Давление грунта на ограждающие стены котлованов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

од

Û ; ,;st) .

На правах рукописи

ТОЙМБЕТОВ Ергали Дуйсвнович

ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА НА ОГРАВДАВДИЕ СТЕНЫ КОТЛОВАНОВ

01.03.07 - líaxamma сыпучих тел, грунтов и горних пород

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискащш ученой степош! кандидата технических наук

МОСКВА - 1994

Работа выполнена в лаборатории геотехнических исследовгшЕй отдала подземных сооружений НИИ энергетических сооружений усопший НИО Гвдропроекта) Минтопэнерго Российской Фвдарацда.

Научннй руководктэль - член-корр. ЫЖ, ^октор тэззшеских паук,

профессор О.Е.ЗарвцюШ

Офацаалъшш оппоненты - члон-корр. Российской .Акадзааиарпггэк-

тури и ¿^навдшншс ааув, дснтор технических паук, пройессорВ.й.Травуш

доктор технических наук, профессор З.Г.Тер-Марадросян

Ведущая организация - муниципальное предприятие управления по проектированию общесЖвешад зданий и -сооружений "Шопроекг-г"

Защита состоится " " рл^1535г, в /Г^ час. но заседании Спацшзлизироианного совета Д.053.П.05 при Московском государственном строительном ушазершйвто по адресу: Носзша, ул.Сшртаковская, д.2, в ауд. Ш2.

О диссертацией шошю ознакоштьсл в баблиятакв уннЕзрситота.

Црост Вво принять участаэ в залвте и иавравОгь Ваш отзшз на шторафера? в.3-х акз., шдгщсаннц2 и зетэрзшкй печатью, по адресу: 329337, Москва, Ярославское шоссэ, д.2В, НГСУ, Учогшй Совет.

Автореферат разослан " 19&Т.

1 & П &У

Уадшй секретарь

Спввдализировашого совета

кандидат технических шук, .

профессор . А . Л. Крижановский

■ ОСЭДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АктуаШтость теш. Решения проблемы повшпэпия экономичности н надвжцсзсти тезпресгай роиенш в кагогаалыюм строительстве связо-ш, в частпоста, с совершенствованием методов расчета и проектиро-ропащщ удержзваэдах групт сооружения, и подпортпс степ, широко прл-?йпязгаа: в различии* областях народного хозяйства. ; По условиям строительства и эксплуатации подпорные сооружэ- . шя претещеваит/слЬазый характер нагружэшя и перемещений. Поэте?.^ при проектировании таких сооружений особую важность преобро-таот метода расчета, учитывающие совместную работу систем« "засип-ка-подпорнсе •сссрухониз-основашга", технология их возведения и особенности эксплуатации. . '

. К настоящему времени памотрась тенденция к совершепствова-пшз методов;расчета подпорных сооружений на основе: пелниойншс моделей грунта, прежде всего, унругопластических в сочетании с числопааш методами расчета (?ЙЭ, МГЭ, ИКР л др.). Это позволяет наиболее . полно учесть ро'альние условия и дает возможность описать слбаше ^язпчоскио цроцоссн, происходящие в грунте как в процессе возведения сооруженная так и в период юс ^эксплуатации, величину и характер распределения давления груцта на влементи конструкции ;' сооружения и их дейарш&я, ощэшть общую устойчивость сооружения и др.

, Разработка надежинх Методов, оцешш давления грунта на ноддор-шо сооружения является одной из веашнх проблем. механики грузов, которое дает вашзв прйклздоое значение в практике проектирования в Dpoffiiiiijieiiiio».!. гражданском Л Щ8рэтех1зичсском строительстве.

. Цель работа. Целью работы является исследование напрязешю-дефорнировашюг'о состояния система "нодоорноо сооругение-груотовуй массив" с учетом последовательности производства работ и разработки -методики прогноза давления грунта на подаершо . сооружения в зз-висишстя от их смещений. ■■.-'..

