Delist.ru

Совершенствование методов оценки устойчивости земляного полотна автомобильных дорог в горных условиях (18.05.2009)

Автор: Магомедэминов Нажмудин Сражидинович

результаты оценки устойчивости конструкции земляного полотна автомобильных дорог на природном склоне на основе предварительного анализа напряженного состояния и построения возможных траекторий разрушения;

результаты сопоставления с натурными наблюдениями.

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в четырех статьях общим объемом 1,5 печатных листа.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы из 170 наименований, из них 17 на иностранных языках, приложения, содержит 98 страниц машинописного текста, 41 рисунка и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, практическая ценность работы, достоверность полученных результатов, формулируется основная идея, научная новизна, положения, выносимые на защиту, а также краткое содержание диссертации.

Первая глава диссертации посвящена рассмотрению состояния вопроса, целям и задачам исследования, содержит обзор и критический анализ современного состояния существующих методов расчета устойчивости грунтовых массивов, в частности, естественных склонов и откосов различных инженерных сооружений. Одним из наиболее значимых геодинамических проявлений на горных дорогах, вызывающих «отказы», являются оползневые процессы. Изучению и классификации оползневых процессов посвящены фундаментальные работы А.П. Павлова, Ф.П. Саваренского, И.В. Рогозина, Н.Н. Маслова, И.В. Попова, Г.С. Золотарева, Е.М. Емельяновой, З.Г. Тер-Мартиросяна и многих других. Оползневую проблему применительно к задачам строительства и эксплуатации дорог исследовали В.М. Дранников, В.И. Зинюхин, Г.М. Шахунянц, М.Н. Гольдштейн, В.Д. Казарновский, Э.М. Добров, Г.С. Переселенков, Ю.М. Львович, З.М. Кураулова, В.Д. Браславский, Ю.П. Шкицкий, В.К. Цветков, Х.Я. Мурадов, С.Н. Белоусов и др. В процессе этих исследований изучались как формы нарушения устойчивости склонов и откосов, так и динамика, характер оползневых явлений.

Анализ нормативных документов по проектированию и строительству дорог (СНиП 2.05.02 - 85 и др.) показывает, что вопросы учета оползневых процессов в дорожной практике отражены в них схематично, а разработку конкретных решений рекомендуется производить в порядке индивидуального проектирования.

Из анализа методов исследования проблемы устойчивости откосов и склонов следует, что каждый метод наряду с преимуществами имеет свои недостатки. В основном рассматривается полубесконечный склон, на котором не учитывается влияние подошвы на распределение напряжений в приоткосной зоне. Призма обрушения часто разделяется вертикальными плоскостями на блоки, вес которых раскладывается на нормальную и касательную составляющие к поверхности разрушения. Это означает, что вместо трех составляющих напряжений в каждой точке приоткосной зоны при решении плоской задачи учитывается приближенно только одна вертикальная. В большинстве расчетных методов форма поверхности разрушения принимается заранее заданной (например, круглоцилиндрическая) и не зависящей от физико-механических и деформационных свойств грунтов.

Анализ состояния вопроса позволил сделать следующие выводы.

1. Одним из наиболее распространенных и значимых для дорожного строительства в горных условиях геодинамических процессов являются оползневые процессы.

2. Методы оценки устойчивости природных склонов подразделяются на две большие группы: первая группа это методы, которые позволяют оценить устойчивость по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения или ломаным траекториям, определяемым особенностями геологического строения склона. В этих методах тело оползней разбивается на блоки, и коэффициент устойчивости определяется из соотношения удерживающих и сдвигающих сил возникающих в основаниях этих блоков; вторая группа связана с развитием методов оценки устойчивости, базирующихся на анализе напряженно - деформируемого состояния. Из численных методов для определения напряженно - деформируемого состояния наибольшее развитие получил метод конечных элементов.

3. На базе полученных значений нормальных и касательных напряжений в точках массива появилась возможность определить прочность грунта в любой расчетной точке по интересующей нас площадке. Однако в настоящее время отсутствует теоретически обоснованная взаимосвязь между размером зон предельного состояния грунта в массиве склона и степенью ее устойчивости. Вместе с тем перспективным направлением является использование данных по напряженному состоянию для построения траекторий возможного нарушения его общей устойчивости.

С учетом вышеизложенного целью исследования является совершенствование методов оценки устойчивости земляного полотна автомобильных дорог на природном склоне в зависимости от его сложного инженерно-геологического строения на основе предварительного анализа напряженного состояния и построения возможных траекторий разрушения.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи.

