Расчет термонапряженно-деформированного состояния послойно наращиваемой насыпи на вечномерзлом основании (на примере дорожных насыпей КНР) тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

О 8 АВГ

московский государственный строительный университет

На правах рукописи

Ло Цзянькунь

удк 624.139.2/3

расчет тегмоштгтаенно-деформированного состояния послойно нарациваемол НАСНПИ на вечномерзлом основании <на приморе дорожшх насыпоя КНР)

Сппциальность 01,02.07 - Моханикл сыпучих тел,грунтов и горных па яд

АВТОРЕФЕРАТ От','-,пртп1и»и на с: лскаяип учоноя стопит кпндадчта тохничоских паук

Молкъл - IУУ4

Равота выполнена в Московском Государственном Строительном Университете

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

-кандидат технических наук, старший научный сотрудник Я.А.Краник

-доктор технических наук, профессор И.И.Домин МГСУ -доктор гоолого-миноралогичаских наук,зав отделом "Фундамент-проект" М.А.Минкин --АО"МосгипротраН1,"

^зцитз состоится " 01 " июля 1994 г.в 1%»'00час на заседании специализированного совета Д 053.11.05 в Московском Государственном Университете по адресу:Москва ул.Спартаков -скэя,д.2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Просим Вас принять участие в защгге и направить отзыв :в 2-х экземпляр! то адресу: 129337, Москва. Ярославское шоссе д.2в.МГСУ,ученьга совет.

Авторэферат разослан " 06_1994 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д 053.11.05

Крыжановг.кия Л.Л.

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОТЫ

Актуальность темы. Строительство и эксплуатация здания и сооружении на вечно мерзлых грунтах связаны с необходимостью решать ряд проблем как на самых ранних стадиях их проектирования,так и при эксплуатации ввиду увеличивающегося о каждым годом числа аварии и деформации инженерных сооружения.

Одной из важнеащих и нерюше шых еще проблем является совершенствование существ., одих и рлзработка новых современных методов расчета совместного теплового и механического вэзимоцвяств"я сооружения с шчнокорзлыми грунтами основании и,в цэлом,с окружающей средой.В нормативных документах по проектированию сооружений га мерзлы* (иьлголзтпо- и сззппнонерзлых) грунтах во многих странах отсуствуот чоткиэ рекомендации по методикам сошестных тепловых и механических расчетов (см. СНиП 2.0*:.04-68,СНиП 2.05.02-85 и другиэ нормы Р®,США,Канады и Китая) и как прат'-.о.тчкга расчеты шполтг тгсп самостоятельно,независимо,при этом расчеты тепловые и механические ведутся отдельно для сооружений и отдельно для основании без достаточно полного учета их взаимодействия.

В пврвую очоредь вышоука;.анпые проблемы возникают при пионерном освоении террип да с повсеместным распространениям воччокорзлых грунтов и необходимости прокладки транспортных насыпей авт моби-ьных и железнодорожных дорох'.при строительстве аэродромов,при засыпке обводненных и оаболочнных участков и отрои, -^льстве здтга и сооруж-мпг» на подсыпках из местных групвых материален.

Поскольку во всех строительных нормах и правилах (С''ип) проектирования зданий и сооружений ьочкомералых грунтах для соблюдения требовании по охране окружающей среды,сохранения вочноморзлых грунт®0 ос-сваниа в естественном томтора' урном зстоянкк(птт,1 строительство по пртшу 1)и для повышения надежности и долгоиочнооти сооручяэниа при эксплуатации в условиях криолитозопы [хжомо иду отел подготовка основания : сохраненном верхнего мохо-рэстигельного слоя и о применением подсыпок (насыпей) из местных или привозных грунтовых м гори;.лов,проб. >ма термомеханического взаотодэяствия насыпей о ьачномэрзлыми оенпг-'згями атуальна практически для всех видов г~рситольстьа.

4В Китзясксй Народной Гв спубдико (КИР) освоение районов распространения вочномэрзлых грунтов (криолитозоны).занимающих более 22% площади страны,в основном в северо-западных гирных рзяонах.начинается с прокладки автомобильных и желазных дорог.Позтоку для настоящих дассортационньа- исслвл^ваниа быш выбрзлы расчетные схемы м примеры решения практических задач пршвэнзят&лъно к насыпям эоклякого полотна автомобильных и жаде-ныж дорог. Однако основнш разработки по мотодакэ тераюмохашивсюы расчетов грунтовых сооружении совмостно с вечномералька основаниями применимы к для других видев строительства. Отметим, что создание лишоных сооружений в виде дорохшых насыгог в области распространения вечпоморзлых грунтов влияет нз измонепия б их окрестностях геокриологических условии,интенсифицирует склоновие процессы, сущэстЕвнно влияот на поверхностные слои почвы и стоки вод.В свою очорэдь отмеченные изменения окрумаюшра среды оказывают существенное влияние и за температурной режим и долговечность самих дорожных насыпая к их вочнг юрзлых основания.К сожалонио.до последних лот отсуствуЕтг совроменныо катодш-31 прогноза взаимовлияния и взаимодействия насыгоа и вечноморзлых основании при длительной эксплуатации с учетом,наприизр.гюдпрутивашш поверхностных вод па склонах в летнее ври.чя и влияпия фильтрации воды из кювотов и водоотводных каналов на Торморежим и напрякгвнно -деформированное состояние системы "насыпь - вечпомерзлое основание".На необходимости разработки таких методик указывается в трудах иногих исащдэвэтвдэа рассматриваемой проблемы,в частности в ¡заботах H.A.Цуговичв.O.G.Вялова,К.Ф.Боатковского,С.С.Ухова, С. Е.Гречишрва, Ю. К. Зарецкого ,3. Г. 1ер-Мартиросяпа, Я. Л. Краника, И. И. Дэнина, В. II. Мерз-лякозэ»К.Г..Чвлшкинаи других.

