Исследование зависимости максимальных ускорений каменно-земляной плотины от направления сейсмических волн.

Исследование величины и времени существования избыточного порового давления в грунтовых плотинах при сейсмических воздействиях как в ядре плотины, так и в верховой призме.

Исследования напряженно-деформированного состояния каменно-земляных плотин при сейсмических воздействиях, задаваемых харак-терной трехкомпонентной акселерограммой.

Достоверность работы определяется многочисленными тестовыми задачами и их сопоставлением с теоретическими решениями, с решениями, приведенными в справочной и научно-технической литературе. На основе работы программного комплекса были получены частоты собственных колебаний ряда плотин, по которым имеются данные натурных наблюдений (к примеру плотина Яли), а также величины остаточных смещений в плотинах, перенесших землетрясения. Полученные решения дают хорошую сходимость с натурными

Научная новизна данной диссертационной работы заключается в комплексном исследовании НДС каменно-земляной плотины при сейсмическом воздействии в условиях, максимально приближенных к действительности. Впервые в расчетах пространственного напряженно-деформированного состояния плотины были учтены и оценены следующие особенности работы плотины:

В качестве расчетной модели рассматривалась модель совместной работы «плотина-основание».

Число учитываемых форм собственных колебаний, влияющих на точность расчетов было доведено до 25-ти.

Скорость распространения сейсмической волны в основании плотины варьировалась в диапазоне от бесконечно большой до значений, определяемых свойствами материалов в основании.

Среди всех возможных направлений подхода сейсмической волны к створу плотины можно выделить наихудшее, связанное с максимальными ускорениями в плотине и наибольшими остаточными деформациями.

Появление порового давления в верховой призме плотины может стать главной причиной явлений разжижения и проседания гравелистых и песчаных грунтов при сейсмических воздействиях. Время рассеивания избыточного порового давления может измеряться сутками, что делает необходимым учет этой величины в расчетах устойчивости откосов плотин после землетрясений.

Основными критериями, оценивающими работоспособность плотины должны быть величины максимальных ускорений в плотине во время землетрясений, величины сейсмических сил и динамических напряжений, величины остаточных смещений в плотине после землетрясения, изменение прочностного состояния плотины после землетрясения должно оцениваться величиной коэффициента надежности и в противофильтрационном элементе – величиной коэффициента надежности на трещинообразование.

Практическая значимость Комплексные исследования сейсмостойкости каменно-земляных плотин при сейсмических воздействиях дают возможность ответить на ряд вопросов, до сих пор, не нашедших математического описания в известных программных комплексах, такие как:

Какие антисейсмические мероприятия следует проводить в плотине для снижения величины сейсмических ускорений в ней;

Какую конструкцию дренажных лент и переходных зон следует предусматривать в плотине в целях снижения величин избыточного порового

Какие мероприятия следует проводить в целях повышения устойчивости откосов плотины при землетрясениях.

Внедрение результатов исследований:

В процессе работы над диссертацией было проведено исследование НДС глухой секции каменно-земляной плотины ГЭС Яли в СРВ при действии статических и сейсмических нагрузок с определением собственных форм и собственных значений.

Апробация работы:

Основные результаты работы были изложены в 3-х статьях:

1. Бестужева А.С., Нгуен Фыонг Лам. Динамический и спектральный методы определения сейсмической нагрузки, действующей на сооружение при землетрясении. // Научно-технический журнал «Вестник МГСУ» №1/2010. – С. 155-168.

2. Рассказов Л. Н., Бестужева А.С., Нгуен Фыонг Лам. Учет «бегущей волны» в пространственных задачах сейсмоустойчивости грунтовых плотин. // Ежемесячный научно-технический журнал «Гидротехническое строительство» № 11/2010. – С. 47-53.

3. Рассказов Л. Н., Бестужева А.С., Нгуен Фыонг Лам. Поровое давление в грунтовых плотинах при сейсмических воздействиях. // Ежемесячный научно-технический журнал «Гидротехническое строительство» № 11/2010. C. 54-59.

На защиту выносятся:

Задачи комплексных исследований пространственного НДС каменно-земляных плотин в зонах высокой сейсмичности.

Методика расчетов остаточных перемещений в плотине и изменения ее прочностного состояния после прохождения сейсмической волны.

Основные критерии оценки прочностного и деформированного состояния плотины во время и после землетрясения.

Анализ численных исследований собственных периодов и форм колебаний каменно-земляных плотин в пространственной постановке;

Влияние пространственного характера колебания плотины на ее НДС при землетрясении.

Необходимость учета скорости распространения сейсмической волны в основании (эффекта "бегущей волны") при исследованиях пространственного характера работы плотины в зоне высокой сейсмичности.

Влияние направления подхода сейсмической волны к створу плотины на величину максимальных ускорений в ней.

Необходимость оценки величины избыточного порового давления в плотине и в частности в верховой призме плотины для обеспечения устойчивости откосов после прохождения сейсмической волны.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 100 наименований. Полный объем диссертации –183 страниц, включая 116 страниц текста, 43 страниц рисунков и 24стр

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы.

В главе 1 посвящена краткому обзору строительства каменно-земля-ных плотин и расчётов плотин на сейсмические воздействия динамическим

Расчет сооружений на сейсмические нагрузки в настоящее время выполняется на основе двух методов. Первый – спектральный-квазидинамический, по которому сейсмическая сила определяется как максимально возможная величина, приложенная к центру тяжести расчетного элемента плотины. Второй – динамический, определяющий сейсмическую силу, как изменяющуюся во времени функцию, полученную на основе решения основного динамического уравнения колебаний сооружения при сейсмическом воздействии, заданном акселерограммой (или сейсмограммой). Изменение сейсмической силы во время прохождения сейсмической волны в каждом расчетном элементе плотины позволяет получить изменение ее напряженно-деформированного состояния, при этом могут использоваться различные теории прочности и деформируемости грунтов.

Квазидинамический метод определения расчетной сейсмической силы сегодня существует в двух разновидностях. Это метод спектра реакции и линейно-спектральная методика, принятая в СНиП П-7-81*.

Сама идея спектрального метода расчета сейсмической нагрузки была высказана М.Био в 1933г. На основе записей акселерограмм реальных землетрясений им был предложен график для определения максимальных ускорений в конструкциях в зависимости от периода их собственных колебаний. Этот график был назван спектральной кривой. Основы спектрального метода были заложены в работах Хаузнера, Мартел, Алфорда, Ньюмарка Н., С. Окамото. Расчетный аппарат этого метода развивался в работах К.С. Завриева, И.Л.Корчинского, С.В.Медведева, И.И.Гольденблата, Ш. Г.Напетваридзе. Были получены спектральные графики, позволяющие учесть затухание в системе, расстояние до эпицентра, параметры внешнего воздействия.

Одной из разновидностей квазидинамического метода является метод спектра реакции, которым пользуются, в частности, в странах Юго-восточной Азии (Вьетнам, Лаос), в странах Ближнего Востока и Латинской Америки. Согласно этому методу для определения величины сейсмической силы необходимо иметь акселерограмму расчетного землетрясения и построенную на ее основе кривую спектра ускорений возможного землетрясения. Определение максимальной сейсмической силы в сооружении по i-тону колебаний по спектрам ускорений производится по формуле: