Диссертация (1173128), страница 11
Текст из файла (страница 11)
5. Выполнить анализ результатов исследований с применением методов математической статистики и получить необходимые зависимости определяющих параметров. 6. Разработать рекомендации по проектированию и строительству тоннелей методом продавливания, в условиях Вьетнама. 65 ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ КОНЕЧНО- ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ «ТОННЕЛЬ - ГРУНТОВЫЙ МАССИВ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «РЬАХ1Я ЗР - Т1ЛМ1~1ЕЬ» 3.1. Общие положения В настоящее время для проведения научных исследований в области подземного существуют многочисленные строительства высокопроизводительные программные комплексы, реализующие численные методы.
Наибольшее применение получили специализированные программные комплексы «РЬАХ1Я», «М1РА8-ОТ8», «7.-801Ь», «МА8ТКАХ», «АМ8УЯ» и др., средствами метода конечных элементов предоставляющие инструментарий для многофакторного численного моделирования ситуаций, связанных с проходкой тоннелей и взаимодействием грунтового массива и подземного сооружения. (67, 681. В данной диссертации для исследования ДС системы «тоннель — грунтовый массив» при строительстве тоннелей методом продавливания используется специальный программный комплекс «РЬАХ18 30 — ТПММЕЬ» [681. При расчете конструкций тоннелей мелкого заложения необходимо помимо постоянных учитывать временные нагрузки от транспортных средств, по городским дорогам, автомагистралям и железным дорогам, под которыми располагается данные тоннели [49, 50, 51, 125, 1261. При глубине заложения тоннеля более 0,7 - 0,8 м временную нагрузку заменяют эквивалентным слоем грунта и учитывают как постоянную нагрузку слоев грунта над тоннелем [ЗЗ, 49, 125, 126].
Для пространственного моделирования технологии продавливания тоннелей, которые заложены на глубине более 3 м использован «пошаговый» метод. Последовательность моделирования иллюстрируется на Рисунке 3.1. На шаге 1- 1 моделируется ножевая часть и конструкция тоннеля, продавливаемые в грунт системой домкратов. На следующем шаге 1 моделируется процесс удаления грунта внутри тоннельного профиля.
На шагах 1+ 1, ~' + 2 и т.д. этот процесс 66 142, 781: на 1-м учитывают обделку, на 2-м грунт в пределах профиля полностью исключают, жесткость грунта в пределах тоннеля вычисляют как а Ео, напряжение же грунта вне профиля принимают неизменным. П) Рисунок 3.2. Метод «прогрессивного размягчения» для круговых (1) и прямоугольных (П) секций тоннеля: а — исходное НДС; б — первая стадия; в — вторая стадия; а — коэффициент уменьшения жесткости; Ев — начальный модуль деформации грунтового массива П1 Рисунок 3.3. Метод «снимаемых напряжений» для круговых (1) и прямоугольных (П) секций тоннеля: а — исходное НДС; б — первая стадия; в — вторая стадия; роначальное напряжение в грунте; р' — коэффициент уменьшения напряжения за счет того, что грунт по контуру деформируется; 5Л вЂ” давление по контуру на первой стадии; 5,„, — окончательная деформация контура выработки Суть ~3-метода состоит в том что в случае незакрепленной части выработки стабилизирующее ее контур напряжение снижается до рро в зависимости от коэффициента соответствующего изменения напряжения ~3 вследствие 68 деформируемости грунта по контуру [57, 1031 и в зависимости от начального напряжения ров грунте.
Арочный эффект учитывают в 2 этапа (рисунок 3.3): на 1- м исключают грунт в пределах контура выработки, а давление по контуру вычисляют по формуле ~3.ро и принимают деформации равными 5~, на 2-м полагают„что в грунте и обделке совместно воспринимаемое напряжение составляет те же 1зро. В методе продавливания деформации значительные, давление же на обделку относительно небольшое. Подобную процедуру необходимо выполнить в случае проходки тоннеля. Исследование напряженно-деформированного состояния в системе «тоннель— массив грунта» предусматривает последовательное решение совокупности задач, включающее: — определение бытового НДС грунта в области проведения подземных работ, обусловленного воздействием собственного веса и давлением грунта; на основе результатов решения этой задачи — отыскание величин возникающих напряжений в тоннельной обделке и во вмещающем грунте; - формирование численной модели, в которой, в отличие от примененной в первой задаче, не учитывается грунт, а поверхность обделки нагружена «снимаемыми» напряжениями (с обратным знаком), определенными в первой задаче.
