу, которая обозначает начало захватки. Затем бурят все остальные скважины в пределах захватки, соблюдая их взаимное пересечение в плане[ 15,27]. Траншейный способ нашел широкое применение при строительстве тоннелей.и других подземных сооружений в нашей стране и за рубежом.
Впервые полуоткрытый способ в отечественной практике применили в 1975-78 гг. при строительстве метрополитена в г. Киеве на участке перегонного тоннеля между станциями «Октябрьская» и; «Нивки», где грунтовые воды, расположены на глубине 8-9 м от поверхности земли, на 2-3 м ниже подошвы тоннеля; В Москве данный способ впервые применили при сооружении восьмиярусного подземного гаража на пересечении пр. Мира и ул. Эйзенштейна. Гараж в плане имеет размеры 158x56,5 м. Конструкция гаража состоит из монолитных железобетонных стен толщиной 0,7 и 0,8 м и глубиной до 36 м (в зависимости от залегания, водоупора) и внутреннего каркаса. В поперечном сечении гараж представляет собой трехпролетную многоярусную систему.
Последовательность работ при траншейном способе: I-V - этапы работ. I. Сооружение пионерных траншей, разработка основных траншей под защитой глинистого раствора отдельными захватками. П. Монтаж арматурных каркасов и бетонирование стен тоннеля (или установка сборных конструкций). III. Разработка грунта между забетонированными стенами до нижней отметки перекрытия. IV. Возведение перекрытия, устройство гидроизоляционного покрытия и обратная засыпка с восстановлением поверхности. V. Разработка грунтового ядра, возведение лотка тоннеля, устройство покрытия проезжей части и монтаж эксплуатационного оборудования. 1 - траншея; 2 - арматурный каркас; 3 - стена тоннеля; 4 - распорка; 5 - грунт обратной засыпки. В 2000 г. введены в эксплуатацию два автотранспортных тоннеля, построенных для развязки движения на проспекте Мира. Один из тоннелей сооружен в месте примыкания к проспекту Новоалексеевской улицы [32]. Тоннель имеет протяженность 400,8 м, расположен на криволинейной в плане трассе. Ширина проезжей части для одностороннего двухполосного движения составляет 10 м, а высота в свету - 5,25 м. Инженерно-геологические условия характеризуются наличием толщи песчаных и суглинистых грунтов, подстилаемых полутвердыми глинами. Уровень грунтовых вод расположен на глубине 5 - 7 м от поверхности земли. Закрытая часть тоннеля сооружалась траншейным способом, что позволило свести к минимуму нарушение поверхностных условий и быстро восстановить движение транспортных средств по проспекту Мира.
Аналогичные конструктивно-технологические решения были реализованы при строительстве тоннеля протяженностью 585 м с закрытой частью длиной 80 м на пересечении проспекта Мира с улицей Бориса Галушкина[33]. В 2003 г. был сдан и открыт для движения транспорта тоннель третьего транспортного кольца на пересечении с Ленинским проспектом под площадью Гагарина[37]. В 2001-2005 году в Англии с помощью траншейного способа был построен ряд автотранспортных тоннелей: двухполосный тоннель Брюверс-Лейн длиной 55 м, ширина тоннеля составляет 11,3 м, высота в свету между лотковой плитой и перекрытием - 6,5 м; тоннель Хэрриетшем — длина 150 м; четырехполосный тоннель Эшфорд длиной 570 м; тоннель Сэнлин диной 92 м[88]. С применением траншейного способа был построен ряд автотранспортных тоннелей в Лондоне: на юге Лондона в районе Лаймхауз на автомобильной дороге А1203 был открыт тоннель длиной 1,8 км; под магистралью А2 был открыт двухполосный тоннель длиной 305 м со стенами из буровых свай диаметром 1,3 м[87].
В 1996 в городе Бангкок, Таиланд, был открыт двухполосный автотранспортный тоннель. Геологические условия представлены мягкими и твердыми глинами, стены тоннеля высотой 20 м были сооружены поч технологии «стена в грунте» и имеют ширину 1м (рис 1.3)[84].
Широкое применение при строительстве подземных гаражей и автотранспортных тоннелей траншейный способ нашел в крупнейших городах Японии, в частности в Токио (рис 1.4) [93].
Применение программного комплекса «PLAXIS 3D TUNNEL» в геотехнических расчетах
При значительных нагрузках устраивают сводчатое перекрытие переменной жесткости с усиленными пятами. Необходимо отметить, что бетонирование свода на грунте возможно только в том случае, если он является плотным и устойчивым, способным выдержать давление от свода и грунта обратной засыпки. При недостаточной несущей способности грунта его либо заменяют тощим бетоном, при этом котлован разрабатывают до уровня пят свода, либо устанавливают стационарную или передвижную опалубку (рис 1.8).