1. Определить напряженно - деформируемое состояние (НДС) природного склона с учетом различных конструкций земляного полотна автомобильных дорог и его геологического строения с использованием метода конечных элементов.

2. Оценить влияние конструкций земляного полотна на общую устойчивость оползневого склона с учетом его геологического строения.

3. Провести натурные наблюдения на реальных объектах и сравнить их с результатами теоретических исследований.

4. Разработать рекомендации по обеспечению общей устойчивости природного склона с учетом его геологического строения и конструкции размещаемого земляного полотна.

# ее наибольших размеров.

Граничные условия заданы следующим образом: 1) вдоль вертикальных границ расчетной схемы отсутствуют перемещения в горизонтальном направлении; 2) вдоль нижней горизонтальной границы отсутствуют вертикальные перемещения; 3) на перемещения других точек ограничения не наложены.

Исследуемая область разделена на треугольные элементы. Разделение проведено таким образом, чтобы элементы имели наименьшие размеры в исследуемой части области.

Исходные данные для решения рассматриваемых задач включают в себя свойства элементов (плотность, модуль упругости, коэффициент Пуассона, сцепление и угол внутреннего трения пород), поверхностные нагрузки и граничные условия. Эти данные соответствовали расчетным физико-механическим характеристикам грунтов насыпи земляного полотна и грунтов природного склона при различных значениях их плотности - влажности.

Используя вышеописанную модель, определяют напряжения в системе С+ЗП при следующих значениях физико-механических характеристик: ?1=?2=1,9т/м3; ?3=2,5т/м3; Е1=Е2=25МПа; Е3=65МПа; ?1=?2=?3=0,35. Здесь: ? - плотность грунта; Е - модуль упругости; ? - коэффициент Пуассона. Индексом «1» обозначены расчетные характеристики насыпного грунта, индексом «2» - делювиального слоя, индексом «3» - коренного массива.

Рассматриваем два случая природного склона.

1. Делювиальный слой без коренного массива (когда делювиальный слой имеет большую мощность).

2. Делювиальный слой на коренном массиве.

В работе получены изолинии составляющих напряжений для обоих случаев при всех трех вариантах строения природно-техногенной системы С+ЗП (насыпь на склоне, выемка на склоне, полунасыпь - полувыемка на склоне).

На рис. 1, 2 и 3 приведены изолинии вертикальных, горизонтальных и касательных составляющих напряжений для первого случая при варианте - насыпь на склоне.

Соответствующие составляющие напряжений для трех рассматриваемых вариантов существенно отличаются друг от друга в зоне земляного полотна. Это объясняется тем, что в рассматриваемой зоне наблюдается влияние насыпи или выемки, в результате чего увеличиваются или уменьшаются вертикальные напряжения в склоне. При этом знак плюс соответствует растягивающим, а знак минус - сжимающим напряжениям. Величины напряжений в зоне земляного полотна в первом варианте (насыпь на склоне) несколько больше чем в двух других.

С глубиной напряжения во всех трех вариантах практически совпадают, т.е. конструкции земляного полотна практически не влияют на распределение напряжений.

Для анализа зоны влияния земляного полотна на природный склон в работе построены изолинии составляющих напряжений для обоих рассматриваемых случаев природного склона при отсутствии земляного полотна. Зону влияния земляного полотна на природный склон определяют из сравнения соответствующих составляющих напряжений в природном склоне при отсутствии земляного полотна и при его наличии.

Рис. 1. Изолинии вертикальных напряжений в случае склона «делювиальный слой без коренного массива» для варианта - насыпь на склоне

Рис. 2. Изолинии горизонтальных напряжений в случае склона «делювиальный слой без

коренного массива» для варианта - насыпь на склоне

Рис. 3. Изолинии касательных напряжений в случае склона «делювиальный слой без

коренного массива» для варианта - насыпь на склоне

В третьей главе выполнена оценка устойчивости системы «склон + земляное полотно» на основе анализа ее напряженного состояния.

Построение наиболее вероятной поверхности разрушения (НВПР) и определение коэффициента устойчивости системы «склон + земляное полотно» выполняли по методике В.К. Цветкова, использованной также С.Н. Белоусовым при расчете прочности системы «насыпь земляного полотна-основание». При этом для прямолинейной огибающей наибольших кругов напряжений коэффициент устойчивости К в каждой точке рассматриваемой области определяется формулой

где ?х, ?у, ?ху – горизонтальные, вертикальные и касательные составляющие напряжений; с и ? - сцепление и угол внутреннего трения грунта; ? - угол между горизонтальной осью ох и площадкой, вдоль которой коэффициент устойчивости К в рассматриваемой точке минимален. Этот угол определяется соотношением

загрузка...