Автореферат диссертации (1141445), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Она оформлена в видедвух томов и включает в себя 539 страниц машинописного текста (без учётаприложений, 315 страниц в томе 1, 224 страницы в томе 2), 295 рисунков и17 таблиц. Список литературы включает в себя 274 источника.Во введении обосновывается актуальность выполненной работы,оценивается степень разработанности рассматриваемой темы, приводятсясведения о применённых методах исследований и их достоверности,раскрывается научная новизна, теоретическая и практическая значимостьработы, а также описывается личный вклад автора, приводятся сведения обапробации результатов работы.Глава 1 представляет собой обзор применения негрунтовыхпротивофильтрационных конструкций при строительстве грунтовых плотин,выполненный на основе научно-технической литературы, а также анализперспектив их дальнейшего использования и совершенствования.История и опыт применения негрунтовых ПФЭ показывают, что несмотряна значительный прогресс в области строительного материаловедения истроительных технологий в настоящий момент нет конструктивных решений,которые бы гарантировали надёжность работы сверхвысоких плотин.Соответственно в качестве задач исследования были поставлены следующие:во-первых, выявить причины возможных нарушений прочности негрунтовыхПФЭ, а во-вторых, сформулировать рекомендации по повышению надёжностиих работы.

На основе анализа тенденций развития гидротехническогостроительства был сделан вывод о том, что для обеспечения надёжностисверхвысоких плотин целесообразно использовать комбинированныеконструкции ПФЭ.Глава 2 посвящена принципам моделирования работы грунтовых плотинс негрунтовыми конструкциями.Были выделены основные факторы, которые определяют условиявосприятия сооружением внешних нагрузок и формирования его НДС: технологическая схема возведения грунтовой плотины и еёнегрунтового ПФЭ, возможность проявления нелинейных эффектов на контактахнегрунтовых конструкций между собой и с грунтовым массивом (таких какпроскальзывание, отлипание), нелинейный характер деформирования грунтовой среды в процессевосприятия внешних нагрузок.Эти факторы необходимо учитывать при решении задачи об НДСгрунтовых плотин с негрунтовыми конструкциями, чтобы получатьдостоверные результаты её решения.Был проведён анализ деформируемости каменной наброски, из которойвозводятся высокие грунтовые плотины.

Путём обработки немногочисленныхэкспериментальных данных стабилометрических испытаний каменнойнаброски (в основном это данные Марсала, Марачи, Гупта) были получены10эмпирические зависимости для изменения модулей деформации камня (горноймассы, гравийно-галечникового грунта) в зависимости от его обжатия (т.е.минимальных сжимающих напряжений). Эти зависимости имеют видстепенной функции, что соответствует данным, полученным другими авторами(модели Дункана-Чанга, Л.Н.Рассказова).

Были определены параметры этихэмпирических зависимостей, характеризующих деформируемость камня.Однако опыт показывает, что лабораторные эксперименты часто несоответствуют условиям работы каменной наброски в сооружении. Во-первых,из-за ограниченных размеров приборов вместо реальных испытываютмодельные грунты, а, во-вторых, плотность исследуемого грунта меньше той,до которой уплотняют каменную наброску в теле плотины. Поэтому параметрынелинейной модели были скорректированы в сторону снижениядеформируемости каменной наброски.Чтобы проверить возможность использования полученных зависимостейи параметров деформируемости каменной наброски для решения задач НДС,было проведено их сравнение с данными натурных наблюдений.Использовались данные о максимальных строительных осадках ряда плотины,собранных другими авторами (рисунок 1).Рисунок 1 - Результаты расчёта максимальных осадок плотин s различнойвысоты H по разным формуламДля возможности сравнения была выведена полуэмпирическая формуладля определения максимальной осадки однородной грунтовой плотины отсобственного веса (при условии, что максимум строительных осадок находитсяв середине по высоте плотины):H 2  k 1 k  1  k (1)uH / 2 k ,4 E1pгде H – высота плотины (м); – удельный вес камня (тс/м3),11k  – коэффициент влияния формы профиля плотины (0,83).E1p, k – параметры степенной зависимости роста модуля деформацииматериала плотины в зависимости от вертикальной нагрузки p:(2)E p  E1p p k .Для выбранных параметров деформируемости горной массы былиполучены E1p =1752 тс/м2 и k=0,317.Для модели линейно деформируемой среды величина Ep выражаетсячерез модуль линейной деформации E и коэффициент бокового расширения :(3)Ep  E /  .Сравнение показало, что выбранные параметры деформируемостикаменной наброски входят в интервал возможных значений (рисунок 1) исоответствует каменной наброске, средней по деформируемости.

