Диссертация (1141446), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Обозначения см. на рисунке 2.26.Кроме того, был проведён расчёт НДС плотины при сработкеводохранилища от НПУ 130 м до УВБ 87 м. По результатам расчётов в варианте№2 смещения гребня уменьшились с 50 до 14 см, т.е. на 36 см (рисунок 2.28). Этонеоправданно большие смещения. В варианте №1 сработка водохранилищавызвала уменьшение смещения гребня плотины с 35 см до 14 см, т.е.

на 21 см(рисунок 2.28).117Рисунок 2.28 - Смещения плотины (см) при сработке водохранилища до 87 м.Обозначения см. на рисунке 2.27.Таким образом, учёт наличия у грунтов двух ветвей нагружения позволяетвыявить более правильно, точно моделировать работу грунтовых сооружений.Оно также выявляет дополнительный резерв их прочности, за счёт уменьшения еёдеформаций. Последнее обстоятельство играет важную роль при оценкенадёжности работы жёстких негрунтовых ПФЭ в теле грунтовых плотин.Можно отметить, что описанный выше алгоритм учёта различиядеформируемости грунта на двух ветвях нагружения – довольно простой.

Егопреимуществом является однозначность, что удобно при численной реализации.2.9. Моделирование контактов между конструкциямиРоль моделирования контактов в решении задачи НДСЗначительнуюрольвформированиинапряжённо-деформированногосостояния негрунтовых противофильтрационных конструкций каменной плотиныиграет характер их взаимодействия с каменной насыпью и между собой.

В силуразной жёсткости грунтов и негрунтовых материалов контакты между ними впроцессе восприятия нагрузок могут вести себя нелинейно. К важнымнелинейным эффектам можно отнести отрыв и проскальзывание. Оба эти эффектапроявляются при нарушении прочности контакта. При отрыве – это нарушениепрочности на растяжение, при проскальзывании – на сдвиг.118Чтобы учитывать влияние этих эффектов при расчётах НДС необходимо вявном виде моделировать поведение контактов, получая и анализируя ихнапряжённое и прочностное состояние.Деформационные свойства контактовПри анализе механических свойств контактов и трещин обычно выделяютнапряжения и перемещения, ориентированные в плоскости контакта (касательныенапряжения  и касательные перемещения), и напряжения и перемещения,направленые по нормали к плоскости контакта (нормальные напряжения  инормальные перемещения). Таким образом, напряжённое состояние контакта(трещины) характеризуется тремя независимыми друг от друга величинами:  – нормальное напряжение,  x ,  z – касательные напряжения в направлении соответственно двухвзаимно перпендикулярных осей x и z, расположенных в плоскости трещины.Поведение контактов нельзя описать с помощью того же математическогоаппарата, который используется для описания сплошной среды.

Это объясняетсятем, что контакт по сути – это отсутствие сплошной среды. Поэтому у контактовтрудно говорить об относительных деформациях.Для описания поведения контактов (в т.ч. швов) можно воспользоватьсятеорией работы трещин. Исследованиями выявлено, что напряжения ( или ),возникающие в трещине, зависят от относительных перемещений двух «берегов»трещины u [Goodman; Зерцалов].В нормальном направлении при сжатии экспериментальная кривая связинапряженийиотносительныхперемещенийхорошоописываетсягиперболической зависимостью [Goodman]. В касательном направлении связьнапряжений и относительных перемещений также имеет нелинейный характер.Но при практическом использовании, в области небольших по величиненапряжений, зависимость обычно считают линейной.В этом случае можно записать связь между  и u в плоскости трещины(шва) в виде:119  k n u n ,(2.100)x  k tx u x ,(2.101а) z  k tz u z ,(2.101б)где u x , u z , u n – относительные перемещения двух «берегов» трещины(шва) соответственно в направлении осей x, z и в направлении нормальном кплоскости xz,k tx ,k tz– касательная жёсткость трещины (шва) соответственнонаправлениях x и z,k n – жёсткость трещины в направлении нормали к её плоскости.Жёсткость трещины – величина, измеряемая в Н/м3 или в иных подобныхединицах измерения.