Для досижешш указанной. цели осношше направления исследована! Аораулнрувтся следущ'.щ образом:

- на основе матениииескоп модели грунта, оспбвзпиую на теории пластического течения с упрочнением йри использовании чпслетшх нетодов расчета разработать методику расчета давления грунта на

подпорные сооружения;

- дать расчетную оценку влияния контактного трения на значение лишений грунта на подпорные сооружения;

- сопоставить розульготы расчетного определения давления грунта на гюдпорнш сооружения по разработанной мотодико с дешшми экспериментальных исследований; ■

- проанализировать результаты расчетных исследований давления грунта на тонкие подпорные, стонки;

- оценить напряжогаю-дофзрмироЕанное состояние грунтового массива, нолдп{тп)8омого подпорными стенкой;; типа "стена в грунте".

Научная новизна работы:

1. Разработана методика расчета давления грунта ца подпорные сооружения с использованием модели пластического течения с упрочнением, позволяющая учитывать различное воздействия на сооружение (нагрузки, норомощриия и др.). влияние контактного трения, последовательность и технологию производства работ;

2. Показано, что при определений давления грунта на ограждающие степи котлованов существенное влияние оказывают следуйте факторы: жесткость и перемещиние стенки; контактное трение; прочност-ше и деформэтивные свойства грунта; последовательность нагрузшния; технология производства работ;

3. Получении;) результаты по расчету давлонмя грунта на ограждающие стопи котлованов, устраиваемых при ; реконструкции подземной части Тверской улицы г.Ноский (стадия эскизного проектирования), мэ-гут быть использована для расчетной оцзщш подземных - соорузшнмй, устраиваемых способом "степа в грунте".

Практздвскоо зпачониэ работа и ее внэдтеттэ. Разработана нэ -тодика расчета, роализуидои метод конечных элементов и модель среди, базируиздайся на теории пластического течения с упрочнением. Рвзрвботттап методика расчета позволяет определить давления грунта ¡за подпорцне сооружения с учетом различных факторов: • последовательности возводеная и загружешш сооружений; последовательности розработга котлована; жесткости и перемэидения • стенки; контактного трения и угла »нутреиного трения грунта. .

Результата исследований использовались в институте "Моспро-рпт-2" при технико-экономическом обосновании эскизного проекта реконструкции подземной часта Тверской улицы г.Москвы, а также в ш-

статуте "Носшипровкт" щзн расчетной оценка давления грунта юз ограздащве степы котлованов, устраиваем при строительстве комплексного подземного сооружвния на ЫаиежпоЯ площади г.Иосква (ста-дая строительства). , ;

■ ДгшоОанпп риботи а публяктШ. Основные полого нал двссврта-цшэшгой роботе докладывались не научно - теоретической и тегага-скоЗ нонГорогодкй ТашПИ (Ташкент, 1991), мэадународаой ааучно-праи-тической н научнсмзэтодяческой кои^ренцяй кслодих учвшя ( Москва,

1993). заседании секцда грунтошх и псодзошйа сооружений Ученого совета ШШЭС (Иос-сва, 1994), заседания ко.{ядра НГОзФ МГСУ (Цосква,

1994). ■" /л --..г--' ".'■;

Основные результаты дгссвртвцкйшюй работа опубликованы в 3-х статьях. ••"•■;-•

."''' Обтек работат, Диссертация состоит из введения, пята глаз, общи выводов, списка использованной литературы из 163 наимзноважгй и вклгпаат 102 стреншщ, из ¡мх 103 сстрпшал машинописного тенета, 79 иллюстраций а 14 таблиц.

'Ид. защиту. рчцосптся рледутаяэ. подштт:

- разработанные нэтод, алгоритм н еччнслитольпуо программу расчета давления грунта аз гюдооргшо соорухэгшл с учзтом упругопгзо-тнчесашх де^оршийй фунтов я контактного троиял;

- результата расчетной оцэшй ; шюбюдаиостн уч&та шгрвктео-го трзшш пра опрэдзлэшкт бокового дэшюшуГ грунта шз гюдпоршэ соорузэпил; \V"

- розультити расчетных. неедддовашй. взпй^дэШгевай шшех подпор! шт стопок с грунтам осНойзшя; '

- 'розультатй расчетов 'цапряханпо - дэфорглзропанвого состояния грунтового миссноз и "стеш а груато" в учотом шшетпчошшх свойств грунтов, гюэтвтгоста разработки котлована и тошшэгш возвэдэтм "стопи в грунто".

