Диссертация (1173128), страница 14
Текст из файла (страница 14)
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ НА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ 4.1. Общие положения Как уже отмечалось в главе 2, при продавливании тоннелей под различными коммуникациями, авто- и железнодорожными магистралями неизбежны деформаций грунтового массива и поверхности земли. С целью обеспечения непрерывного пропуска транспортных средств, бесперебойной и безаварийной работы коммуникаций необходимо ограничить величину деформаций.
Поэтому до начала строительства тоннелей важно прогнозировать ожидаемые деформации поверхности земли и принимать меры по их минимизации. Характер и величины деформаций массива грунта и его дневной поверхности при прокладке тоннелей методом продавливания предопределяются многими факторами, в том числе такие как технология строительно-монтажных работ, инженерно-геологические условия в месте их проведения, глубина заложения тоннеля, усилия продавливания, геометрические параметры конструкции и др. (см. главу 2). С целью установления зависимостей деформаций поверхности земли от указанных факторов необходимо проведение серии численных экспериментов.
При планировании числительного эксперимента и определении уровней влияющих факторов варьирования должен быть выполнен ряд требований, изложенных в работах Ю.П. Адлера, Е.В. Марковой, Ю.В. Грановского, И.П. Ашмарина, Н.Н. Васильева, В.А.
Амбросова, Д.К. Монтгомери ~1, 2, 3, 39]. Для исследования характера проявления и интенсивности возможных деформаций при продавливании тоннелей в крупных городах Вьетнама выбраны три группы факторов, потенциально влияющих на деформации поверхности земли: геометрические факторы (высота тоннеля 1Хт, ширина тоннеля Вг, глубина заложения тоннеля Н1), инженерно-геологические факторы (модуль деформации грунта Ео, угол внутреннего трения грунта д, коэффициент сцепления грунта с) и 90 технологические факторы (величина строительного зазора а и усилие продавливания М). Для установления характера и интенсивности деформаций и их зависимости от различных факторов необходимо обобщить и обработать результаты численных экспериментов, в которых учитывается влияние как отдельных изменяющихся факторов, так и их совокупности.
В результате статистической обработки результатов численных экспериментов можно получить необходимые зависимости. Возможно применение математического метода линейного отклика (тренд-анализа), а с помощью метода нелинейного отклика многих переменных— сформировать функции отклика одной переменной 11191. Точность обобщенных функций обеспечивается значительным объемом проводимых численных экспериментов и заданием функций, содержащих высокие степени переменных. Оценка сходимости таких функций и результатов численного эксперимента ведется по специальному критерию — коэффициенту квадрата смешанной корреляции В, отыскиваемому с помощью метода наименьших квадратов [119]. Рассматриваемые в исследовании деформаций грунтового массива и дневной поверхности факторы изменяются на 3 - 6 уровнях, гарантируя при минимальном числе расчетов формирование вполне адекватных зависимостей.
В исследовании величины исследованных факторов и диапазоны их варьирования приняты для условий гг. Ханоя и Хошимина. 4.2. Планирование численного эксперимента Для исследования ДС системы «тоннель — грунтовый массив» в настоящем исследовании рассматривается влияние геометрических, инженерно- геологических и технологических факторов.
° К геометрическими факторами относятся: - ширина тоннеля (Вт); - высота тоннеля (Нт); - глубина заложения тоннеля (Н~). 91 ° К инженерно-геологическим факторам относятся: - модуль деформации грунта (Ео) - угол внутреннего трения грунта 1д); - коэффициент сцепления грунта (с). ° К технологическим факторам относятся: - величина строительного зазора (а) - усилие продавливания 1М). Значения указанных факторов варьируются в соответствии с данными таблицы 4.1 Таблица 4.1. Варьируемые факторы Единиип Обозначение измерения Значение Наименивпние 3,6; 5,0; 8,0 3,0; 4,5; 6,0 В., Ширина тоннеля Высота тоннеля Глубина заложения тоннеля Коэффициент сцепления грунта 3;5;7;11 Н1 1; 5; 15; 20; 25; 30 кПа Модуль деформации грунта 10; 15; 20; 25; 30; 35 Е1 МПа Угол внутреннего трения грунта 30; 32; 34; 36; 38; 40 град Величина строительного зазора 20, 25, 30, 50 мм гУ1 1~1'(~ 1+ Рг)~ Д'2 1~2'(Р1+ Р2) газ — — кз (Р1+ Рг); 1У1= ~4' 1Р1 + Рг).
