Диссертация (1141446), страница 32
Текст из файла (страница 32)
При этом последние два метода (перемешивания и струйной цементации)по сути не являются методами создания стен, т.к. не предполагают выемкигрунта, а являются методами создания завес (но без инъекции). Однако все эти200методы объединяет одного – их результатом является выполненная в грунтеконструкция (стена или завеса) из более плотного и водонепроницаемогоматериала.Для создания стен (завес) могут применяться материалы разных типов.
Этомогут быть глинистые, глинисто-цементные и цементные материалы. В случае,если материал стены (завесы) создан на основе только цемента, то онпредставляет собой жёсткий, прочный, но хрупкий материал. Его разрушениепроисходит с образованием трещин, образование которых не допустимо дляпротивофильтрационных устройств. В глиноцементных материалах к цементудобавляют глинистый материал, обычно бентонит. Это делает его болеепластичным. Такой материал называют либо пластичным бетоном илиглиноцементобетоном.
У глиноцементобетонов прочность ниже и в них такжемогутобразовыватьсятрещины.Соответственнодлянадёжнойработыпротивофильтрационных стен необходимо обеспечить прочность их материалов.Оценка прочностного состояния стен является целью наших исследований.Дляоценкизапасовпрочности,необходимовыполнитьрасчётынапряжённо-деформированного состояния (НДС) противофильтрационных стен(ПФС), выполненных в грунтовом массиве.Расчёты показывают, что условия работы «стен в грунте», условияформирования их НДС – сложные.
Это обусловлено тем, что эти жёсткиеконструкции испытывают значительные деформации, следуя за перемещениямигрунтового массива. Ранее выполненные нами расчёты выявили, что стены могутиспытывать значительные изгибные деформации, приводящие к появлениюрастягивающих напряжений, а также и сжимающие усилия [Рассказов, Бестужева,Саинов;Саинов,Напряжённо-деформированноесостояниепротивофильтрационных “стен в грунте” грунтовых плотин; Гольдин Рассказов;Саинов, Котов, 2014]. Аналогичные результаты были получены и другимиавторами [Дао; Ding, Zhang, Zhan].Однако в целом к настоящему времени вопрос о НДС ПФС изученнедостаточно. Лишь в последнее время стали появляться работы, посвящённые201изучению НДС ПФС [Mou, Xu, Ma; Прокопович, Величко, Орищук; Ding, Zhang,Zhang; Pan, He, Zhou, Cao; Si-hong, Liu-jiang, Zi-jiang, Bauer].
Однако данныеисследования не носят системный характер, их результаты относятся лишь кконкретным рассмотренным условиям и чаще всего они посвящены НДС ПФС втеле плотин. Существует потребность в разработке теории работы ПФС.Очевидно, что НДС стены будет зависеть от нескольких факторов.Основными среди них являются: условия работы стены (в частности действующие нагрузки, свойствавмещающего её грунтового массива, условия взаимодействия с ним и многоедругое), деформативные и прочностные свойства материала самой стены.Многообразие условий работы стен и видов применяемых материаловприводит к постановке задачи о выборе материала противофильтрационной стеныдля различных условий работы.
Необходимо выбрать между чисто цементнымиматериалами и глиноцементобетонами. Неоднозначность выбора заключается втом, что увеличение содержание цемента ведёт не только к повышениюпрочности материала, но и к увеличению его жёсткости. В свою очередьповышенная жёсткость ведёт к увеличению напряжений и снижению запасапрочности. Заранее сказать, какой материал, жёсткий и прочный бетон илидеформируемый, но малопрочный глиноцементобетон, нельзя – многое зависит отконкретных условий.Вопросу о влиянии свойств материала стены на их эффективностьпосвящены работы [Mou, Xu, Ma; Xiong, Wang, Gao…]. В исследованиях [Mou,Xu, Ma] было получено, что понижение модуля деформации стены болееблагоприятно сказывается на НДС стены, чем его повышение. Существуютрекомендации [ICOLD, 1985] о том, что необходимо стремиться к тому, чтобы посвоей деформируемости материал стены был приближен к деформируемостигрунтов.
Установлен принцип, что модуль деформации материала ПФС можетбыть выше модуля деформации окружающего грунта не более, чем в 5 раз.202Однако вопрос о выборе материала ПФС пока ещё не решён. Это связано с тем,что условия работы стен могут сильно различаться.Многообразие условий работы ПФС в первую очередь связана с ихназначением – устраиваются они в основании плотины и в ней самой. Можновыделить три характерных случая использования ПФС, в каждом из которыхусловия работы стены сильно различаются.Случай 1 – противофильтрационная стена в основании плотины. Такиестены воспринимают давление фильтрационных вод, собственный вес, а такжевес расположенной над ней грунтовой плотины. Их глубина может достигать100 м.
Условия работы ПФС в основании во многом зависит от типа основания(нескальное или полускальное) и условий опирания (висячая стена или стена сопорой на жёсткий слой).Случай 2 – противофильтрационная стена, выполненная в качестве новогопротивофильтрационного элемента в теле аварийной грунтовой плотины. Такиестены устраиваются методом буронабивных свай или методом перемешивания.Их глубина обычно не превышает 40 м.
Особенностью работы подобных стенявляется то, что они не воспринимают нагрузки от веса плотины. Ещё однойособенностью является то, что при создании стены в действующей плотинепроисходит перераспределение сил давления верхнего бьефа.Случай 3 – стена, изначально устраиваемая в грунтовой плотине как еёосновной ПФЭ, диафрагма.