Достоверно её можно определить только в результателабораторных испытаний.Относительные перемещения представляют собой разницу перемещенийдвух (условно левого и правого) «берегов» трещины:u  u лев  u прав .(2.102)По напряжениям  x и  z можно определить максимальное касательноенапряжение, действующее в плоскости контакта: 2x   2zНелинейное(2.103)поведениеконтактапроявляетсяввиденарушенияпропорциональности между напряжениями и относительными перемещениями(рисунок 2.29).Внаправлениипоперёктрещиныприпревышениинормальныминапряжениями  прочности на растяжение Rр происходит потеря связи между«берегами» трещины и неограниченный рост относительных перемещений u n трещина раскрывается (рисунок 2.29а). При этом трещина не в состоянии болеенести никакой растягивающей нагрузки (график №1 на рисунке). При повторномпоявлении в трещине растяжения (после возобновления сжатия) контакт будет120нарушаться сразу, как только в нём появятся растягивающие напряжения (график№2 на рисунке).Рисунок 2.29 - Расчётная модель поведения контактова – в направлении, нормальном к плоскости контакта, б – в плоскостиконтакта; 1 – поведение при первом нарушении прочности, 2 – поведение приповторном нарушении прочности.Такимобразом,нелинейнуюзависимостьмеждунапряжениямииотносительными перемещениями в нормальном направлении можно описатьследующими уравнениями:1)   k n u n .

Применяется если   R р и контакт ещё ни разу неоткрывался, или если 0, если прочность контакта на растяжение ранеенарушалась;2) =0 для всех остальных случаях.В направлении вдоль трещины потеря связи между «берегами» происходит,если касательные напряжения по абсолютной величине превысят прочностьтрещины на сдвиг пред (рисунок 2.29б).

После этого трещина сможетвоспринимать только нагрузку, равную силе остаточного сопротивления сдвига.Она может быть равна пред (график 1 на рисунке), а может быть меньше (график 2на рисунке) в зависимости от прочностных свойств контакта. Первый случайреализуется при пластическом поведении контакта, второй – при его хрупкомразрушении.121Описанный механизм работы трещины на сдвиг возможен только в томслучае, если она не раскрылась, т.к. раскрытая трещина не сопротивляется сдвигу.Аналогичным образом можно описать и поведение контактов двух твёрдыхтел, которыми являются негрунтовые конструкции в случае, если они разделенышвом, а также контакта «грунт-бетон».

Несколько иначе ведёт себя монолитныйконтакт двух твёрдых тел, например, контакт «бетон-скала». До образованиятрещин его сопротивление сдвигу создаётся как силами трения, так и силамисцепления. После одноразового образования трещины в контакте сопротивлениесдвигу обеспечивается только за счёт трения.Прочностные свойства контактовПри вычислении прочности контакта на сдвиг считаем его гладким, т.е.

неучитываем явление дилатансии. Это вполне обосновано для описания работыконтактов негрунтовых конструкций с грунтами и работы швов. В качествеусловия прочности на сдвиг используется  пред .Длявычисления(2.104)предельногосопротивлениясдвигуможетбытьиспользована формула Кулона (с учётом знака «–» для сжатия):пред   tg   c ,(2.105)где  – угол внутреннего трения на контакте,с – удельное сцепление на контакте.В этой формуле сцепление с учитывается только в том случае, если контактсохранил монолитность и трещина в нём отсутствует. При наличии трещины с=0.Для раскрывшегося контакта пред  0 .Таким образом, характер поведения контактов, имеющих прочность нарастяжение и сдвиг, довольно сложен.Выводы к главе 2:1.

В настоящее время недостаточно достоверных экспериментальныхданных о деформируемости крупнообломочных грунтов, используемых для тела122грунтовых плотин, что связано со сложностью проведения экспериментов стакими грунтами. Это не позволяет строить достоверные модели грунтов дляописания их поведения в плотине, а соответственно и варьировать ихпараметрами. Поэтому на данном этапе вполне допустимо использоватьприближённые, феноменологические модели грунтов, которые учитывают всезначимые проявления нелинейности поведения крупнообломочных грунтов.2.