Усилие продавливания кН здесь Р1 — усилие для преодоления сопротивления трения грунта, кН; Рг — лобовое усилие продавливания, кН (см. гл. 2 и приложение); Š— длина участка продавливания; /с1 — — 1; кг — — 1,05; йз — — 1,1; /с4 — — 1,2 — коэффициенты надежности. Матрица планирования численного эксперимента содержит факторы, изменяющиеся на 3 — 6 уровнях, на каждом из которых изменяется только один из 8 факторов. В матрице приняты следующие постоянные величины: технологическая последовательность продавливания тоннеля; физико- механические и прочностно-деформационные свойства грунта (кроме сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации грунта). наличие матрицы дает возможность оценить взаимодействие в системе «тоннель — грунтовый массив» в зависимости как от отдельных варьируемых факторов, так и от их совокупности ~27~.
Матрица представлена в таблице 4.2, при этом требуются расчеты не менее 29 численных моделей. Таблица 4.2. Матрица планирования численных экспериментов Козффициент сцепление грунта с, Ширина тоннеля град Е0, мПа В„м Ньм 30 35 ~ 30 З,о 4,5 6,0 1О 15 20 25 34 36 3 5 7 20 25 32 30 50 15 20 25 3,6 5,0 1 5 х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х х 10 х х х х 12 х х х х х х х 14 х х х х х х Высота тоннеля Н„м Модуль , 'Угол внутреннего деформации грунта, :трения грунта 1р, Глубина заложения тоннеля, Величина строительного зазора а, мм Усилие продавливания Х,кН Продолжение таблицы 4.2 Ширина тоннеля Коэффициент сцепление грунта с, В„м кПа 35 ! 30 32 З,6 5,0 8,0 З,0 4,5 6,0 10 15 20 25 З0 34 36 З8 40 20 25 30 3 5 7 11 30 50 15 х 16 х х 17 х х х х 18 х х х х 20 х х 21 х 22 х х х 23 х х х х х 25 26 27 х х 28 х х х х 95 Высота тоннеля Н„м Модуль , 'Угол внутреннего деформации грунта, ,:трения грунта 1р, Ео, мПа град Глубина заложения тоннеля, Н1,М Величина строительного зазора а, мм Усилие продавливания Х, кН Вт,м Нт,м' ,Ео, мПа <р, град с, кПа Ньм 3,0 20 34 20 20 3,6 953*1.+ 890 20 34 20 20 5,0 3,0 1243*1.+ 1293 3,0 20 20 20 8,0 1861*~ +2159 4 3,6 4,5 20 34 20 20 1234* 1.
+ 1445 20 34 20 20 6,0 1 545* ~ + 2124 6 3,6 3,0 34 20 20 10 34 20 3,6 З,О 20 3,6 3,0 34 20 20 25 953*1.+ 896 34 3,6 3,0 30 20 20 953*1.+ 902 10 3,6 34 20 20 З,О 35 3,6 20 3,0 20 20 30 12 36 20 20 20 З,О 32 967*1.+ 940 13 3,6 3,0 20 20 20 36 941* 1.+ 845 14 36 3,0 20 20 20 38 20 20 20 3,6 3,0 40 16 3,6 3,0 20 34 20 865* ~+ 980 17 34 3,6 З,О 20 20 902* 1. + 922 18 3,6 3,0 20 34 20 19 20 34 20 З,б 3,0 25 34 20 3,6 3,0 20 30 20 1081*1. + 900 3,6 3,0 20 34 20 20 753* 1. + 687 22 3,6 3,0 20 34 20 20 23 3,6 3,0 20 34 20 20 25 24 Зб 20 34 20 3,0 953*1.+ 890 20 34 20 3,6 З,О 30 953* 1.
+ 890 34 26 3,6 3,0 20 20 50 953*1.+ 890 27 20 34 20 20 3,6 3,0 866* 1. + 808 28 3,6 3,0 20 34 20 20 909*1 +848 3,0 29 20 20 20 1039* 1.+ 970 где Š— длина участка продавливания; Х вЂ” усилие продавливания см. приложение 96 Таблица 4.3. Величины варьируемых параметров 953*1.+ 869 953*1.+ 877 953* ~ + 913 981* ~+ 996 929* 1. + 841 918*1 + 779 1017*~+ 884 1049*1. + 882 1154*1 + 1092 1555* ~+ 1563 4.3.
