Автореферат диссертации (Напряжённо-деформированное состояние грунтовых плотин с противофильтрационными элементами из материалов на основе цемента), страница 2

Автором былопоказано, что при расчётах НДС грунтовых сооружений жёсткимитонкостенными конструкциями приемлемой точности решения можно добитьсятолько путём применения для моделирования последних конечных элементоввысокого порядка. С этой целью был предложен способ создания конечныхэлементов, который позволяет создавать в них неоднородную степеньаппроксимации перемещений.Созданная методика расчётов позволяет учитывать нелинейный характердеформирования грунтов, а также контактов между элементами конструкциисооружения. Автором предложен и реализован алгоритм расчёта НДСгрунтового сооружения, который позволяет учитывать то, что в разных зонахгрунтового массива деформирование грунта происходит по разным траекториянагружения (активное нагружение и/или разгрузка).Достоверность полученных результатов исследований обеспечивается,тем что- теория численного моделирования НДС грунтовых сооруженийпостроена на использовании хорошо известного, теоретически обоснованного имногократно апробированного метода конечных элементов, а также наиспользовании закономерностей теории механики грунтов,- идея базируется на учёте при численном моделировании важнейшихфакторов, определяющих реальные условия формирования НДС негрунтовыхПФЭ и окружающего грунтового массива, на использовании эмпирическихданных о деформируемости, прочности грунтов и цементосодержащихматериалов,- при составлении численных моделей сооружений использованыконечные элементы повышенной точности,- для составления численных моделей каменно-набросных плотиниспользованы данные о деформируемости каменной наброски, полученныедругими исследователями путём экспериментальных и натурных исследований,- результатычисленногомоделированиясогласуютсясопубликованными данными натурных наблюдений за работой грунтовыхплотин, а также с результатами, полученными простыми аналитическимиметодами,ирезультатамирасчётов,проведённыхспомощьюсертифицированного программного комплекса ANSYS,- установлено качественное и количественное совпадение результатовчисленного моделирования с имеющимися результатами натурных наблюдений,а в простых задачах – с результатами, полученными по программе ANSYS.6Научная новизна работы состоит в следующем:- предложены принципы решения задач о НДС грунтовых сооружений снегрунтовыми конструкциями, показана обязательность учёта при расчётахнелинейного характера взаимодействия элементов конструкции плотины междусобой, а также технологической схемы возведения и нагружения сооружения,- разработаны методика и алгоритм численного решения задачи опространственном НДС грунтовых сооружений, которые позволяют наиболеедостоверно моделировать работу тонких жёстких конструкций вовзаимодействии с грунтовым массивом,- разработана универсальная компьютерная программа, котораяпозволяет исследовать НДС грунтовых сооружений с тонкими жёсткиминегрунтовыми конструкциями,- выявлены особенности НДС противофильтрационных стен в основаниии теле грунтовых плотин – возможность возникновения в них значительныхсжимающих продольных усилий, изгиба в трёх плоскостях, выявлено влияниена НДС противофильтрационных стен неоднородности строения основания играничных условий,- выявлены причины и зоны возможного нарушения прочностипротивофильтрационных стен (с учётом изменения прочности материала стеныв зависимости от вида напряжённого состояния), предложены меры,позволяющие улучшить прочностное состояние противофильтрационных стен,- выявлены особенности НДС железобетонных экранов каменнонабросных плотин – возможность возникновения значительных растягивающихпродольных усилий в направлении вдоль откоса, значительных сжимающихнапряжений в направлении от борта к борту, а также изгиба в трёх плоскостях,- определено влияние на формирование пространственного НДСжелезобетонных экранов каменно-набросных плотин различных факторов(геометрия створа, деформируемость каменной наброски, высота плотины ипоследовательность её возведения, разрезка деформационными швами и др.),- установлены причины и зоны возможного возникновения трещин вжелезобетонных экранах каменно-набросных плотин (за счёт нарушенияпрочности на растяжение и сжатие), предложены рекомендации по повышениюнадёжности работы железобетонных экранов,- установлена степень влияния температурных воздействий на НДСжелезобетонных экранов каменно-набросных плотин, обоснована возможностьприменения данного типа плотин в суровых климатических условиях,- выявлены особенности НДС грунтовых плотин с массивныминегрунтовыми ПФЭ из цементосодержащих материалов (экран, ядро,инъекционная завеса), определено влияние на их НДС различных факторов,дана оценка работоспособности этих видов ПФЭ,- обоснована возможность применения конструкций типа «стена вгрунте» в качестве противофильтрационных диафрагм грунтовых плотин, в т.ч.высоких,- выполнена оценка работоспособности конструкции комбинированныхплотин, включающих в себя бетонное и грунтовое сооружения,7- предложена и обоснована конструкция грунтовой плотины скомбинацией двух тонкостенных негрунтовых ПФЭ (глиноцементобетоннойдиафрагмы и железобетонного экрана).