Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по геологии-минералогии
Научно-методические основы численного прогноза деформирования грунтовых оснований
Автореферат докторской диссертации по геологии-минералогии
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТАГлава 2. Инженерно-геологические условия района исследований
В работе рассмотрены ситуации инженерно-геологического изучения и численного прогноза деформирования грунтовых массивов, характерные для условий строительства городских сооружений.
Исследованиями Peck (1969); Attewell, Farmer (1974); OТReilly, New (1982); Atkinson, Potts (1977); Mair и др. (1983) установлено, что строительство метрополитена сопровождается деформациями грунтов, которые проявляются в виде оседаний дневной поверхности; их очертание и размеры закономерно увязаны с размерами горной выработки, ее глубиной залегания, строением массива и деформационным поведением грунтов. Наши исследования деформаций грунтов в связи со строительством метрополитена на территории г. Мюнхена подтвердили справедливость этих положений.
Геологическое строение, геоморфологические особенности г. Мюнхена определяются его расположением в непосредственной близости от Альп. По своему географическому положению исследуемый район относится к центральной части Баварского плоскогорья, расположенного между верхним течением р. Дуная на севере и отрогами Баварских Альп на юге. Предгорное плато высотой 400Ц600 м покрывают мощные накопления ледниковых и водно-ледниковых отложений.
Большую роль в создании рельефа региона наряду со складкообразованием в мезозое и палеогене сыграли мощные вертикальные движения в конце неогена - начале четвертичного периода, а затем сильная эрозионная деятельность и воздействие древнего оледенения, которое в Альпах было особенно мощным.
Первыми от поверхности залегают плейстоценовые флювиогляциальные и аллювиальные отложения р. Изар. К флювиогляциальным отложениям относится щебенисто-песчанисто-гравийный слой, т. н. Мюнхенский Шотерэбене. Этот слой, имеющий форму клина площадью 1,5 тыс. кв. км, мощностью от 130 на юге до 10 м на севере, сложен плохо сортированными грунтами, плотного и очень плотного сложения, состоящего из щебня, песка, гравия и валунов, иногда сцементированных до конгломератов (нагельфлю). Шотерэбене подстилают миоценовые отложения верхней континентальной молассы мощностью до 2000 м, представленные плотными слабопроницаемыми суглинками, глинами с прослоями различной мощности песков, гравия, щебня (рис. 2). В работе приведена обобщенная характеристика физико-механических свойств основных разновидностей грунтов.
Рис. 2. Схематический разрез по линии запад-восток г. Мюнхен
(Meyer & Schmidt-Kaler, 2002)
Анализ особенностей природно-технической системы г. Мюнхена позволил выделить основные факторы, определяющие характер деформирования грунтов. К их числу отнесены: переуплотнение грунтов в ледниковый период; осушение грунтового массива до экскавации, сопровождающееся снижением гидростатического давления в сдренированных слоях и их компрессионным сжатием; изменение напряженного состояния грунтового массива в период горных работ, связанное с разгрузкой и накоплением остаточных деформаций.
В данных условиях характер деформационного поведения массивов горных пород наиболее достоверно при надлежащем определении показателей механических свойств грунтов может быть описан нелинейными упругопластическими моделями.
Глава 3. Классификация определяющих уравнений для грунтов и принципы выбора модели поведения
Третья глава посвящена определяющим уравнениям грунтов. Важный вклад в развитие представлений об определяющих уравнениях грунтов внесли работы К. Терцаги, A.W. Skempton, A.W. Bishop, В.А. Флорина, С.С. Вялова, Н.Н. Маслова, М.Н. Гольдштейна, С.Р. Месчяна, в последние годы - З.Г. Тер-Мартиросяна, К.Г. Шашкина, P.V. Lade, C.-Y. Chang, F. Darve, P.A. Vermeer, T. Schanz, T. Benz, R.I. Borja и многих др.
О значимости определяющих уравнений для оценки напряженно-деформированного состояния свидетельствуют, например, кривые оседания поверхности, вызванного проходкой туннеля в районе Ам-Харт г. Мюнхена. Они рассчитаны в PLAXIS с тремя разными определяющими уравнениями: а) HS (hardening soil) - упругопластическая модель с изотропным упрочнением, б) HSS (hardening soil with small - strain stiffness) - упругопластическая модель с изотропным упрочнением и учетом жесткости малых деформаций; в) MC (Mohr-Coulomb) упругая идеально-пластическая модель Мора-Кулона при равных прочих условиях (рис. 3).
Рис. 3. Кривые оседания поверхности с разными определяющими уравнениями
Критический анализ литературных данных об определяющих уравнениях показал, что дальнейший прогресс в изучении поведения грунтов требует не только углубленного детального ?-? анализа элементарных явлений (консолидация, разуплотнение, сдвиг и др.), но и одновременной систематизации (классифицировании) описанных и проверенных на практике законов поведения материала.