На основании вышеизложенного и учитывая актуальности проблемы соверсешствовгыия существующих и разработки новых,бо.,*» современных методик расчета теплового и механического вза.ло-деаствия грунтовых сооружений(насыпвй) с вэчноморзлш основанием,а настоящих дис сортацжишых исаяэдэпаниях были поставлоны нижешрочиелвднъ» цель и задачи.

Целью диссертации яаляэтея разработка мотодшеи численного совместного расчета температурного режвда и напряженно-деформировзнного состояния насыпи и их вечкокерзлых основания с

учетом поэтапности строительства и периодической нестационарной фильтрации в тпж и в основании грунтовс- J сооружения.

Для достижения указанной цели сформулированы и раданы следующей задачи:

1.Выбор на основа обзора и анализа литературных данных наиболее эффективных моделей и методик для усовершенствования инженерных методов прогноза температурного режима и напряжонно-доформираванного состояния насыпай вместо с основанием в совместной постановке тепловой и механической задач с учэтон фильтрации.

2.Разработка конкретных алгоритмов для поставленных термомеханических задач,реализация их в вычислительных программах для ПЭВМ.

3.Получение числзняого решония серии задач и,на основа их анализа,выявление основных тенденции изменения нестационарного темшратурного и фильтрационного режимов и термоналряжеппо-дрформировэнкого состояния(ТНДС) насыпи совместно с вочномэрзльм

снованием с учетом поэтзпности строительства и периодического влияния фильтрации вода в лотяиа сезоны.

* . Разработка практических рекомендаций по методикам совместных расчетов температурного,фильтрационного и теромопапряжешю-доформироватгого состояний насыпей не вочно-керзлых основаниях и использованию их при проектировании и для экспресс-анализов аварий грунтовых сооружений и дорожных яасыпзй в 'сржиитозоно

Научную новизну работ,, составляют :

1.Рошаниэ задачи о нестационарном температурном режима насыпи совместно с вочноморзлым основанием с учетом поэтапности" отроитольствз и периодической фильтрации в тело и основании грунтовых ссоружо1П1.

З.Сопмостпоо ротону) 'задач прогноза температурного, фильтрационного {сжимов и задачи прогноза тармяапряиюпно-дефсрмированного состояния(ХПДО) послойно наращиваемой насыпи и основания.сложенного мпоголвтноморзлыми грунтами.

3.Разработанная методика совместного расчета на ГОЕМ температурного.фильтрационного и то, монзтфяжогаю-двфоркировапнсго состояния пзсипоЯ на зочноморзлых основаниях.

На з.-даиту наносятся:

с

г.Методика ишлопорного совместного расчета темшратурногс , фильтрационного режимов и те}, лонапрнженно-деформированного состояния насыпл и основания сложенного многолонемерзлыми грунтамг с учетом поэтапности возведении сооружений.

2.Результат. численны! расчетов нестационарнного температурного, фильтрационного режимов и термонапртюнно-доформиро. .анного состояния грунтовых соорушний и ъечноморзлых основания с учетом поэтапности строитель гва и нестационарной фильтрации.

3. Рекомендации по метода;« термомеханичрсюсс расчетсз насыпеа на вечномерзлых основаниях для внедрения иг в практику проктирования.строителъстга и эксплуатации грунтовых сооружений в крио лито зоне.

Практическое значение» работа заняочаетси в с- дувдэм:

I Разработаны штодака и вычислотельгэя програглма для ПЭВМ,которые позволяют при проектировали!! грунтовых сооружениа в криолитозоно осущэаташпъ совмзстше шшонерпые расчеты »шшратураого .фильтрационного и торюнапряжоягч-дафор-шрс ,аняо1'о состояния систимьГнасипъ - вэчнонорзлао основание" и на самых ранних стадиях проектирования ч изысканий более обосновало решать вопросы выбора принципа строительст сооружения на вечномерзлых грунтах с удатом изменения их томшратурно-фильтрациопного режима и геокриологических условии при строительстве и оксплуа" шки.

2.Предлагаемые методика и вычислительные программы могут быть 'ч юльзованы тазшэ при проведении экспертного экспресс-анализа гтичин аварий грунтов; л сооружений .. здания на подсыпках в условиях вечной мерзлота и при разработке иняанерных

меропри' тиа по ликвидации или предотвратимо аварий пых ситуаций.

3.Полученные результаты численных тормомехан "ческих расчетов позьоляют разработать практические рокомгчдации по применения усовершенствованных ишкенер.шх птодак в пращ .псе изыскании и проектирования и повысить качество,эффективность и нздзшюсть грунтов -X сооружения,возведенных в районах распространения вочноморзлчх грунтов,

Апробацпя рабе и:

Результаты диссертационных исследований испльзовалось в практика научно-, .сс ~\цовательских работ Отраслевой Научно-

исследовательской Лаборатории штопор1 то мерзлотоведения В окаргвтич ском строительства (01ШЛИМЭС) кафедры мохзшнси грунтов,оснований и фундаментов М1,р.и им.В.В.Куябыагавэ.