Для повышения надежности сопряжения свода со стенами тоннеля под его пяту до бетонирования укладывают стальную ленту и прокладки из стиропора. После бетонирования во время раскрытия выработки устанавливают стальные арки, сопрягая их с арматурным каркасом пяты.
В соответствии с вышеизложенной технологией метода опертого свода на различных этапах происходит изменение условий статической работы свода, что необходимо учитывать при его расчете. После бетонирования и набора бетоном необходимой прочности конструкция свода практически не испытывает напряжений. При устройстве свода в опалубке в нем возникают напряжения от собственного веса, а по окончании засыпки - от веса вышележащего грунта и временной нагрузки. После разработки калотты свод работает в поперечном направлении как бесшарнирная арка с упругим опиранием на грунт. Перераспределение напряжений в своде происходит по мере разработки штроссы, и его работа приобретает пространственный характер (теперь свод опирается на ряд опор, выполненных из металлических арок). После возведения первичной оболочки из набрызг-бетона вновь изменяется напряженное состояние свода: к продольным напряжениям, по мере твердения бетона, добавляются поперечные[36].
«Кернтнерский» метод был впервые использован в 1978-1979 гг. при строительстве автотранспортного тоннеля в г. Кернтнер (Австрия). Четыре участка в припортальной зоне длиной 30-50 м и площадью поперечного сечения 85-125 м были пройдены под защитой сводчатого перекрытия[85].
Данный способ был использован также при строительстве тоннеля в г. Бохум (Германия). Тоннель располагается в разрушенных от тектонических воздействий песчаниках и сланцах. Над тоннелем располагался культурный слой - песок, щебень и грубый шлам, - мощностью 4,5 м. Работы велись на четырех участках общей длиной 350 м. Аналогично велись работы при строительстве тоннелей в гг. Бад-Бертрихе и в Зингене. Грунтовые условия характеризовались, соответственно, шламом, мелким песчаником и моренным мергелем с гравийными и песчаными линзами. При строительстве метрополитена в городе Кельне на участке длиной 505 м перед устройством свода возвели ограждение котлована по технологии «стена в грунте», под защитой которого производились работы по методу «опертого свода»[34, 68, 85].
В 1985 году под железной дорогой В27 в Германии с помощью рассматриваемого способа был построен двухполосный тоннель Оберрайден длиной 520 м. Постоянная обделка возводилась по технологии НАТМ под защитой свода. Грунтово-геологические условия были представлены песчаником, аргиллитами, песком, глиной и слоем материала насыпи железной дороги (рис 1.9).
В 1995 году в г. Даллас, штат Техас, (США) было завершено строительство тоннеля Аддисон. Длина тоннеля - 1650 м, работы велись полуоткрытым способом с применением технологии НАТМ в сложных инженерно-геологических условиях (выветренных известняках) под действующей автомобильной дорогой [74].
Благодаря использованию свода в качестве защитной конструкции повышается безопасность работ при строительстве тоннелей «кернтнерским» способом, исключаются сдвижения и деформации грунтового массива и поверхности земли. Нарушения последней в результате вскрытия котлована непродолжительны. Недостатком «кернтнерского» способа является необходимость устройства ограждающей конструкции котлована в условиях плотной городской застройки, а также водопонижения или искусственного закрепления водонасыщенных или слабоустойчивых грунтов.
Он применяется в слабоустойчивых грунтах в случае, когда опереть на них свод не представляется возможным. При этом способе, основания пят укрепляют путем устройства фундаментов из стальных или железобетонных свай, по верху которых возводят обвязочную балку.
Данный метод предусматривает те же виды работ (рис. 1.10), что и при «кернтнерском» методе с одним отличием: после возведения свода подводят фундамент под пяты сводчатого перекрытия из наклонных буровых свай, которые располагаются по направлению радиуса кривизны свода. Размеры и конструкция свай определяются, исходя из действующих нагрузок и характеристик грунтов основания.
Разработка пространственной модели для расчета системы «конструкция тоннеля — грунтовый массив» с учетом технологии строительства
Давление, действующее на конструкцию в грунте, сложным, образом зависит от деформаций массива грунта, прилегающего к конструкции, а они-в свою очередь зависят от жесткости подпорного сооружения в целом. Следовательно, для расчета усилий, возникающих в элементах подпорного сооружения, необходим анализ системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив». Наибольшие трудности при этом возникают при определении деформационных свойств грунта в процессе его взаимодействия с конструкцией.
