Диссертация (1141446), страница 14

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

Текст из файла (страница 14)

Это ещё разподтверждает то, что эксперименты относятся к каменной наброске низкойплотности.2.5. Обзор информации о модулях деформации каменной наброскиПри анализе натурных данных о деформациях плотин обычно используютнаиболее простую модель – модель линейно деформируемой среды.Пинто [Pinto, 1998] был проведён анализ натурных данных. Модульдеформации (в вертикальном направлении), соответствующий моменту временидо наполнения водохранилища, определялся по формуле:EV Hh,s(2.42)где γ – удельный вес грунта тела плотины,H – высота слоя грунта над точкой, в которой измерена осадка,s – осадка, измеренная в точке,h – толщина сжимаемого слоя грунта, соответствующая данной точке.Полученные данные приведены в таблице 2.8.82Таблица 2.8 - Данные о модулях деформации каменной наброскиПлотинаСтранаГодCethanaA.AnchicayaFoz do AreiaSegredoXingoAguamilpaSalvajinaGolillasShiroroLower PiemanMackintoshMurchisonBastyanKhao LaemKotmaleАвстралияКолумбияБразилияБразилияБразилияМексикаКолумбияКолумбияНигерияАвстралияАвстралияАвстралияАвстралияТайландШри-Ланка197119741980199319941993198419841984198619811982198319841984Etтип Высота EvгрунтамМПа МПаг.м.г.м.г.м.г.м.г.м.г.г.г.г.г.г.г.г.г.г.м.г.м.г.м.г.м.г.м.г.м.г.м.1101451601401401871481301251227589751309713514532453719039021076160402251604550300440110170190680630340200100590280380Et/Ev2.223.033.443.785.143.581.621.620.001.252.502.621.758.440.00Оказалось, что модуль деформации горной массы изменяется в оченьшироких пределах – от 32 МПа до 225 МПа, минимальное и максимальноезначение модуля отличаются почти на порядок.

Среднее значение модулясоставляет 95 МПа, что в 1,5 раза выше, чем было принято нами.Модули деформации гравийно-галечниковых грунтов выше, чем у горноймассы – 190390 МПа.Кроме того, Пинто провёл анализ модулей деформации каменной наброскидля момента наполнения водохранилища [Pinto; Marques]. По известнымпрогибам экрана вычислялся модуль деформации каменной наброски внаправлении перпендикулярном к экрану, соответствующий перемещениямэкрана при первом наполнении водохранилища (МПа).

Он определялся поэмпирической формуле:E T  0,003H2,D(2.43)83где D – прогиб железобетонного экрана, измеренный в середине по высотеплотины, произошедший при наполнении водохранилища, (м),H – высота плотины (м).Оказалось, что при наполнении водохранилища, каменная наброска имеетсущественно меньшую деформируемость, чем при восприятии собственного веса– в 1,58 раз (таблица 2.8). Это объясняется нескольким факторами.

Во-первых,снижение сжимаемости каменной наброски отражает её нелинейный характердеформирования и существенное влияние на деформируемость бокового обжатия,которое создаётся в т.ч. гидростатическим давлением. Во-вторых, проявляетсяпространственная работа плотины в узком створе. В-третьих, это может бытьобъяснено тем, что каменно-набросные плотины не являются однородными –камень в них зонирован. С верховой стороны каменная наброска уплотняетсяболее тщательно, чем с низовой.

Величины строительных осадок плотины восновном определялись деформациями низовой призмы, а прогибы экрана подгидростатическим давлением – деформациями верховой призмы.Но из этого можно сделать и другой вывод – использованные нами данныенатурных наблюдений за строительными осадками иногда соответствуюткаменной наброске, которая не доуплотнена и располагается в низовой призме.Реальные модули деформации каменной наброски могут быть в 25 выше, чемпринятые нами.Вывод–отсутствиедостоверныхэкспериментальныхданныходеформируемости каменной наброски не позволяет строить достоверные моделигрунтов для описания их поведения в плотинах и варьировать их параметрами.Поэтому на данном этапе вполне допустимо использовать приближённые,феноменологические модели грунтов.842.6.

Моделирование деформируемой среды. Выбор расчётной моделигрунтовЗамечание к выбору модели грунтаПод моделью грунта понимают выраженный в виде функциональнойзависимости характер поведения грунта при нагружении.Грунты в реальности не являются материалом сплошной среды, т.к. состоятиз отдельных частиц, связи между которыми существенно слабее прочностисамих частиц. Взаимодействие между частицами имеет сложный механизм.Многие грунты представляют собой дисперсные системы, т.к. состоят изнескольких фаз (твёрдая, жидкая, газообразная). Связи между частицами могутразличными по физической основе, а количество связей может изменяться впроцессе деформирования.По этой причине в настоящее время не создано точной и всеобъемлющейаналитической модели грунтов. Все используемые модели рассматривают грунткак твёрдое сплошное деформируемое тело. Все созданные модели –феноменологические, т.е.

лишь описывают эмпирические данные экспериментов,используякакое-либоабстрактноетеоретическоепредположение,нонераскрывают их физическую суть.Сточкизрениятеориипластичностипринятовыделятьмоделидеформационной теории пластичности и модели, основанные на теориипластического течения [Ильюшин; Новацкий].Наибольшее применение в расчётной практике, в вычислительныхпрограммах получили модели Кулона-Мора, Cam Clay [Roscoe, Schofield, Wroth],гиперболическая модель [Duncan, Chang].