Результаты работы были предотавлоны и обсуждались на всесоюзном семинаре "Раци лальноо природопользованш в криолитозоне"(г.Якутск,1990г.),на семинарах отраслевой лаборатории О ПИЛИМ Эо и на кафедра механики трутов основания и фундаментов МГСУ.

Объем работу!:

Диссертация состоит из введения,пяти глав,общих выводов,сг оке литературы и при-ожения,изложена на 170 страницах,а тем числе 25 рисунков и 7 таблиц.Список литературы включает 03 1 именовании, 1} том число 15 на и :стрлшом языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена два этац.кн порпои оташ реп. .лось температурная за .г ча для насыпи как в строительны»! период,так и а пег 'од вксплузтации.Расчет температурного состояния в пвриод возведения уч!ггывает один иа важнейших факторов, влияющих на формирования торморвжима,поэтапность ее возведения.В расчете тэр.гарожима а ¿коплу^ ¡циоыша пориод учитьтаотся язлошга |^'1льтрации,рэгулярно проявляющееся в летний сезон за счот доздэшх сада з и послодукщэго накоакэния воды в кювете,которое оказывает зиачитильноо в: янио на термическую устойчивость посипи.

Задача прогноза .емлвратуриого состояния насыпи решается о использованием энтальпийнга термомохшшчоокоя модели,о : чцьга которой можно оффоктивно и достать ¡п просто учи. тать процессы фазовых шроюдпв, происходящих при ггроморзанга и оттаивании грунтов.

В порпоа части температурной задачи г "стаолопа плоская оиммотричоская задача прогноза томгаратурного рожима послойно наращишюмой пасыга. Отли^иэ ре-ония поставло..лой задачи от обычной постановки теплопроводности заключается и том,что со расчетная облист! япляатся динамичной,т.расчетная облаетI изменяется ч зависимости от ка„»окдзрпого плана вопвошэния.в точе.яив ь,<1мсни она ^отот умонываться и уволичи. зться,поэтому при

s

Решинии поставленной задачи необходимо в каждая момент уточнять расчетную схему,и при атом раочо'П' э характеристики грантов изменятся соотаесттанчо.

Уравнение теплопроводности в онталымйной форма описывается уравнениями:

да /ф a*Q

--+ — (I)

Лх« Оу*

в 1V.VI в IV,VI

о о

при t~Q:

в IX

а

№> - У Cv<eDd& ф0Сх.уЭ « ¡ \C63de (2)

-»7». Ю -*»» »4

гдэ Н - энтальпия, в - тепловой питон.

11а шрхноа границе приюноитол гороменная температура:

rrt

e»»eo.+Ab»r.i:-->»ui (3)

100

гдэ а«.-оредз"я годовая тонпоратура,

а-ачшоггуда;

Ооо-пс ствшшая ворхнмз граничные условия затвались в вида:

e2CX.V> OjIW.V)

Н, - I CvCSidО О, - J ХСвЭйв, (4)

-17». »U -»7». »в

на нижней грашшр вадзется поотояпая температураconst Т.0.

в± 0t Hi » J cvfflSde Oí - J- ьевэав (5)

-»7». »a -rr». ••

При X»0,ú Ф - Q (B>

СЫ

Еышекрлошцнля задача решается методом конечных разностей и для ее 4 люния автором ооотахиони вычислительная программа "viемка" на язьпю ФОГГРАН.Расч г водатоя в две стадии:из пэрвой стадии,?.е.в строительный гориод.на каждом временно!» шагу 1точняотся рас;отная область;на второй стадии,т.о.в триод эксплуатации,ьедртся расчет ностацинарнсй теплопроводности;

Для выбора темпов и времени отсыпки с использованном программы VIемка бы.™ решены 3 серии из 4?. задач,получен ряд

в

решений оптимизационных задач нестационарного температурного режима пгллойнс. наращиваемой насыпи.

Расчеты показывают,что учет поэтапности возведения насыпи дает существенно болоо реальную картину развития температурного состоянии насыпи.Для трехметрсчоа насыпи с трехметровой выемкой весенней отсыпки о учетом поэтапности ео возведения требуется 5-6 лат,чтобы ео температурный режим стабилизировался;но без учета поэтапности возведения необходимо 9-10 лет для ее термической стабилизации.

Сопоставление расчетов терморежима насыпи весенней,осенней и зимнаа отсыпок показываэт.что температурное поле насыпи зимЕеа отсыпки скорее стабилизируется,чем весной и лэтем возведенных насыша ,и среди них,шсвнрпя от ыгпса яа_ латся наиболее неустоачивоа.

Во второй части темпоратуриой задачи при ряд» предположений была псстзвлзнз задача лрогиоза торморожим<) насыпи,возБеденноа на неоднородном откосе и потвергавшёйся фильтрации вода после ее возведения.Прицигиальное различие данной постановки задачи терморекшма насыпи от предыдуцоп заключается в том,что в последнем счучае учитывается конвективный теплообмен в насыпи ва спет фильтрации вода:

мз /Р"и

— - к„(0) — + к (в) — (7)

¡ы£ у ОуЛ

*и Л)

По закону Дарси: — уу--к — (О)

дх Зу

Пс закону Фурье-Кирхгофа:

ае а е во г я се „ ( ем ев л> ее

— = — { — V + { —— и- О К<ен--+---\

Л, йх V 9x1 Уу Оу * I ¿Ы &у &у *

(9)

где и — искомая функция напора;м. ь - вромя; сут.