содершме работы

Ё2 шшиия даерэртаццл обоснованы аотуалыюсть тема дассзр-тзциошмй раооти, кратко .кздозаио состояз'лэ вопроса, покэгош научная понизна и нрактичоскоо вначотшэ полученшк результатов, сфор-ыу.таропаш ос!!овяыо пололання, выдвигаешо на запцггу.

В лвтодЦ глава приводится обзор мотодов расчета давлашм груз-

- в -

tû на подпорные сооружения; результата ряда лабораторных и натур-них исследования по определвнга давления на ограждающие сооружения Рассмотрены результаты экспериментальных исследований по определению давления грунта на подпорные сооружения на моделях в в натурных условиях, которые проводились отечественндаз и зарубежный® исследователями: А.К.Бугровым, и.Н.Варгинш, Г.А.Дубровой, Л.Н, . Емельяновым, Г.П.Квнканяном, Г.К.Клейном, С.И.Курочкшш, А.И.Прилежаевым, Л.М.Сахновш, Г .Н. Смирновым ,Н .К. СшГгко » Б. Л .Тарасовым, СЧВ.Цагарели, Г.П.ЧеботароШм, Ф.и.ШихневУМ, В.И.Ще^бШМ, П.И, а-овлевим, й.В.Прогольскам, Р.Брикко, М.Дсксил, Э.Ломэйерон, Г.Иал-яв'аном, Р. Страте ром, К.Терцаги, Б.Хансеном и др.

Обзор натуршд на&гаадэниз н модельных нсслодованна показь&внт, '.то и характер распределения, в вэлтяна бокового давления груша могут значительно отличатся от рассчаташшх рекошндуешйш в. вор-иатшзннх документах ШЕвнершхма ттодаш, осповашда на теж ша швй модификациях s обобщанша Фвориа й.Кулова.

У истоков творив давления грунтоз па огркдагзЦэ соорзЯ&Шя стоят Ш.Кулов, Д.Кульман, Г.Ребхаи, Q.JiowSap. В шс&эдагзэа банькой уклад в разработку н соворшепстЕования штойга ;рйсчата двала-шя грунта внесла И.Ода, У.Реякпн, К.Тврцаги, В.Ф,:Чан» Н.Ы.Гарсе-есяов, Ц.И.Горбунов-Посадов, с.с.Голугковоч, Г.&.Дуброва, Г.К. Жлейл, Н.Н.Уаслов, В.В.Сокодавскнй, В.А.Флория, П.Ц.Якршюв, B.C. Храстофэров н др. _

Вслодз^а'э схО±10с-П1Н ¡.iubroodpaSiin гф'фодд {Флэша в изгааа-кэ груп-гов в расчета! :тдЫорйь£2 стаи одйни из глаяяай задач Является isiôop расчетной шдзлн. Ошгсанкэ шхваетоского поводвшш грунта и далыйШпзэ реш'ещш пракедчосюа EHzenapœîx задач желательно шяшшь на »¿одели с сохранением ter« •градшцвошш sapajitepacfES. Ерода ¿того модель груггга долгна бц'^ь. по возжжаосгга простой, нш-гь псиаП ййзтеасзЗ сшсл.

2£>дэдъ ^шп&аю-ДБ'фэр.йГруо*Уоа сроду шшатся ивроко распростра-нвшой модзяьв груш®, однако она имзеет ограниченное пряиэнеявв в pacqaï&s подаоргЕй стон. ^нустпшстъ применения определяется соот-BOÎ5SESSSÎ2 рашарос областей продельного рашовэспя грунтов и разш-ров coopstoasâ. . .