Грунтам даже при умеренных нагрузках свойственна нелинейная зависимость между напряжениями и деформациями (физическая нелинейность), причем значительную долю деформаций представляет пластическая составляющая. Особенностью НДС грунтовых массивов является часто одновременное существование областей, находящихся в допредельном и предельном по прочности основаниях. Очевидно, что свойства грунтов в этих областях должны описываться различными уравнениями состояния. В подавляющем случае массивы грунтов неоднородны, т.е. включают грунты, различные по составу и механическим свойствам.
Уже из этого далеко не полного перечня следует, что определение НДС системы «конструкция тоннеля — грунтовый массив» под нагрузками связано с большими трудностями, поэтому в инженерной практике используются методы, основанные на введении упрощающих предпосылок. Как показывает опыт строительства, в большинстве случаев подобные методы оказываются достаточными для1 надежного и экономичного проектирования подземных сооружений. В тоже время более полный учет особенностей деформирования грунтового массива открывает возможности дальнейшего совершенствования проектирования сооружений:
Развитие математического аппарата механики сплошной среды, прикладной математики и вычислительной техники заложило основы для создания и развития численных методов расчета. Идеи, заложенные в эти методы, в значительной мере исключают необходимость использования упрощающих предпосылок, свойственных традиционным подходам.
Разработанные первоначально для решения упругих задач, эти методы в дальнейшем были развиты в область- решения упругопластических задач механики грунтов. Базовые концепции.этих методов позволяют математически» моделировать поведение грунтовых массивов во взаимодействии с сооружениями с учетом практически всех присущих грунтам особенностей[25].
Среди численных методов механики сплошной среды различают метод конечных разностей, метод конечных элементов, метод граничных элементов, метод дискретных элементов. Метод конечных элементов (МКЭ) на сегодняшний.день является самым распространенным средством решения задач механики сплошной- среды. Изложению идей и использованию этого метода посвящено большое количество публикаций [9,21,22,41,44,46,48]. В практических расчетах строительных конструкций в настоящее время наиболее распространен вариант МКЭ, основанный на идее метода перемещений, который- оказался наиболее приспособленным к использованию компьютерных технологий, так как при анализе отдельных конечных элементов приходится иметь дело с простыми геометрически подобными объектами, стандартно закрепленными по контуру. Матрица системы оказывается симметричной, ленточной и» положительно определенной [40]: При использовании метода конечных элементов непрерывная в некоторой области величина аппроксимируется дискретной моделью, включающей множество кусочно-непрерывно дифференцируемых функций, которые находят для конечного числа точек рассматриваемой области. Дискретная модель подразумевает наличие в рассматриваемой области конечного числа точек (узлов). Для узловой точки находят значение непрерывной величины. Область, для которой определяется непрерывная величина, разбивается на конечное число подобластей (элементов). Последние, имея общие узловые точки, аппроксимируют всю область (рис. 1.25). Основными достоинствами данного метода являются следующие: включение в единую расчетную схему самых разнообразных конструктивных вариантов устройства подземных сооружений; учет неоднородности сложения грунтового массива; определение областей концентрации напряжений грунтовом массиве и конструкции тоннеля путем использования более мелкой сетки конечных элементов в соответствующих областях; учет поверхностных нагрузок произвольного вида; учет податливости анкеров. В настоящее время существует большой выбор программных комплексов, основанных на МКЭ; позволяющих решать сложные пространственные задачи, среди них: PLAXIS, GEO, MIDAS GTS, NASTRAN, COSMOS/M, ANSYS и др. [55,56,77]. Некоторые из этих программ, такие как PLAXIS, MIDAS GTS позволяют моделировать конструкции с учетом технологии их строительства.
Метод конечных разностей (МКР), который исторически предшествовал развитию других численных методов, ориентирован на решение задач, описываемых уравнениями в частных производных. Идея МКР заключается в замене частных производных в дифференциальных уравнениях решаемой задачи отношениями разностей переменных, называемых конечными разностями [47]. Достоинством данного метода является возможность решать задачи как в однородных, так и неоднородных средах, недостатком -невозможность последовательного сгущения сетки в областях, где ожидается резкий рост напряжений[3]. Особенности построения конечно-разностных сеток создают также определенные трудности при воспроизведении сложных границ расчетной области, участков, резко отличающихся по физико-механическим свойствам.
Анализ напряженно-деформированного состояния системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив» по результатам численного эксперимента
В зависимости от физико-механических характеристик грунтового массива используются различные математические модели. Наиболее распространенными моделями являются следующие: упругая, упругопластическая, жесткопластическая, вязкоупругая, вязкопластическая и др.