к(сз) — коэффициент фильтрации,зависящий от

гемгпратуры среда ;м/сут. Х,У — координаты.м.

О

С- в) -объемная теплоемко тгь грунта; ккал/м -вС

в----т^мтрятура тунта п нокгптцтя точив,град.;

/о

\(о)-ко; .фициент кондукгивной теплопро. здности

грунта ;ккал/м. ч.лС

С» - оСьегная таги^омкос^ь воды;ТОООккал/м^. °С

•'x.vy — составляющие скорости фильтрации,М/супш

Поставленная задача таги® решается численным методом конэч"ыз разностей и для ее рзлот»ч автором составлена вычислитель эл пртрамма temfil па языке ФОРТРАН.

Расчет в данной постановке тахжо вод тел в два зть.>а:на первом эташ.т о.строительном этапе,по ранее разработзному алгоритму решается задача теплопроводности послойно наращиваемой насыпи,а зат-iM после окончания строительства и появления вода решается совместная фильтрационная и температурная ^адача с учетом фазовых шреходов. Совместны! расчет производи.ся таким образом:в одном вроконном шагу сначала решается <Ц льтрациош jh задача,затем j учетом подученных результатов реиается температурная задача.В дг-лном случае Фильтрационная задача v задача прогноза торморожима взаимосвязаны,коэзфиционт фильтрации з£. ,исит от достигнутого токпеоатурного состояния рун~а и уравнение теплоь .4 задачи в свою очередь непосредственно чероз свои ковеил 1зны2 чл^н связаьо со скоростями фильтрации.

Расчет показывает,что фильтрация воды в ljcwtoi значительно понижает верхнюю границу мерзлота,На рис.1 а) показано расчетное температурное поле насыпи весенней отсыпки и ее основания через <1 месяца <нг I-оэ сентябре 1-ого года аксп/ атации) с момента начала возведения.За счет тоге.что насыпные грунты i юли полонштельт-N температуры и за счет воздействия фил^.рации вода в насыпи вся насыпь находится в талоь состс шии и имеет д>с /точно высокие температуры,а при наступлении зимы в атой области в первый го" сохраняется талая зона которая,на I-оо наября составила Х/3 площади насыпи,именно эта талая -она ясляысл главш. ; фактором неустойчивости насьзти.

Талая зоне со временем уменьшается,практичс ки за сишш& период к 1 мая второго года эксплуатации она ужо промерзла и исчезла,н" все в остается относительно высокая отрицательная температура в этой зоне.

На рис.1 в) показано расчетное темлературн э поло в насыпи и ее "сновании на I ceíiti«Зря 2 года эксплу; ацщ. Шсмотря на то,что в течон i всей зимы "зс^пь полностью проморзла.за счет накопления

Рас.1.

Расчэтнке рас ределения тё'^ператур насыпи и основания на 1-ое сентября 1-ого гада а/,на 1-ое ноябре 1-ого года б/,на 1-ое сентября 2-ого го^». Ъ/,Ш 1-ое сентября З^ого года г/ эксплуатация с учетом фильтрации

1.г

вода и ее фильтрации в насыпи значительна развивалась талая вона,и мас.имальная глубина оттаивания доставила около в метров.Но столь значительное- а шиша ф.льтрации отмзчазтся лишь в первые года*.. эксплуатации» паоьши,когда и . наблюдаются максимальны. дрф£}р^£ада;прэктаг^с1си^'ча-0''0а.'и' 7- ">2 год температурный режим уио стзб^.тазмруатся.и;1 вер*аяя-, гррницз нэзначителыю колеблется за счет ¿ции -иода.:,в < летали^совоны.

На; втором -этапа/ рэбсш'-по: пг-чгчоыным териополяа насыга. и оо кедднорудного основания поставлена и рокеьа плоская задача термо-у.ТР^ггдс^-и, щшзч гшдая известные уравнения равновесия,гоомотри-чоскш-.уравп-ния,уравнения совместимости и физическип уравнения:

1 —и * Ц

(с--о- ) + асез Д8

* - ЕСв> " 1 —fj У

J 1

С , ш —— (о- - о■ ) + о*СвУ ив (Ю)

У £С0Э У 1-М "

У Ш - т

«у ес 03 "у

Принит'чом слэ; /кеда гр. шчшз условия:

ги tfv

Ha левой ч правой грашщэ:и - 0; — - 0 — -= 0;

йх вк

ей дм

на нияшоа граница: и-0: v~0; — - о — - о (II)

*У ¿У

на верхней пиверхное л р = О

Поставленная задача является нолшюйноа.т.к.ы^дуль да^орцавди л коэффициент тскшратурпого расширения зависят от температуры.

Дда>ред;ения поставленноа задачи используется вычислительная прогребай Апт.разработшшая профессором.Дзминым И.И.и инжшюоом ' хмодовым.жКЛ-'Программа составлена на основе метода кинзчнык элемепгов»предвазаа^на. д*я расчета Т1ЩС шошных массивов.и нвэначэтехно: дораЗотана!'Щ,^машггельно к конкр^гным решаемым задачам. .