На основе решения обеих задач путем суммирования вычисляют напряжения на поверхности обделки, которая освободилась от воздействия грунта в ходе его разработки. На втором этапе определяют деформации во вмещающем грунте; — такой процесс повторяется по всей длине тоннеля, моделируя проходку тоннеля на рассматриваемом участке.
В результате последовательного расчета выявляется ДС системы «тоннель— грунтовый массив» с учетом всех этапов строительства тоннеля. 3.2. Применение программного комплекса «РЬАХ1$3Р— Т1ЛХПМЕЬ» в геотехнических расчетах Программа «РЬАХ18 ЗР— Т1ЛЧХЕЬ» предназначена для расчетов ДС системы «грунт — сооружение» в условиях трехмерной задачи методом конечных элементов ~340, 681. Программа предназначена для решения различных геотехнических задач, возникающих при строительстве, эксплуатации и реконструкции сооружения и позволяет: выполнять автоматическую разбивку расчетной области на конечные элементы с возможностью общего и локального измельчения сетки; — автоматически создавать трехмерную расчетную геометрическую модель путем тиражирования двухмерной расчетной области в ортогональном направлении; моделировать схемы загружения конструкции сосредоточенными и распределенными нагрузками в поперечном и продольном направлениях геометрической модели; - моделировать основные технологические этапы строительства тоннелей, учитывая механические процессы при разработке грунта, возведении обделки и др.; — моделировать тоннели круглого, прямоугольного и комбинированного сечений набором готовых элементов обделки в виде оболочек а также плитных элементов для гибких конструкций; — моделировать зоны взаимодействия грунта и конструкции с помощью специальных контактных интерфейсных элементов; моделировать поведение грунтовых массивов апробированными в современных геотехнических расчетах моделями: упруго-пластической моделью Кулона — Мора, упругопластической моделью упрочняющегося грунта, геологической моделью с учетом ползучести грунта, моделью анизотропнотрещиноватого скального грунта; 70 отображать результаты расчета деформаций, напряжений, усилий (моментов, продольных и перерезывающих сил) в элементах конструкции в различных форматах представления (векторы, изолинии, изополя, эпюры в сечениях), а также таблицы выходных данных.
Графики и таблицы могут быть отправлены на устройства вывода данных или занесены в буфер обмена Ъйпдоюв для экспорта в другие программные средства. Программный комплекс «РЬАХ18 ЗР— ТУХМЕЬ» имеет сертификат Госстандарта России и соответствует требованиям положений нормативных документов [40). Представляют интерес некоторые проекты, в которых использовался программный комплекс РЬАХ18 для расчета и исследования процесса продавливания трубы и тоннеля, в частности железобетонной трубы длиной 26 м и диаметром 2,4 м на глубине 23,85 м от поверхности земли под автомобильной дорогой в Тайване [70, 92).
Инженерно-геологические условия представлены восемью различными слоями грунта, как показано на рисунке 3.4 и в таблице 3.1. ! ! ! Рисунок 3.4. Схема расположения трубы в слоистых грунтах Рисунок 3.5. Общий вид модели системы «грунт — труба» 71 Таблица 3.1. Инженерно-геологические свойства грунта Стой/тип грунтов 7, Нlм Ев, кНlм с, кИlи Глубина,м <р, град ЯР (СЬ) 0 ... 1,5 14,15 8000 10 26 СЬ!МЬ 1,5 ... 4,5 4,5 ...
7,5 14,97 6720 0,33 10 23 15,67 9280 0,31 30 СЬ 7,5 ... 10,5 1 0,5 ... 1 5,0 13,57 6080 0,34 10 21 16,28 15040 0,30 32 СЬ!МЬ !5,0 ... 24,0 14,32 9280 0,31 10 28 24,0 ... 33,0 15,50 9600 0,31 30 СЬ/МЬ 33,0 ... 40,5 15,10 10880 0,31 10 29 Здесь 5Š— насыпной грунт; Ш вЂ” чистый песок; МЬ вЂ” песчаный ил; СЛ вЂ” глина; 7— удельный вес грунта; Ео — модуль деформации грунта; г — коэффициент Пуассона; с— сцепление; у — угол внутреннего трения грунта. 72 В Тайваньском университете был проведен трехмерный численный анализ взаимодействия грунта с конструкцией продавливаемых труб.
Процедура была смоделиро вана с использованием программы метода конечных элементов «РЬАХ18 31л — Т1Л~ПЧЕЬ» (рисунок 3.6) 1701. Исследование позволило оценить риск возникновения деформаций грунтового массива и поверхности земли при продавливании трубы. Главный параметр, от которого зависят величины деформаий, — зазор между трубой и грунтом. В результате исследования было установлено, что продавливание трубы не вызывает деформаий, если величины зазора менее 38 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