Такие стены могут возводиться сразу на всю высотуили в несколько ярусов, по мере возведения тела плотины [Королёв, Смирнов,Аргал, Радзинский]. Опыт строительства таких плотин имеется, но не длястроительства высоких плотин. Такая диафрагма воспринимает гидростатическоедавление верхнего бьефа и собственный вес. Но кроме этого, на неё можетпередаваться и вес плотины.Так как ПФС могут выполнять различные функции и работать в разныхусловиях, нам необходимо решить следующие задачи:1) выполнить обзор исследований свойств глиноцементобетонов с цельюустановить связь между их деформируемостью и прочностью;2032) исследовать условия работы противофильтрационных стен различныхтипов и выявить влияние различных факторов на их работоспособность;3) исследовать влияние типа материала стены (жёсткий или пластичный)на её работоспособность и сформулировать рекомендации по выбору типаматериала;4) исследовать пространственное НДС противофильтрационных стен,выполненных в сложных инженерно-геологических условиях оснований, выявитьего особенности и установить возможные причины нарушения их прочности;5) исследовать возможность применения конструкций типа «стена вгрунте» в качестве противофильтрационной диафрагмы высоких грунтовыхплотин, выявить особенности работы жёстких диафрагм в теле грунтовых плотин.4.2.Особенностиметодикиисследованийгрунтовыхплотинспротивофильтрационными элементами, выполненными методом «стена вгрунте»На НДС и прочностное состояние противофильтрационных стен оказываетвлияние множество факторов, среди которых можно выделить следующие:1) строение грунтового массива (однородное или неоднородное),2) деформативные свойства грунтового массива и его отдельных частей,3) величина и характер распределения действующих нагрузок,4) условия формирования нагрузок и условия их восприятия сооружением,5) граничные условия взаимодействия стены с окружающим грунтовыммассивом (в т.ч.
условия опирания стены).Все эти факторы должны быть учтены при решении задачи о НДСпротивофильтрационных стен. Поясним, в чём заключается влияние этихфакторов и каким образом оно может быть учтено.При учёте деформативных свойств грунтов необходимо учитывать, что ониобладают упруго-пластическими свойствами и имеют нелинейный характер их204деформирования.Дляучётанелинейностидеформируемостииспользуютнелинейные модели грунтов.В качестве нагрузок, действующих на ПФС, необходимо учитывать ихсобственныйвес,весокружающихгрунтов,атакжедавлениеводы(гидростатическое или движение грунтовых вод).
Нагрузки от бокового давлениягрунта на стену определяются автоматически в процессе решения задачи о НДС.Наибольшую сложность представляет определение величин и характера нагрузокот движения фильтрационных вод, т.к. они зависят от проницаемостивмещающего грунтового массива, от условий формирования фильтрационногопотока. Для определения фильтрационных сил на стены необходимо решатьфильтрационную задачу, а затем по её результатам определять давлениефильтрационного потока на поверхность стены, а также силы, распределённые пообъёму грунтового массива. Поэтому для определения фильтрационных силжелательно, чтобы модель сооружения для расчётов НДС и фильтрационныхрасчётов совпадала.Большое значение также имеет последовательность приложения нагрузок.Необходимо учитывать последовательность возведения плотины и наполненияводохранилища, т.к. они определяют НДС грунтового массива, а, следовательно,нагрузки на стену от грунта.
Кроме того, необходимо учитывать технологическуюсхему возведения самой стены. В частности, она определяет условияформирования НДС стены от её собственного веса. Технология «стены в грунте»предусматривает заполнение траншей (скважин) материалом, находящимся вжидком состоянии, его твердение происходит уже в сооружении. Процесствердения протекает довольно длительно, в течение нескольких суток, поэтомунагрузки разной природы могут быть восприняты в разные моменты времени, приразных деформативных характеристиках материала стены. Собственный вес стенавоспринимает тогда, когда материал ещё не затвердел, а остальные нагрузкиможет воспринимать уже в более поздние сроки.Большое значение на НДС имеют граничные условия, под которыми следуетпонимать не только условия опирания стены, но условия взаимодействия стены с205грунтовым массивом в целом и другими конструкциями.
В зависимости отсвойств материала, расположенного под подошвой стены, стена может работатькак висячая или как стойка. Условия опирания ПФС могут характеризоваться еёзащемлением в более жёсткий материал (конструкцию) и свободой перемещенийв каком-либо из направлений. Ограничения в перемещениях стены могут быть какна её подошве, так и на в оголовке (например, если стена “входит” в галерею).Взаимодействие стены с грунтовым массивом происходит также по еёбоковым поверхностям, через силы трения.
Особенностью этого взаимодействияявляется то, что силы трения имеют свой предел, по достижении которого можетпроявляться проскальзывание грунта и стены относительно друг друга. Крометого,процесспотерисдвиговойпрочностиипроскальзыванияможетраспространяться за пределы контакта «стена-грунт», продолжаясь в грунтовоммассиве. Эффект проскальзывания характерен стен, выполненных из жёсткогоматериала (бетона).Проскальзывание необходимо учитывать при моделировании возведениястен траншейным методом. При выполнении стены в заполненной бентонитомтраншеенабоковыхповерхностяхстенымогутобразовыватьсяслоибентонитовой «рубашки» [Колесников, Стрельникова], которые будут играть рольсмазки. А в момент времени, когда материал стены ещё не затвердел, трение наконтакте между стеной и грунтом нужно принимать близким к 0.Нарушениесдвиговойпрочностиконтакта«стена-грунт»можетпроисходить не только за счёт роста касательных напряжений, но и ослабления понормальным напряжениям. Такой эффект наблюдается при горизонтальныхсмещениях стены в направлении от грунта.Чтобы учесть особенности контактного взаимодействия стен с окружающимгрунтовым массивом в численную модель сооружения вводятся контактныеконечные элементы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