Для лыявло^ш влиш!ИА..темшратурного режима и вида грунта в тсыли ' и основании ■ па их наг„.яжонно-дэфориированноо состояато ,бши шлох )ны 4 варианта расчота:

I вариант - расчет ТНКС для "змоги худшего случая,когда в основами залогаот zjp'k слабого тела оттаивания суглинистого

грунта - слоя 2- ( с модулем оишей деформации Е, гЗОт/у'), а ь тело насыш уложены местные оупес'ано суглинистые грунты (,:лой I),разработанные, в мерзлом состоян»л и отгыпяшш^ в вчдэ мерзлых камков,после оттаивания переходящие в переуплашоипое пластийлоо состояние,чт( весьма часто практикуется или строительстве землпногс |ЮЛоип в районах вечной f рзлоты.

II вариант росчет 1НДС для с-^чая залиган"я в основании насыпи слоя 2 слабого после оттаивания грунта (как а I варианте),но » гюмля jo полотно отсыпаются боле' качс гвопныо местные крупниобломочные грунты с госчано-г.тинистым милксзем'М-заполнителпм (слои I),уплотненные до трнЯуоиоа проектной плотности.

III ч tv варианты - расчет ХНДС д"п jaMoro благоприятного слуая залегания в основании слоя нплольдистого суглинистого грунта,обладающего после оттаивания достаточной несущей способностью, а в тело насыш улоштны трэииноск. лета и нопучинистые оптимальные груетовыо смеси (типа тэсчано-гразшшх смесоя - ПГС),у а.огненные £о максимальной стандартной плотности.При этом в 3-ем вариа1го (на шрвом jTam р:л<_ .эта) выпо-пено опред.л;шио чисто тимпорчуур'ого )асс -ропия-сокрээания и тврмонэнрнжвшюго оос ояния насыпй и основания,без учоТэ гравитационного силклго аоздеис-л«ия грунта для оцэнки вклада тольк то ми , «ггурпого воздействия к тегао^апряжения в odrioo то|>"онапр)та>1шо-дэформироватгоо состояние (ТЦДС) систпмч "пасыг".

основ..,im",которое подучено а 4-см варианта роочотэ.отличашсмся от 3-его варианта тем,что в дяшюм случэо были учто!Л1 а со силовые воздействия к.тс от изменения теашратуры.тас йог гравитации; гаых .ли.

В I-см ворпанто расчета отмечаются наиЙолыЕип деформации насыпу, и осьивалия.ьан'.щго превыша.,.|цго продольно допусткжо по ¡¡вр.'пч значения ¡1 привод. ;иг> к опасным нарушениям (по сути к разрушении) зомлянто полотна. Та.с на рису та 2 3) приводого р?счетноо полз изолиний вертикальных перемещения v (исаддг:) насыпи и основания.характеризующиеся большой лоравнокорностыо (рг.зность осадок достигает 5-9 см) и выгощии.запродвльныяи величинами осздок:болш 1Р-15см при допустимых (грэдольных) значочияк вер;икалыгых гю_ змощгш:й (от пучение при ^¡oMöpspitw в зимняя ар.^я и послодугдих осаэтк при оттаизапии в „-х>тнэо время?

1Н

д-я дорожных от жд автодорог 1,11 класса с иомен. j6ü ошш»"'< и асфальбетошшму покрытиями всаго лишь 3-4см,дгч дорог III-lv клас j с уооьор-.ацствовашшми облегченными покрытиями - до 6см и самых простых покри.ий ..ареходчш типо. - до 10 см.При m ч ОСЦОВ1ШО ааьропэл^аь^ доформацли формулируются как в эле насыпи (осадка около 4-ЕЗсм),так и в слое слабого при иттаиваиии -рунта (о'чдки 5-7см),что свидетельствует о недопустимости проект, jaauHfl авто )p:ir с jcrrar тог'юм в основании и с укладкой тело насыпи сильнодефор.лируюп'^хся при оттаивании ш.ралых ¿рунтэв.

Анализ расчетного поля горизонтальных сммщщиа и на рис.2 а) позволяет аыдолить ш траекториям максимальных смош/шшд.по крайиои мере дво кржаые (поверхности) скольжения в тело tacuiin зоне низового откоса. Практика оксАЛуатации автодорюг в криолитизсне шдь, радает данный случай ошлрчиия низов^.о откосч и разрушения земляного полотна автодорог как ыаиболое ''зсти встречаются, iTo шдвередзот достоверность разрабитанной ь^годаш г.огноза 1НД~ и подученных результатов расчета.

Анализируя далоо расчетные шля нормальных и

кэсатольньгх ,¡,v) напрнжэниа.на рис. 2 a) i),находим весомые подаерзждршш cam'"uuím выводам.Испольиуя для анализа напряженного с г стояния системы "ца^лш - осиоааши " и;"юст'1ЫЭ принцип оушрп* зиции условии продольного ра.лоЕосия (см.СНиЛ 2.02.01 -8? СНиП 2.02.02 - сЮ,и другие.) мо^но вишлшггь анализ прочности (моатноа и ойицзъ) и усютивости uacui . и выяаить облаати pajpyuioii'4 и троцшыобразииатш в результат« разрыла или одамга.Иа pu.j.2 в) ылишштчя зона ; р .стягивающиш' напряжениям»!