Теоретическая значимость работы заключается в следующем:- применительно к проблематике диссертации результативноиспользовано численное моделирование для получения новых знаний о НДС иработоспособности различных видов негрунтовых противофильтрационныхконструкций в основании и теле грунтовых плотин,- проведена модернизация численной методики исследований НДСжёстких негрунтовых конструкций в грунтовых сооружениях на основе методаконечных элементов, позволившая получить новые научные результаты,- изложены алгоритмы численного моделирования работы жёсткихнегрунтовых конструкций грунтовых плотин,- изучены особенности и раскрыты закономерности формирования НДСразличных типов негрунтовых ПФЭ (экраны, диафрагмы, завесы) грунтовыхплотин, изучено влияние различных факторов на их НДС,- изучено влияние характера пространственного напряжённого состоянияматериала противофильтрационных стен (глиноцементобетон) на его прочность,- выявлены(раскрыты)причинынарушенияпрочностивжелезобетонных экранах и других видах (как тонкостенных, так и какмассивных) негрунтовых ПФЭ грунтовых плотин, сформулированырекомендации по повышению надёжности их работы,- обоснована возможность устройства методом «стена в грунте»противофильтрационной диафрагмы в теле высокой грунтовой плотины,- обоснована возможность применения каменно-набросных плотин сжелезобетонными экранами в суровых климатических условиях.Практическая значимость работы состоит в следующем:- разработана вычислительная компьютерная программа, позволяющаяпроводить исследования НДС грунтовых сооружений с негрунтовымиконструкциями (включая тонкостенные) с учётом истории формирования НДСи нелинейного характера деформирования среды при восприятии нагрузок,- представлены результаты расчётного обоснования конструкций рядареальных грунтовых плотин с тонкостенными негрунтовыми ПФЭ,- представлены результаты анализа работоспособности типа высокойгрунтовой плотины с ПФЭ в виде инъекционной завесы, сформулированыусловия, при которых данный тип плотин может быть применён,- представлены результаты анализа экспериментальных и натурныхданных о деформируемости каменной наброски,- обоснован низкий уровень работоспособности комбинированныхплотин, состоящих из массивного бетонного сооружения и из грунтовогосооружения с ПФЭ в виде железобетонного экрана,- обоснованы преимущества применения грунтовой плотины с ПФЭкомбинированного типа, состоящего из железобетонного экрана и диафрагмы,возведённой методом «стена в грунте».8- представленыэмпирическиезависимости,позволяющиенапредварительных стадиях проектирования оценить НДС и прочностьтонкостенных негрунтовых ПФЭ (экранов, диафрагм) в теле и основаниигрунтовых плотин, а также выбрать параметры ПФЭ, обеспечивающие ихработоспособность,- сформулированы рекомендации по выбору материала дляпротивофильтрационных стен в основании и теле грунтовых плотин, дляинъекционных завес в нескальных грунтах,- сформулированы рекомендации по повышению работоспособности, поулучшению прочностного состояния различных видов негрунтовых ПФЭгрунтовых плотин,- представлены предложения по дальнейшему совершенствованиюконструкций грунтовых плотин комбинации негрунтовых ПФЭ разных видов.Положения, выносимые на защиту:- методика численных исследований НДС грунтовых сооружений,включающих в себя жёсткие негрунтовые конструкции,- результаты анализа НДС негрунтовых ПФЭ в теле и основаниигрунтовых плотин, выводы о причинах возможного нарушения их прочности,- результаты анализа влияния различных факторов на НДС тонких имассивных негрунтовых ПФЭ грунтовых плотин, а также эмпирическиезависимости, отражающие это влияние,- рекомендации по совершенствованию конструкций плотин снегрунтовыми ПФЭ, по выбору материала для их устройства,- рекомендации по выбору конструкций плотин с комбинацией ПФЭ.Личный вклад автора заключается в постановке задачи исследований,разработке методики расчётов НДС грунтовых плотин с тонкостенныминегрунтовыми ПФЭ, создании реализующей её вычислительной программы,выполнении численных исследований, обработке, анализе и обобщении ихрезультатов, а также в формулировании выводов и рекомендаций.Апробация результатов работы проводилась путём публикации статей внаучных журналах и в виде докладов на научных конференциях.

Были сделаныдоклады на конференции «Строительство – формирование средыжизнедеятельности» (НИУ МГСУ, 2017 г.), второй научно-техническойконференции ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» (2006 г.), на XXI российскопольско-словацком семинаре «Теоретические основы строительства» (САФУ,2012 г.).Научные результаты достаточно полно изложены в 40 печатных работах,в т.ч. 34 статьи опубликованы в журналах, включенных в переченьрецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованыосновные научные результаты диссертаций на соискание ученой степеникандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (Переченьрецензируемых научных изданий), из которых 9 – опубликованы в изданиях,индексируемых международными реферативными базами Scopus и Web ofScience.9ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫДиссертация включает в себя введение и 7 глав.