Delist.ru

Напряженно-деформированное состояние преобразованного основания фундаментов (26.03.2009)

Автор: Алла Саид Мухамед Абдул Малек

В следующих главах диссертации рассмотрены решения ряда краевых задач для иллюстрации важности учета остаточных деформаций и напряжений при прогнозировании дополнительных полей деформаций и напряжений под воздействием внешних нагрузок. Однако для решения таких задач необходимо иметь теоретические основы.

К ним относятся уравнения равновесия, неразрывности и физические или определяющие уравнения. В следующих разделах (гл.3,4,5) рассмотрены задачи по оценке НДС массива грунта в условиях осевой симметрии аналитическим и численным методами с учетом упруго-пластических свойств

В третьей главе излагаются постановка и решения задач по оценке ПНС грунтов оснований при поверхностном уплотнении трамбовкой, катками, вибротрамбовкой и др. Во всех этих случаях в грунтовом основании возникает сложное неоднородное НДС. В зависимости от диаметра трамбовки, толщены уплотняемого слоя преобладают либо компрессионная , либо девиаторная траектория нагружная. Поэтому в первую очередь рассмотрим компрессионную траекторию уплотнения .

Решение одномерной задачи уплотнения грунта, обладающего упругими свойствами при объемном изменении и упруго – пластическими свойствами при формоизменении, т.е. при

где Ке и Ge– модули объемной и сдвиговой упругой деформаций;

?i и ?i* - действующая и предельная значения интенсивности касательных напряжений;

имеет вид

- степень приближения к предельному состоянию .Уравнение(3.5) является трансцендентной . Его можно решать задавая значениями (1 и определяя соответствующие значения (2 с помощью программы Маткад.

В случае упругих свойств при объемном и сдвиговом деформировании из (3.5) получается упругое решение

- коэффициент поперечного расширения при упругой деформации .

Из (3.5) следует, что связь между уплотняющим напряжением (1 и реактивным (боковым) напряжением (2 нелинейная, т.к. Кп=(((1, (2).Если предположить, что при разгрузке имеет место чисто упругое деформирование, то разность бокового давления при активном нагружение и упругой разгрузке будет представлять остаточное бокового давление.

В диссертации приводятся решение одномерной задачи уплотнения численным методом (МКЭ), который позволяет учитывать изменения параметров деформируемости и прочности грунта при ступенчатом нагружение. На рис.3.1.приведен пример когда после каждой ступени (всего 10) модуль деформации и сцепление увеличиваются ступенями , угол трения остается неизменным а коэффициент Пуассона уменьшается с 0,45 до 0.32 .

Далее приводится пример решение задачи МКЭ для оценки НДС массива под штампом размером 4*4м при нагрузке 1000кН/м2;Ен=30000 кН/м2;(=0.33; с=100кН/м2 ; ? = 20о; Ер=15000кН/м2.(рис.3.2).

И в этом случае наряду с остаточными перемещениями наблюдается остаточные напряжения ?хх. Анализ многочисленных примеров решения задач МКЭ для слоя ограниченной толщины и ширины под действием местной нагрузки по полосе шириной b=2м мощностью слоя Н=2,4,8 м показал, что характер формирования ПНС, и величины остаточных деформаций и напряжений существенно зависят от соотношения b/Н.

уу – ?уу , ?хх – ?уу при одномерном ступенчатом уплотнении и разгрузке упруго-пластического упрочняющегося грунта.

Рис.3.2.Оаточные деформации uyy (м) ( а ) и остаточные напряжения

=20 кН/м2 ;Ен=30000 кН/м;

150 кН/м2).

Во всех случая наблюдается существенное остаточное напряжение (хх. С ростом Н зона максимальных (хх локолизчется под полосовой нагрузкой а под этой зоной образуется область остаточных растягивающих напряжений.

В диссертации приводятся результаты расчета НДС МКЭ упруго– пластического слоя ограниченной толщины и диаметра под действием статического и динамического ( импульсного ) нагружения МКЭ.

В четвертой главе рассматриваются постановка и решение задач аналитическим и численным методами для количественной оценки ПНС в грунтовом основании при его глубинном уплотнении с помощью буронабивных шнековых свай и трамбовки, имеющая форму параболического клина (рис.4.1.9).