.»ишищалси потшпиальио ouucuoa областью шама^кщ-о <при п^шшнш про юоти грунта на рзазрми) Tpcv^iHDüü1pa;jL.,ciuHN.lUj рис. 2 г) Фиксируется дьи иЗлаши трюдрл'тюго равновесия на сдвиг ("о крмторш) Мири-Кулона ) Лри атом о ели r-oua 6 замкнута под 1шзов1 i откосом и не и-v,, ат вьиода иа поверхность, что пизволяот в горном 1.,ииблшониу счг'-ать со Не опасно, для общей устиг ивости нчсииш.то иона '/.оишничониан ыпчолш'чи касательных напряжений Q.L^4-O.OOljWna,cuoTHOOT'iiyiiiiii>ix вначониш предельного оопрогивлонмя сдвигу or-a>a"üiU груитоа (до хлубиги 2-2.UO,и которая

кчиффицивнт аапаса iv причин сп и на сдвиг да-—-',р>;июн и^и

э Троп

NêH'iu ¿..входит иа шворхно-ть насыпи к достаточно чотко

Г5

фиксируй/ облезть оползания (р&ФУшения от сдаир]) нкзовогс. откоса насыпи,что хорошо сов .адает с 1.лоскс с.гью скольжения,выяв. ;нноа на рис. 2а) по кривой масималыгых гор! ментальных смешений.

Во II варианте расчета при возведении достаточно высокопро .ша нас;,™ из другиооблогпчных грунтов на слаЗг' при оттаивании основания значительно умен' пильоь обшдо (вергикальные и горизон1альные) дефорк^ции насыпи (в 1.Б-Г раза) и.гптя еда о.мечаатся нправномг'чюсть осадок дорожного полот 1 (до 1.5-2см),но максимальные значения осадаи.фихсируемоа вблизи низоьой бровк.. насыпи,достигает 9.5-Юсм и для дорожных покрытии простейших (переходных) типов яизкоклассшл дорог по провьшагг допустимых (до 1СК,.,;) ,'хотя для шсококласных автодорог такие осадки недопустимы (до 3-4см для 1-11 класс? и до Всм для отмеченных покрытии автодорог клас^'а),При этом основная

часть обшэа исадосн в 9-10см приходится на ело: 2 ела 'огп при оттаивании грунта (5-Ссм),поэтому при проектирования автодорог повышенного класса (в1 то Ш-1У к." ссов) а улучшении?«! по!фытиями для обеспечения их долговечности при эксплуатации! необходимо удалять слабый пр. оттаивании слой сюг нол'цигого мерзлого гр!Нта,либо проектировзт! насыпи по I принципу с кедопуп^нитч оттаивания шчномьрзлпго основания.

/чализирул по.,та горизонтальных смешен! . и можно условно иаиотгь потенциальные повеп-дюсти скольжения, но в данном расчетном с учае они отттачэитая в основании и,вероятно,можно (хмеитцдовэть пропарку сбпзэй устойчивости дорожных нзсышЯ на сдвиг по поь ясности слабого слоя в основании.Отмчтии что и дчшюй рзс-ИУ1ЖХ случае горизонт,- Иигыо стещон п пначют. ло утшелтаь сравнении с I вариантом не превышают 1 1.Бсм и,по мпорюз автора из сизЭвуТ опасных дэ^ораацкз насыпи.

С утеныхтем обще» дг *<ормптивности насыпи 1. данном варианте н'ч.колыю повысилась (в 1.5-3 ргззл) ь .хэлэ насыпи пзрлзоьталнья напряжения а„ и пр>л этом соочрьлизсь пэта. циальао опасная (п т(сн ллообразоаднию па разрыв) зона рас шошш на поглрхпости и в ни>'- -ой част зернового отсоса насыпи,но значения растяптах.адх нопрскони, малы и не провыгшют 0.02Мпа,чта для круге эблпмошых у, моратых грунт ) не приводе- к появлении трепын "эзцл

Ваню ответит- .что ш расчет му по.яю касатольны? напр:жзнга

Г У{сМ)

Хсч

Хсн

Рис.2. Расчетные распределения перемещений а/,б/,и напряжений в/рг/ ннсшпг «м»»»--«»« ^-г*"*-« на I сентября перво. о года для". I варианта расчет: 1,2—п*. генпзально опасные поверхности скольжения; 5—зона запредельных перемещений^—область максимальных неравномерных о- глок/более 15см/ в зоье 3; 5—гона растяжения е тьепЕНОосразоваяия-.б—область предельного равноверсия грунтов не вызывался разрушения откоса несыпи;7—область предельного равнг^ версЕя/К^51/ и оползания низового откоса насыпи.

в теле насыпи ужо но обнаруживается зоны продельного равновесия,г. область о минимальными коэффициентами запаса прочности на сдвиг,расположенной в центральной части низового откоса.характеризуется достаточно высоким значением кое'фклклта запаса 1С,г1.5,что еще раз подвэрждаот достаточную устойчивость откосоь нисыпи.

