Автореферат (Влияние сезоннопромерзающих грунтов на фундаменты вертикальных стержневых элементов)

На правах рукописиЦвигунов Дмитрий ГеннадьевичВЛИЯНИЕ СЕЗОННОПРОМЕРЗАЮЩИХ ГРУНТОВНА ФУНДАМЕНТЫ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТЕРЖНЕВЫХЭЛЕМЕНТОВ05.23.02 – Основания и фундаменты, подземные сооруженияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 2019Работа выполнена на кафедре «Мосты, тоннели и подземные сооружения»федерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего образования «Дальневосточный государственный университет путейсообщения» (ДВГУПС)Научный руководитель:доктор технических наук, доцентКудрявцев Сергей АнатольевичОфициальные оппоненты:Сахаров Игорь Игоревичдоктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургскийгосударственный архитектурно-строительныйуниверситет», кафедра «Геотехники», профессор;Черкасов Александр Михайлович,кандидат технических наук, доцент,ФГБОУ ВО «Российский университет транспорта(МИИТ)», кафедра «Транспортное строительствов экстремальных условиях», заведующий кафедройВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегообразования «Сибирский государственныйуниверситет путей сообщения»Защита состоится «10» апреля 2019 г.

в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.05 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Российский университет транспорта (МИИТ)» по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9,стр. 9, ауд. 7618 (7 корпус МИИТ, Минаевский переулок д. 2, ауд.

7618).С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте РУТ (МИИТ),www.miit.ruАвтореферат разослан « ___ » марта 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного советакандидат технических наук, доцентШавыкинаМарина Витальевна2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследованияОбширные территории Дальневосточного федерального округа находятсяв грунтовых условиях глубокого сезонного промерзания и вечной мерзлоты.Мощность промерзания грунтов оснований на этих обширных пространствахколеблется в диапазоне от 1,5 до 5 метров.В связи с возрастанием темпов освоения этого региона вопросы повышения устойчивости, надежности и долговечности сооружений, возводимых всложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях, приобретают большое практическое значение.

Фундаменты сооружений в сезоннопромерзающих грунтах основания подвергаются воздействию процессов: промерзания, морозного пучения, оттаивания и вибродинамики. Эти процессы особенно интенсивно проявляются в период сезонного оттаивания и промерзания.Фундаменты вертикальных стержневых элементов – это относительно легкиесооружения, которые наиболее подвержены этим негативным явлениям.Многофакторные проблемы возникают при эксплуатации вертикальныхстержневых элементов заделанных в грунтовые основания. На участках эксплуатирующей организации, службы электрификации ОАО «РЖД» ДВЖД, штатноэксплуатируется 52 %, выправлено 18 %; эксплуатируется с дефектами 9 %, требуют дополнительной выправка 12 %, ежегодно подвергается повторной выправке 9 %.

Исходя из представленных данных, до 48 % опор контактной сети всложных условиях эксплуатации не отвечают требованиям проектной документации.При разработке обоснования проектных и инженерных решений возведения зданий и сооружений в условиях холодных регионов целесообразно выполнять предпроектные и технологические проработки вариантов устройства фундаментов с достаточным запасом и учетом всех негативных процессов, возникающих в сезоннопромерзающих грунтах.Для этого необходимо создать объективный и надежный математическийаппарат исследования работы оснований фундаментов вертикальных стержневых элементов, учитывающий совместно изменяющееся во времени теплофизическое и напряженно-деформированное состояние промерзающих грунтов, чтопоказывает на актуальность научной задачи диссертационной работы.Степень разработанности темыДанная работа рассматривает работу вертикальных стержневых элементов приреконструкции и строительстве, поэтому она была направлена на изучение способовзащиты и снижения сил морозного пучения с использованием эффективных конструкций утепления и устройств снижающего морозоопасность основания.

Такимиконструкциями могут быть термические обоймы, воспринимающие нагрузки от силморозного пучения и вибродинамических воздействий. Исследованию основныхпричин и закономерностей отклонений вертикальных стержневых элементов, проектированием рациональных конструкций позволяющим снизить или нейтрализоватьвоздействие сил морозного пучения, посвящены работы таких ученых какЕ.С. Ашпиз, Н.И. Быков, Б.И. Далматов, С.Е.