Рис.4.1. Технологическая схема глубинного уплотнения с помощью буронабивных грунтовых шнековых свай(а),(б) и глубинной трамбовки (в),(г)и(д).

ПНС в слое грунта при устройстве буронабивных шнековых свай (аналитический метод)

Диаметр изготовленной шнековым способом буронабивной сваи и окружающей ее зоны уплотнения зависят от усилия на шнековую колонну, диаметра шнеков и свойства окружающего грунта. Определение этого усилия является сложной задачей прикладной механики грунтов. В диссертации рассматривается постановка и решения этой задачи.

Очевидно, что процесс уплотнения рабочего материала неизбежно сопровождается его выдавливанием в стороны и раздвижкой стен лидирующей скважины. Очевидно также, что чем больше усилие прикладывается на штангу шнека и чем слабее грунт тем больше рабочий материал будет выдавливаться в стороны. Количественная оценка этого процесса связана с решением задачи о НДС рабочего материала и окружающего массива грунта, взаимодействующие между собой. Решение этой задачи в упруго – пластической постановке приводит к следующим результатам. Предельное значение напряжения (1*,которое нужно приложить к рабочему материалу в забое лидирующей скважины равно

- предельные значения напряжений, действующие на рабочий материал и на стенку лидирующей скважины соответственно, причем

- давление, которое нужно приложить к стенке лидирующей скважины для её расширения от радиус “а” до радиуса “b” , т.е.

Предельное усилие, которое нужно приложить к колонне шнека для поддержки её в неподвижном состоянии при реверсе можно определить по (4.1),т.е.

N* = (1* Аш

где Аш – площадь поперечного сечения лидирующей скважины.

По сколько модуль разгрузки несколько раз превышают модуль нагрузки Ер=(5(10) ЕН, то можно считать , что после нагнетания рабочего материала в скважину и вокруг нее в грунтовом массиве возникает не только уплотненная зона но и остаточное радиальное напряжение.

ПНС в слое грунта при устройстве буронабивных свай (численный

Учитывая большие возможности численного моделирования НДС грунтового массива МКЭ в диссертации приводятся результаты расчетов НДС грунта вокруг забоя скважины при вдавливании в эту зону рабочего материала (песчано-цементная смесь и др.). Показывается, что в этом случае вокруг забоя скважины формируется избыточное НДС на значительное расстояние от стен скважины и ниже забоя скважины. При повторном нагнетании рабочего материала скважина расширяется больше в стороны, чем вниз и вглубь забоя скважины. Результаты расчета НДС представлены на рисунках (4.2. и 4.3).Воздействие рабочего материала на стенки и на торце забоя скважины приняты исходя из гидростатического распределения напряжения от нагрузки , приложенной шнековой штангой при реверсе.

(хх (б) (v

Рис. 4.3. Изолинии горизонтальных остаточных напряжении (хх(а и б)и объемных и деформаций (в , г) в забое скважины диаметром 18см на глубине 8м в процессе первичного(а) и (в) вторичного (б)и(г) нагнетания рабочего материала .

Формирование ПНС в массиве грунта при глубинном уплотнении трамбовкой имеет сложный пространственно – временной характер.

Решение такой задачи аналитическим методом не представляется возможным. Поэтому количественная НДС и ПНС в основании и вокруг трамбовки в диссертации рассматривается численным методом (МКЭ) с помощью программы Plaxis .Рассматривается осесимметричная задача НДС в забое лидирующей скважины под действием трамбовки. Некоторые результаты расчетов ПНС представлены на рисунках 4.4 и 4.5.

(а) и объемных деформаций (б) под трамбовкой в забое скважины диаметром 0.4м на глубине 8м.

Рис.4.5. Кривая зависимости осадки – статическая нагрузка до и после уплотнения грунта трамбовкой в забое скважины диаметром 0.4м на глубине 8м.

Пятая глава диссертации посвящена количественной оценке влияния ПНС на НДС преобразованного основания под воздействием дополнительной внешней нагрузки.

загрузка...