ß III и iv вариантах расчета ТНДС для ог.тэдально запроектированной нась:пи (из высокопрочных оптимальных с^всей на поочном основании) первоначально (для III варианта> исслпдовилоь влияние температурных воздей^гвий за 1НДС Еэ^ыпи.На первом эт~пе проведен расчет ЦДО насыпи от воздеао7-вкя чисто температурной нагрузки. Гас чет показывают, что в летнео время,когда в тож' насы-и идет npotocr повышения температур* сверху.насыпь амостг о часть« ссн тзания (выво нулевой изолинии одинаковые ГОрИЗОНТЭЛЬНЫХ поремпшений) шрп двигаете я в горизонтально* направлен™ вниз по откссу.а все основание в противополочшнпм направлении.") зимний сезон динамика термодофорчациа обратная: твиженив насыпи налево,ныпи по oti.l„у,а основа гв смешается направо,вниз по склону.

Аналогичной явление такжп отме ¡ае'гоя го изолиляд одинаков! ос вертикальных поромешяыт.З лптниа <хвон тело ьасыпи вместе с большой частью осповония (слева ит нулевой иьолини вертикальных перемещений) гамет шложительнкэ шрэмэнышя.т.е.насыпъ поднимается,а в зимноо время эта часть очедаат.т.к.мгегив грунта сокращается

Полученные по расчетам созонныо тбмгора^Урноыо гаремещвнил согчоатно с шч.юморзлым основанием (oioCorho горизигталышо) по величине соизмерима с гороиоцзнннки от силовых воздействия (от соСстшнно1"о ьэпи),а иногда и превышает знгчонил последних, порталу должны учитываться б прогноиах деформированного состоянии нзенш особэьно прч разит*? горизонтальных смешении.вызьшакщих развипю loh расшитхэпия с ио гонцичльвьй позмигасстыо ¿рощинообоззовэния.Кроме т иго,в уасчотах без учо"о тормодеформаций не обнаруживать шзоныэ .плебания нгсыпи протквппеложмго знака з летний и злмниа сезоги.что повсеместно наблюдается на рэалышт насыпях и vro хорошо Фшссиоуется трвдлапемымл тормомеуаничосгог»: расчетами.

На второе этапе а Iv париата расчет проведен с учетом

Tt '.шратурного и гравитациинного воздействий.Лшсииь с учет« i воздействием температуры и собственного веса да с нам как более реа/ьНУю каршну доформишаания насыпи.По данному решению осадка поьорхнести насыш достигает 4 см,что гш величине значит. ;ь. j превышает и с ¡уси но расчетам только одного те. ¿фатурного деформировании.Меньшое влияние учет собственного веса ок зывает m горМ-юнтальные п. гймощэния,которые Kai. уш отмечалось соизмор.лш гш ьелич au с тбкшр гуриыми еромошриинми.поатому пу • ггюиктировинш насыпи в расчетах НДС необходим .»чет сииместных сил; « х и температурных деформации.

Расчот шк'^зьшаот.что учет шкальной фильтрации в значительном степошл влияет на деформирование насыпи а самко првые ''оды експлуатации (до двух - трел лот);а тслэ и .особенно,в основании имеются относительно слабофильтру ада грунты (напримг т г^агистыо или крупнооб-ломочиыо грунты с песчано - гли ютим запс "шл элем ), что и иродошроделяет в дальнейшем ri] i акспдуатацил и выходе jo на отац>»онапно - периодическим (квизиста! .щнарный) режим (через G-'7 лот) промерlauwo ее нижней части и шдннтио 1раницы зало^аыия вочноь моролс..ы в тело насыпи.При наличии в осниьанш сильна' иьтруидих грунтов и зоны вытаиванин пластовых л дов конечно деформаций насыш будут зьачгге ьно болыш и их доста'1^чно т"чнг можно расчитать по разработанной з диссертации м. ^одшш с учетом " toi о,что физик -механические,ф"иьтрацион.ые и топлофизичеокио харак н>иот>.дИ сгтаивающуи. гшд нагрузкой грунтов в оущас ошюй отошни зависит от их температурного coc'io/ffliui.

Ииобходимо особо отмотки,, что соь.постныа учат "omis этурных и силовых дофорыацп и напряжений доот по выполнониы!.! расчетам Oojvo роальнук! картину пуформиронанин и; ьши и изм-зиеил в целом «о термонг'фшизнно-деформироианн, о сос~оиния (ИЩС),чем расчоти (ÎÇз с трен о г и учота фильтрациошш-'шмшрату) ого шншма и текло-ратур..ого деформирования. Так например но расчотному полю хоризон.алыал пьром* цшша иа^ыпи совместно с ochouu /ом IV "арианта ужо обнаруживается дао глтоициальшлзсл,.01кшо ""ши трищинас,. гмиованин:и апыо uejuuero iujboto (на оклпно) и вблизи верховой ороши. на шшрхпопти ..асыпи.что энзано с сущзстьешшм {.астнжзниом в этой ооао основания и насыпи .¡булоцлонным знач толь^ым. растгшииог и пттадьа .нам мерзлых грун" ~>ц на сче т рг тип я .фох*:сса ^ильтр^ции води .из кшега к 1,онцу ло'пюю

л.

■ "еэона, Подобнее деформации и грещины прлктичес- и пп свместно наблюдаются на дорожных наспях, а максимальные во. лчины деформации и количество разрушена отмечаются именно в первые 2-й гида эксплуатации эксплуатации дорожных нясыпи.отсь'тэшш. без достаточное контроля качества при строительстве и без систематического инструментального контроля при эксплуатации.