Выбранныедеформативные свойства камня примерно соответствуют модулю линейнойдеформации 60÷90 МПа (в модели линейно деформируемой среды).Однако анализ осадок реальных плотин показал, что они изменяются вочень широких пределах – от 0,2% до 4% от высоты плотины. Это говорит отом, что деформируемость каменной наброски может быть как существеннониже, так и существенной выше той, которая выбрана нами на основе данныхэкспериментальных исследований.Обзор зарубежных источников показал, что в верховую часть плотиныукладывают камень с модулем линейной деформации от 100 до 500 МПа. Грунтс модулем деформации около 60 МПа соответствует несортированнойкаменной наброске с невысоким качеством уплотнения, которую укладывают внизовую часть плотины.

Поэтому за рубежом при численном моделированиигрунтовых плотин как правило используютпараметры модели,соответствующие деформируемости камня примерно в 2-3 ниже, чем былаполучена нами.Можно сделать вывод, что из-за отсутствия на данном этапе достоверныхэкспериментальных данных о деформируемости каменной наброски в телеплотины, для расчётов можно применять любую модель грунта, даже модельлинейно деформируемого тела. Нами для моделирования нелинейногохарактера деформирования камня нами была выбрана модель грунта,предложенная профессором Л.Н.Рассказовым, т.к. помимо влияния обжатияона позволяет учитывать влияние и многих других нелинейных эффектов.При моделировании поведения грунтов был учтён эффект различиядеформируемости грунтов для траекторий активного нагружения и разгрузки,предложен алгоритм расчёта с учётом наличия двух траекторий нагружения.Для моделирования поведения контактов негрунтовых конструкциймежду собой (в швах, трещинах) и с грунтовыми массивом была использованамодель Кулона-Мора, предусматривающая линейную зависимость междуприращениями напряжений и приращениями перемещений до моментанарушения прочности на растяжение или сдвиг (рисунок 2).12а) поперёк плоскости контакта; б) вдоль плоскости контакта;Рисунок 2 - Расчётная модель поведения контактов.1 – поведение при первом нарушении прочности, 2 – поведение при повторномнарушении прочности.Глава 3 посвящена методике численного моделирования, разработаннойавтором для решения задач о НДС грунтовых плотин с негрунтовыми ПФЭ иреализованной в вычислительной программе NDS_N.

В главе описаныосновные зависимости и алгоритмы, которые составляют методику расчётов ииспользуются в вычислительной программе.Методика расчётов основана на методе конечных элементов (МКЭ), вкотором модель сооружения создаётся путём его разбиения на отдельныеконечные элементы, имеющие общие степени свободы. Для моделированияконтактного взаимодействия между собой отдельных частей сооружения вмодель сооружения вводятся конечные элементы специального типа –контактные конечные элементы.В данной работе было показано, что моделирование грунтовых плотин стонкостенными негрунтовыми конструкциями в рамках МКЭ требует особогоподхода.

Это вызвано тем, что некоторые виды негрунтовых ПФЭ плотинимеют малую толщину и выполняются из жёстких материалов. Модульдеформации материалов, выполненных на основе цемента, может в десятки исотни раз превышать модуль деформации грунта. Значительное отличиежёсткости негрунтовых ПФЭ от грунтового массива создаёт определённыевычислительные сложности и снижает точность получаемых результатов. Намибыло показано, что в большинстве случаев для моделирования тонкостенныхнегрунтовых конструкций нельзя применять простые объёмные (или плоские)конечные элементы, а необходимо использовать конечные элементы высокогопорядка, с квадратичной, а иногда и кубической аппроксимацией перемещенийвнутри элемента.Т.к. при решении пространственных задач с большим количествомконечныхэлементовиспользованиеэлементоввысокогопорядказатруднительно с точки зрения использования ресурсов ЭВМ, поэтому вмодели сооружения целесообразно сочетать конечные элементы разнойточности.

Нами было показано, что точность решения практически не13изменится, если использовать конечные элементы высокого порядка только длямоделирования тонкостенных ПФЭ и прилегающих к ней областей грунта, аостальные части сооружения моделировать более простыми элементами.Однако в этом случае возникает проблема сопряжения конечныхэлементов разного порядка – оно может привести к нарушению базовогопринципа МКЭ – принципа совместности перемещений.

Чтобы не допуститьэтого, нами был разработан специальный подход к созданию конечныхэлементов высокого порядка. Он заключается в том, чтобы повышение степениаппроксимации перемещений внутри элемента осуществлять не через узловые,а через внеузловые степени свободы. Такой подход позволяет удобно создаватьконечные элементы с неоднородной степенью аппроксимации перемещенийвнутри элемента и соответственно правильно сопрягать конечные элементыразного порядка.Для поиска неизвестных перемещения степеней свободы (узловых ивнеузловых) сооружения использовался традиционный для МКЭ подход –определение перемещений из решения системы линейных алгебраическихуравнений МКЭ.

Характеристики

Список файлов диссертации