Модель Cam Clay реализует теориюпластического течения, а гиперболическая модель – деформационную теориюпластичности. Однако всем моделям необходимо увязывать между собойпрочностное и деформируемое состояние грунта.Модель Кулона-МораЧаще всего применяется наиболее простая модель – модель Кулона-Мора.Она предполагает, что разрушение грунта происходит тогда, когда касательные85напряжения достигают предельного сопротивления сдвигу. При этом предельноесопротивление сдвигу lim изменяется прямо пропорционально нормальномунапряжению  на площадке скольжения (закон Кулона) [Механика грунтов,основания и фундаменты]:lim   tg   c ,(2.44)где  – угол внутреннего трения грунта,c – удельное сцепление.Закон Кулона может быть выражен иначе (закон Кулона-Мора) [Механикагрунтов, основания и фундаменты]:sin  1  3.1  3  2c / tg (2.45)До разрушения обычно предполагают линейную зависимость междудеформациями грунта и внешней нагрузкой, в соответствии с законом Гука[Теория упругости]: xy 2 1    xy ,E xz 2 1    xz ,E yz 2 1    yz .Ex 1x    y  zEy 1 y    x   z Ez 1z    x   yE(2.46)Здесь E – модуль линейной деформации,  - коэффициент относительнойпоперечной деформации (коэффициент Пуассона).Таким образом, для выполнения расчётов требуется всего четыре параметра:E, ,  и с, что удобно.

Однако модель Кулона-Мора не учитывает множестводругих проявлений нелинейного характера деформирования грунтов.Кроме того, экспериментально установлено, что угол внутреннего трения не является константой, а зависит от напряжённого состояния. По предложениюнескольких авторов угол внутреннего трения изменяется в зависимости отнапряжения обжатия 3 [Ничипорович, Рассказов; Гольдин, Рассказов]. Этазависимость может быть записана в виде86   0   lg  3  , pa (2.47)где 0 – угол внутреннего трения при 3  0 ,p a – атмосферное давление.Деформационные моделиВдеформационнойтеориипластичностисчитается,чтотензорынапряжений и деформаций имеют одно и то же направление [Ильюшин;Новацкий].Принимается,чтозависимостьнапряженийидеформацийопределяется текущим состоянием грунта.

Принимается, что она может бытьзаписана в форме закона Гука, однако константы материалов, используемые вэтом законе (модуль деформации, коэффициент Пуассона), должны изменяться взависимостиоттекущегонапряжённогосостояниягрунта,неявляяськонстантами.Широкое распространение получила деформационные модели: модельупрочняющегося грунта (Hardening Soil) и гиперболическая модель (HyperbolicModel, модель Дункана-Чанга).Модель упрочняющегося грунта [Schanz, Vermeer, Bonnier].

В моделигрунта Hardening Soil деформируемость грунта описывается 10 параметрами,определяемыми из трёхосных и компрессионных испытаний. В моделипринимается, что по мере приближения к предельному состоянию модульдеформации не изменяется, он принимается неким средним между начальным иконечным. В расчётах используется модуль E50 , соответствующий точке, вкоторой интенсивность касательных напряжений равна половине от предельных(рисунок 2.21). В модели учитывается то, что по мере увеличения обжатия модуль– увеличивается, поэтому модель носит название модели упрочняющегося грунта.87Рисунок 2.21 - Схема к определению модуля деформации грунта по моделиупрочняющегося грунтаДля построения функции зависимости модуля деформации от прочностногосостояния вводится понятие опорного уровня напряжений.Выражение для определения текущего значения модуля деформации E50принимается в виде:mE50 refE50 c  cos  3 sin   ,refccospsin(2.48)refгде E50– значение модуля деформации при опорном уровне напряжений;p ref – опорный уровень напряжений обжатия  3 .В модели грунта Hardening Soil учитывается и явление дилатансии.Принимается, что угол дилатансии  постоянным:v2 sin lim1  sin 1(2.49) v – объёмная деформация при сдвиге;1lim – предельное значение осевой деформации при сдвиге.Величину  принимают в долях от φ.По сути модель упрочняющегося грунта есть уточнение модели КулонаМора, учитывающее изменение модуля деформации с учётом обжатия.88Гиперболическая модель.

Гиперболическая модель позволяет не толькоучесть увеличение модуля деформации по мере роста бокового обжатия, но иучесть снижение модуля по мере приближения грунта к предельному состоянию.Для этого используется гиперболическая формула.В 1963 году Корднер [Kondner] показал, что нелинейные кривыезависимости деформаций от напряжений для грунтов можно с высокой степеньюточности аппроксимировать в виде гиперболы:1  3 ,a  b(2.50)где 1 ,  3 – соответственно максимальные и минимальные сжимающиеглавные напряжения, – осевая деформация,a, b – эмпирические параметры гиперболической кривой.Параметры кривой могут быть определены из стабилометрическихиспытаний. Параметр а обратно пропорционален начальному значению модулялинейной деформаций E i .Асимптота гиперболы 1  3 a находится несколько выше значения1  3 f ,при котором деформации начинают резко возрастать.

Характеристики

Список файлов диссертации