Гречищев, О.Р. Голли, М.Н. Гольд3штейн, Э.Д. Ершов, В.Г. Кондратьев, В.Н. Ли, М.А. Минкин, Н.Н. Морарескул,А.Л. Невзоров, В.В. Пассек, А.В. Паталеев, В.С. Сажин, А.С. Сапов, Г.М. Стоянович,Г.М. Фельдман, Н.А. Цытович, Л.В. Чистотинов, В.Б. Швец и другие авторы. Исследования в этом направлении перспективны, но их результаты пока еще недостаточны для практического применения вследствие ежегодного деформирования ВСЭ.Объект исследования: область основания сезоннопромерзающих грунтоввокруг вертикальных стержневых элементов.Предметисследования:теплофизическоеинапряженнодеформированное состояние грунтовых оснований фундаментов вертикальныхстержневых элементов под воздействием процессов: промерзания, морозногопучения, оттаивания и вибродинамики.Целью исследования является снижение или ликвидация деформацийгрунтов основания, действующих на конструкции вертикальных стержневыхэлементов.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:1) выполнить натурные исследования в годичном цикле процессов: промерзания, морозного пучения с учетом миграции грунтовой влаги, оттаивания ивибродинамического воздействия;2) провести полевые исследования по оценке влияния основных факторов,влияющих на деформативность грунтов основания вертикальных стержневыхэлементов;3) выполнить эксперименты в лабораторных условиях на приборе трехосного сжатия для оценки влияния влажности на прочностные свойства грунта;4) разработать математическую модель сезоннопромерзающего грунта, учитывающая накопление миграционной влаги в промерзающих глинистых грунтах ивлияние ее на снижение прочностных и деформационных характеристик грунтовоснования вокруг вертикальных стержневых элементов при оттаивании;5) получить разрешающее уравнение процесса приращения относительныхдеформаций грунта;6) выявить связь влияния деформативности грунта на устойчивость вертикальных стержневых элементов;7) развитие численной методики расчета влияния промерзания и оттаивания,вибродинамического воздействия применительно к Дальневосточному региону;8) предложить конструктивное решение снижающее деформативностьгрунтов основания вертикальных стержневых элементов в сезоннопромерзающих грунтах.Теоретическая и практическая значимость работы:1) выявлен годичный цикл изменения температуры грунта, миграции грунтовой влаги, амплитуды колебаний вибродинамического воздействия от проходящего транспорта;2) предложен поправочный сезонный коэффициент на снижение прочностных свойств грунта за счет влияния вибродинамического воздействия;3) выявлена связь и предложена формула для оценки сопротивления грунта сдвигу от его влажности;44) предложен регламент работ по диагностике опор вертикальных стержневых элементов;5) предложено конструктивное решение фундаментной части вертикальныхстержневых элементов снижающее влияние теплопередачи фундамент-грунт.Методология и методы исследованияМетодологической основой для решения задач является системный подход,включающий проведение лабораторного, натурного и численного моделирования.Натурное моделирование проводилось на вертикальных стержневых элементах сприменением устройства конструктивных элементов для снижения миграции влагив сезоннопромерзающих грунтах на действующих объектах филиала ОАО «РЖД»ДВЖД.

Расчеты теплофизического и напряженно-деформированного состояниягрунтов выполнены с использованием метода конечных элементов в программномкомплексе FEM models по программе «TERMOGRAUND», разработанной геотехниками Санкт-Петербурга под руководством профессора В.М. Улицкого.Научная новизна работы заключается в следующем:1) разработана математическая модель сезоннопромерзающего грунта, учитывающая накопление миграционной влаги в промерзающих глинистых грунтах ивлияние ее на снижение прочностных и деформационных характеристик грунтовоснования вокруг вертикальных стержневых элементов при оттаивании;2) получено разрешающее уравнение процесса приращения относительныхдеформаций грунта;3) предложена экспоненциальная зависимость сопротивления грунта сдвигу от его влажности;4) выявлена зависимость прочностных характеристик грунта при вибродинамическом воздействии, в зависимости от его температуры.Положения, выносимые на защиту:1) результаты экспериментальных исследований изменения температурыпри промерзании и оттаивании грунта, миграции влаги в грунте, амплитуды колебаний при вибродинамическом воздействии;2) математическая модель грунта, позволяющая учитывать влияние накопленной миграционной влаги в сезоннопромерзающих глинистых грунтах наснижение значений прочностных и деформационных характеристик грунтовоснования ВСЭ от влажности и вибродинамического воздействия;3) связь сопротивления грунта сдвигу от его влажности;4) влияние вибродинамики на прочностные свойства грунта в зависимостиот его температуры.Степень достоверности и апробация работы.