Подготовка исходных данных Инженерно-геологические условия приняты применительно к гг. Ханой и Хошимин. В связи с тем, что условия в этих городах отличаются, выбраны средние по значению параметры грунтов, которые приведены в таблице 4.4. Другие параметры, такие как сцепление, угол внутреннего трения, модуль деформации, изменяются в пределах инженерно-геологических данных, полученных во Вьетнаме. Таблица 4.4. Характеристики глинистого грунта по критерию Мора-Кулона Характеристики железобетона из которого изготовлены тоннельные секции: удельный вес 7;, = 24 кН/м; модуль упро Ео '" — — 3,1 10 кН/м; коэффициент Пуассона ~ б — — 0,1. Значения необходимых параметров тоннелей для численного эксперимента представлены в таблице 4.5.
Таблица 4.5. Значения параметров обделки тоннеля Минимальные размеры (ширина, высота и длина) фрагментов грунтового массива определены, как показано в гл. 3, Для увеличения достоверности 97 полученных результатов численного эксперимента эти размеры незначительно увеличены. Расчетные размеры фрагментов грунтового массива представлены в таблице 4. 6. Таблица 4.б. Расчетные размеры фрагментов грунтового массива В зависимости от инженерно-геологических условий, глубины заложения тоннеля, площади поперечного сечения тоннеля и длины участка продавливания, усилие продавливания будет варьироваться в зависимости от каждого расчетного случая (таблица 4.7). Таблица 4.7. Усилие продавливания 98 1234* ~+ 1445 985* ~+ 886 19 1545* ~+ 2124 1017* ~+ 884 20 753*1.+ 687 953*1.+ 890 21 953*1.+ 890 1154*1 + 1092 22 953*1.+ 890 1555*1.+ 1563 23 953* ~+ 890 953*~+ 890 24 953*1 + 890 953*1 + 890 10 25 981*1 + 996 953*1.+ 890 26 866*1 + 808 967*1.+ 940 12 27 909*1.+848 941*1 + 845 28 1039* ~+ 970 929*1 + 841 918*1.+ ?79 14 29 15 где Р~ — усилие для преодоления сопротивления трения грунта, кН; Рз — лобовое',; усилие продавливания, кН (см.
гл. 2 и приложение); 7.=пхг — длины участка ' продавливания (м); г — глубина заходки; 4.4. Результаты численного эксперимента Для определения максимальных вертикальных деформаций поверхности земли Я„„„с помощью программы «Р1 АХИ ЗР— Т13ХМЕ1.» было проведено 29 серий численных расчетов, результаты, которых представлены в таблице 4.8. Таблице 4.8. Максимальные вертикальные деформации поверхности земли -30 -25 -20 -15 -е--а--'-е'-е-А-и -10 о и -2О -40 -Во -80 е -10О е -120 Е о -140 еа с~ -100 — с -Вт=3.0 и — н — Вт=5,0 м --а--ит=8.0 м — Нт=4.5 м -=' — Ят=ь.о м --е--Н1=3 м Рисунок 4.1.
Графики зависимости деформаций поверхности земли в рассматриваемых поперечных сечениях от геометрических факторов (Вн Нг, Н~) по результатам численных экспериментов 100 По результатам численных экспериментов построены графики зависимости деформаций поверхности земли от геометрических, инженерно — геологических и технологических факторов, представленные на рисунках 4.1, 4.2 и 4.3. Расстояние от оси тоннеля, м —.е--Ее=25 МПа —, Еа=ЗО МПа —.".— Ее=35 МПа — и — ~Р=ЗО град. — —: — ~р=32 град.
-е — -с=25 кПа -- - " с=1 кПа — к — с=15 кПа — с=30 кПа с=5 кна Рисунок 4.2. Графики зависимости деформаций поверхности земли в рассматриваемых поперечных сечениях от инженерно-геологических факторов (Е, са, с) по результатам численных экспериментов Расстояние от оси тоннеля, и -2О -1О о Рисунок 4.3. Графики зависимости деформаций поверхности земли в рассматриваемых поперечных сечениях от технологических факторов (а, У) по результатам численных экспериментов В результате проведения численных экспериментов было получено пространственное ДС системы «тоннель — грунтовый массив» в каждой расчетной точке выбранного фрагмента, в том числе поле смешений по направлению осей 101 Расстояние от оси тоннеля, м -20 -15 -10 -5 — Ф вЂ” Ео=10 МПа — а — Ео=15 МПа 1 я $ -ЗО к -70 Ж В о ! о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