Имеющиеся немногочисленные обзоры определяющих уравнений G. Gudehus (1981), T. Schanz (2006), P.V. Lade (2005) нацелены на теоретическое осмысление многообразия моделей, но им присущ существенный недостаток - отсутствие инструментария для поддержки решения инженера о выборе определяющего уравнения.
Отсутствие инструментария обусловлено необходимостью учета множества характеристик грунтового массива, инженерного сооружения, возникающих предельных состояний, имеющих сложную структуру взаимосвязи. Для решения задач подобного рода в последние годы широко используются методы интеллектуального (разведочного) анализа данных (алгоритмы Data Mining).
В работе для классификации определяющих уравнений для грунтов использован алгоритм дерева решений. В качестве основы для разведочного анализа нами взяты данные из обзора P.V. Lade (2005) для 31 модели поведения грунта. Каждая модель охарактеризована 18 атрибутами, отражающими различные аспекты поведения пород при разных типах нагружения, способы оценки параметров грунтов.
В начале разведочного анализа для устранения незначимых факторов был проведен корреляционный анализ данных, который позволил отобрать следующие значимые для классификации признаки: класс грунта; изменение знака нагружения; реальное поровое давление; реальное 3-мерное поведение; дренированное разупрочнение; циклическое нагружение. Далее, отфильтровав имеющиеся модели по классу грунтов (скальные и полускальные, дисперсные связные и несвязные), определили значимость тех или иных атрибутов моделей (аспектов реального поведения грунтов) внутри класса грунтов. Для каждого класса было построено дерево решений, отобраны решающие правила и значимые факторы [21]. Например, дерево решений для связных грунтов представлено на рис. 4.
В работе указаны слабые места и достоинства предложенной классификационной схемы. Обосновывается необходимость пополнения базы данных по определяющим уравнениям для грунтов, указаны атрибуты такой базы данных.
Изучение литературных данных позволило сформулировать принципы выбора определяющего уравнения грунта и дать рекомендации использования расчетных моделей для расчетов оснований различного типа инженерных сооружений и основных видов грунтов.
На основе учета инженерно-геологических условий г. Мюнхена и условий нагружения грунтов для численного прогноза деформаций грунтовых массивов выбрана упругопластическая модель с изотропным упрочнением Plaxis Hardening Soil (HS).
Циклическое нагружение
Да
Нет
Дренированное разупрочнение
Дренированное разупрочнение
Да
Нет
Нет
Да
абораторные затруднения
Модель
Darve
(1982)
Реальное3D поведение
Нет
Да
Да
Реальное3D поведение
Нет
Да
Нет
а
Модель
Drucker-Prager (1952)
Поровое давление
Plaxis Hardening, Vermeer (1997)
Да
Нет
Закон
Гука
Modified Cam Clay, Roscoe Burland (1968)
Модель Fuzzy
Set Plasticity,
Klisinski (1988)
Модель
Nor-Sand,
Jefferies
(1993)
Модель Elasto-Viscoplastic, Adachi, Oka
(1987)
аРис. 4. Дерево решений для связных грунтов
Модель HS точно описывает поведение дисперсных и полускальных грунтов при экскавации грунта, устройстве подпорных стен и проходке туннелей; учитывает различие модулей деформации при нагружении и разгрузке, возможность остаточных деформаций.
Глава 4. Определение и назначение параметров грунта в расчетах
Определение и назначение параметров для численного моделирования требует разработки методологических подходов, как по определению отдельных параметров, так и по назначению параметров в качестве входных, т.к. различные модели поведения грунта требует не только определения дополнительных параметров, но также различных типов лабораторных испытаний и разной обработки результатов этих испытаний.
В процедуре разработки расчетной модели рассмотрены способы определения параметров:
1. Стандартные методики для основных параметров с, ?, Е.
2. Нестандартные методики для дополнительных параметров: коэффициента бокового давления грунта в состоянии покоя К0, коэффициента Пуассона ?, степени переуплотнения OCR, угла дилатансии ?? и других.
3. Справочные данные (корреляционные зависимости между показателями физико-механических свойств для различных регионов)
4. Имитация лабораторных и полевых испытаний.
Следует отметить, что все вышеперечисленные способы определения используются для назначения параметров модели часто одновременно, но в разной степени. Использование в расчетах сложных определяющих уравнений зачастую требуют сложного дорогостоящего оборудования, при этом методика выполнения лабораторных работ не всегда является общепризнанной, закрепленной в нормативных документах. Количество необходимых для расчетов параметров варьирует в значительных пределах от двух до четырех десятков. Следует также заметить, что некоторые параметры сложных определяющих уравнений не имеют физического смысла, а необходимы для более точной аппроксимации экспериментальных кривых.
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по геологии-минералогии