Путёмобработкирезультатовлабораторныхэкспериментов,выполненных другими авторами, получены экспериментальные зависимости,описывающие снижение деформируемости грунтов при увеличении его обжатия,а также их параметры. Путём сопоставления с данными натурных наблюденийнами обоснована достоверность применения полученных зависимостей ипараметров, что позволяет применять их для моделирования напряжённодеформированного состояния грунтовых плотин.3. Полученамаксимальныеполуэмпирическаястроительныеосадкиформула,однороднойпозволяющаягрунтовойопределятьплотинывзависимости от её высоты и деформативных свойств крупнообломочногоматериала тела плотины.

Это позволяет взаимоувязывать данные лабораторныхэкспериментов и натурных наблюдений за поведением грунтов в теле плотины.4. Обоснована возможность применения модели грунта, предложеннойЛ.Н. Рассказовым, для отражения нелинейного характера деформированиякрупнообломочных грунтов. Выполнено усовершенствование данной модели, сцелью повышения адекватности отражения ею нелинейного характера поведениякрупнообломочных грунтов. Это закладывает основу для достоверностиисследований НДС высоких грунтовых плотин с негрунтовыми ПФЭ.5.

Деформируемость каменной наброски изменяется в очень широкихпределах, соответственно исследования работы каменно-набросных плотиндолжныпроводитьсядляразныхвариантовдеформируемостикамня.Деформируемость камня может быть существенно ниже, чем та, которая полученана основе обработки данных экспериментальных исследований.123Учитывая этот вывод, будем вести исследования НДС для несколькихвариантов деформируемости горной массы: вариант №1x – исходный вариант, в котором параметры нелинейноймодели были приняты на основе обработки данных экспериментальныхисследований; вариант №2x – вариант, в котором параметры модели были измененытаким образом, что деформируемость каменной наброски уменьшилась примернов 2 раза; вариант №4x– вариант, в котором деформируемость каменной наброскибыла уменьшена примерно в 4 раза по сравнению с исходным.124Глава 3.МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧО НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИГРУНТОВЫХ ПЛОТИН С НЕГРУНТОВЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ3.1. Задачи создания методики решения задач о напряжённодеформированном состоянии грунтовых плотин с негрунтовыми конструкциями численным методомВ настоящее время универсальным методом, позволяющим решать практически любые задачи о НДС сооружений и конструкций, является метод конечныхэлементов (МКЭ).

С его помощью ведутся расчёты НДС конструкций сложнойгеометрии, с неравномерным распределением свойств среды, с разными начальными и граничными условиями. Теоретические основы МКЭ разработаны ещё вXX в. и хорошо известны. Создано множество вычислительных программныхкомплексов, реализующих МКЭ, которые позволяют быстро и удобно решатьразнообразные инженерные задачи. Прогресс развития компьютерной техникипозволяет решать эти задачи с высокой степенью детализации и получать решения, по своей точности очень близкие к строгим аналитическим решениям.Однако задачи о НДС грунтовых плотин с негрунтовыми ПФЭ имеют рядособенностей, необходимость учёта которых требует особого подхода к методикерешения задачи, что затрудняет использование стандартных программных комплексов. Перечислим эти особенности:1)Нелинейность деформирования грунтов тела плотины и основания.При расчётах НДС грунтовых плотин требуется учитывать нелинейность деформирования грунтов, использовать нелинейные модели поведения грунтов.2) Влияние последовательности возведения плотины, её негрунтовых конструкций, а также последовательности приложения нагрузок.

При решении задачи о НДС грунтовых плотин с негрунтовыми ПФЭ необходимо рассматриватьне только историю формирования НДС в период их совместной работы, но и125предысторию создания грунтового сооружения. Таким образом, при расчётахНДС грунтовых плотин решать не одну задачу, а целый ряд задач.3) Нелинейный характер взаимодействия между грунтовым массивом инегрунтовыми конструкциями. При расчётах необходимо моделировать процессывзаимодействия негрунтовых конструкций с грунтовым массивом и между собой,отдельно определяя напряжённое и прочностное состояние в зонах контактов.4) Малая толщина и неоднородность распределения жёсткости негрунтовых конструкций, взаимодействующих с грунтовым массивом.

Характеристики

Список файлов диссертации