Анрлиз деформационных полей (иллиния гервмрщэнка) позволяет количественно оцв'пггь прогнозируемые осадки горизонт? ~ьные смещения,но при выявло ии зоны расширения грунтов м"«®т д ть только ка"естввнную картину развития областей потенциального трещиноойрз «ования. По этому для более точного выявления зоны растяжения грунтов и возможного трещинообразования необ^цга кокшяущьта анализ всех характер стик термонапрчганнг-дгфосиировапого состяния(ТВДС) и прежде всего,напряженного состояния,включая анализ полей горгоонталных,вертикальных^» -т ®у), касательных (т„у и тта„) и главных напряжения и о-2) ,что и позволяет сделать разработанная в д/тертации -одика термомеханического расчета.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

I.Разработан алгоритм и составлена программа для решения на 1131 задачл температурного режима пословно наращивав!" та нэсчпи с у 'пользоваятам зятэлышйноа ."оргаомехэгогоескоя модели громорзгтрп и оттаипашщих гртгпз.Ропона серия оптимизацптшх ва,",ач (42) .позволившая г-чпвить оптимальные сроют возведения нясыпи.при этом у-таношрпо.что токггнратутвп пола насыпи згчпоп отсыпки скорое стзбилто:«р/гтся,ч. я весной и лат^м возветэшш.. нзенпэя.и с^чди них.росонлпл отсютка явля-этея наиболее неустойчивой.

Я.Пряд,?г/'?н!1! н^пзшггическая модель, алгоритм и программа зовмаогаого расчета те .пор- "урного и фильтрационного роягмо-» насыпи грунтовой пасыгст на ве^оморзлом основании.

3.Решена задача прогноза нестационарного тшшрэтур эго режима послойно наращивакоз наешь, совместно с Бочпо?!орп-шм исноппнжм. По.лу'ончш результаты показывают,тго учет поэтапности возведьлия насыпи дзот сущэстветно болпа р^алгную карптшу развития температурной. состоянии насыпи.Дл трехметровоч нлсыпл п трест тргвой ,>ыомкоа весетпьл отсыпзси с учетом поэтапности ч

возведении требуется 5-6 лет,чтобы температурный режим

стабилизировался;но без учета поэтапности возведения необходимо 9-10 лот для ее термической стабилизации.

4. Получено численное решение совместной темпирэтуркои и фильтрационной задач для насыпи,возведенной на вочномерзлом осно-ьании с учетом поэтапности строительства.Расчет показывает,что фильтрация вода в насыпи значительно понижает верхние границу и.«рзл;>ты,масимэльнэя глубина оттаивания достигает до 6 метров.Но столь заачитрльвое влияние фильтрации отмечается лишь в первые гсда эксплуатации насыпи,когда и наблюдаются максимальные деформации¡практически на й-ой и 7-ой год темшратурныи режим уже стабилизируется,!» верхняя, граница незначительно колеблется за счет фильтрации вода в летние сезоны.

5.Получено решение задачи прогноза термонапряжешю-д?>форчиронанпого состояния насыпи, возведенной на вечномерзлом основании . с учетом нестационарной фильтрации.Расчеты показывают, ч^о для насыпая автомобильных и железнодороигных недопустима укладка рыхлых грунтов,мерагт:' комьев ,которые по и!:шим расчетам, приводят к возникновению большой неравномерности осадил (разность оездок достигает Ь-9 см) и высоких,запредельных осадокгболое 10-1Ьсм,значительно превышаюидк нормативных значений (для автодорог 1,11 класса 3-4см,для П1-1у класса до 6см),при этой коэффициент 'заг са по прочности на сдвиг в этих зопах К^Т.Таил.о недопустимо оставление слабого при отть.шании слоя ошгьнольдист го мерзлого грунта в гграктит'-о проектирования автодорог поваленного хласса (выше классов),либо проектировать касьти по I принципу с 1Г допущением отгаиваш»я чечночерзлого основания.

в. Выполнен анализ полученных численных рошокия выше шречкеленных термомэханичеких задач,позволивши? выявить основные •п.шдениш изменения температурного рюжимч и тормопчпряженно-даформиро^анвого состояния нэсыпи с учетом поэтапности (щюительотвэ и влияния псрнопическои фильтрации в летнее ргс.м»,.Д0Т'иЕЮВН0СТЬ полученных решений и еоотвествущих методик совместных торчомрхаличоосих расчетов грунтовых сооружения на »■»чяпи'пролнх оенттлиях подЕюрждпется нелротизореч^остью их из-ьостныч д-'тны« других исслоднзатглея и достаточно удовлетворительной сопоставимостью расчетных тсмпгратурнь'х по^.чй с данными

¡и

многолетних натурных наблюдения за вменениями темшрзтурноп.' рэжима дорожных наскшя в ;сриолитпзоно.

7.Разработаны практические рекомендации для проектирования по метода®» совместных расчетов по прогнозу томшратурного т»/лкмз и термонэпрлженно-деформировштого состояния грунтов!,ос ссоружопния и вочпомарзлых оснований с учетом поэтапности строительства и периодической фильтрации.Предлагается соьдэяпш инжепорньга методики термомехатгаческих расчетов применять на ранних стадиях прею ткропания и изыскания для строительства, а также при проведении экспортного анализа прита" аварий грунтовых сооружения и зданий на подсыпках о условиях распространения ввчноморзлых грунтов и для разработки инженерных неролрзмтгй по ликвидации или предотвращению аварийных ситуаций.