Применимость упругой модели к грунтам впервые была обоснована трудами Н.П. Пузыревского, К. Терцаги, Н.М. Герсеванова, В.А. Флорина, Н.А. Цытовича [45,49,53]. Эта модель наиболее распространена в инженерной практике благодаря своей простоте и возможности использования хорошо разработанного математического аппарата теории упругости для описания напряженно-деформированного состояния грунтов.
Принципиальная основа упругопластической модели Мора-Кулона показана на рис. 2.4, где а - эффективное главное напряжение, є -соответствующая относительная деформация. Данная модель отличается от упругой модели тем, что после некоторого предела, определяемого условием пластичности, в модели к упругим деформациям добавляются пластические. Жесткопластическая модель грунта применяется в том случае, когда величина пластических деформаций превышает упругие, вследствие чего последние во внимание не принимаются. Реологические модели отражают свойство ползучести горных пород, т.е. их способность деформироваться во времени при постоянных напряжениях. Модели включающие в себя упругие и вязкие элементы, называются вязкоупругими. Среди них самыми распространенными являются модели Максвелла и Кельвина. Теория линейной наследственной ползучести позволяет описать деформирование грунтов во времени с учетом истории нагружения: Данная теория была предложена Л. Больцманом и развита В. Вольтера. В соответствии с этой теорией, деформации среды под действием внешних сил продолжаются после их приложениями снятия (наследственность), при этом деформации, пропорциональны действовавшим в разные моменты времени напряжениям (линейность) и складываются между собой (принцип суперпозиции). Академию Ю:Н. Работнов показал, что задачу линейной наследственной ползучести можно формально рассматривать как теорию упругости, в которой вместо упругих постоянных необходимо использовать временные операторы с ядром ползучести. Указанное положение он назвал принципомВольтера [79].
Вязкопластические модели пород можно разделить на две группы. В одной из этих групп свойство вязкости является определяющим, грунты рассматриваются, по сути дела, как вязкие жидкости, движение которых описывается дифференциальными уравнениями, Навье-Стокса. В1 другой группе моделей свойство вязкости лишь дополняет другие свойства (упругость, пластичность) и вязкий элемент выполняет функцию задержки во времени упругих и пластических деформаций.
Вязкопластические модели учитывают развитие во времени упругих и пластических деформаций, в связи с чем структурные схемы моделей включают в различных комбинациях три вида элементов: упругие, пластические и вязкие.
При выборе расчетной модели необходимо исходить из того, что одни свойства, которые проявляют грунты, являются главными, а другие -второстепенными в практическом смысле. Выбор расчетной модели определяется конкретными условиями поставленной задачи: В рамках определения? НДЄ системы «конструкция тоннеля - грунтовый массив» с использованием программного комплекса «PLAXIS ЗЕ» TlJNNEIi для описания работы; грунтового массива чаще всего; используют упругопластическую модель Мора-Кулона [17,78]! Достоинством данной модели; является простота- использование обычных деформационных и прочностных характеристик, применяемых в инженерных расчетных методах механики грунтов w определяемых стандартными методами? прш инженерно-геологических изысканиях.
Для описания модели Мора-Кулона используются следующие параметры гидрогеологических; условий:: модуль Юнга (Е); коэффициент Пуассона (v), угол внутреннего трения (ф) сцепление (с), угол дилатансии: (\у); плотность, грунта естественной влажности (yunsat) и водонасыщенного грунта (Ysat), уровень подземных вод и плотность воды- Параметры Е, ф и с могут быть, как постоянными, так и изменяющимися с глубиной;
Параметры» Е т v характеризуют работу грунта в упругой стадии параметры ф и с - в пластической стадии: Угол дилатансии; \/ характеризует изменение объема грунта при сдвиге. Значение данного параметра для глинистых грунтов, за исключением;переуплотненных, приблизительно равно нулю; Дилатансия»песков; зависит как от плотности, так и от угла внутреннего трения. Для кварцевых песков данное значение приблизительно равно\/ ф-30. При значении угла внутреннего трения меньше 30, \(/=0:. Отрицательное значение\/характерно лишь для? очень мелких песков [77].
В программном комплексе «PEAXIS 3DTUNNEE для создания плоской? конечно-злементнойісетки используются 6-узловые треугольные элементы, для создания пространственной сетки - 15-узловые объемные элементы (рис 2.5): Перемещения: вычисляются: в узлах элемента; напряжения - в интегральных точках Гаусса.