Iîj3s продельного состояния во всех точках рассыатркза-

вной ©бшяга грунта применяется теорял предельного равновесия. Тео-

рзя предельного равновесия грунтов является базой расчетов прочности, устойчивости основания, откосов и давления грунтов на ограяда-щиэ сооружения. Эта теория оправдывается лишь при образовании в грунте деформаций, достаточных для образования во всей рассматриваемой области предельного напряженного состояния; во многих случаях такое состояние охватывает только некоторую часть массива грунта, тогда как другая часть находится "в допредельном состоянии. В атом случав считается, что в рассматриваемой области имеет место сметанное состояние, а задача определения такого состояния относится к числу' смешанных задач теории упругости н предельного равновесия грунта. На необходимость и важность решения смешанной задачи для грунтов неоднократно подчеркивали В.Г.Березанцев, а.К.Бугров, С.С. Вялов, А.Л.Гольдин, И.И.Гольдштёйн, Ы.Н.Горбунов-Посадов, Б.Н.Дал-«атов, Ю.К.ЗарйцкиЯ, М.В.Малышев, Н.Н.Иаслов,В.И.Николаевский, Д.Е. Польапш, А.Б.Фадеев, В.А.Флорин, В.С.Христофоров, Н.А.Цитович, Ф.Ы, Шихйев и др. '

Для более строго и надежного решения проблокы по определении давления грунта ив подпорные стены необходимо решение совместной задачи для системы "сооружение-осноиаиио-засыпка" и с ипользовани-ем нелинейных моделей грунта, в том числе, моделей упрочшшцеВся упругопластической среда.' В нелинейной теории предлагаемого направления, развивавщегосл с.с.вяловим, А.Л.Гольдшшм, Б.И.Дидухом, А.Л.кригановскны. Г.М.Лоаизо, М.В.Малышевым, В.Н.Николаевским, 3.Г.Тер-Мартиросяном, В. Г.Федоровским В.А.Широковым, П.Верлеером, Д.ДруШсером, О.Ззнкевнчоы, В.Прагерои, А.Скофилдом, Ф.Татсуока а др. используется подход к грунтовой среде с позиции де(!ор.«ц»агшоа теории пластичности.

Анализ отечественных ц заруЗетых опытов по применении числен гшх методов с шшлшВиым описанием дофорйщровшшл грунтов показава от Ешроюю дазкогности этих методов, в особенности штода копечшд элементов, дгл !20дздир0ианш1 процесса Лзр'ировшга.ч цапршзшю-дэ-Фор.шроишшого состояния грунтового ни с сипа а боевого давления грунта на подпорные соорузшнил и качоствоило правильно ого описива вт. Для получения достоверных результатов для ¡молыих сооружать с широким.спектром шюшш воздействий требуется апробировать раз-рабатываемыв катода расчета нутен сопоставления результатов с данными экспериментальных исследований.

Выполненный в первой главе обзор материалов оточествощшс и зарубешшх авторов по изучению проблвым таорт давления грунта ва подпорные стены позволил сфор^лгроветь ц&ль я задача дзссартсцз-онпих исследований.

Ё2 второй главе дав краткий обзор катода кошчша агошнтов (ШСЭ) и ого прдаэнешв в расчетах дэвдевйз.груита на подаоршэ стони. Отмечается, что всоольэовашш штода кошчвах влвьентов к расчету давленая грунта та оэдаораш сТещ» шзаоляет учесть: слогноэ втиряйэнно-дэфорларовзнюа соетояйтзашгки, Ъбус^овленцов, в знз-чатолыюй степени, волачивой в характере« двфзргдахща cípííü .п оевд-xtaisi основания при нолшш2нн1. зазасгагостях изз&у; папря2»ш«яш а дэ-формацнжш грунта» что обичт'Ш учятшзашея а сущестй'угдах кэтодвж расчета; ваодродаость основанйя в пароход часта грунта в пластическое состояппо; разрыва ешкщиоста среда- ш контакту s др. Зтз вопроси нашли свое, отразгзшш в работах Д.К.Бугрова Б.И.Дздуха, М.Е. Гроиава, И.ПДуОровсг.ого, Д.Г.Дор4шнв, П.Й.Зарощюго, А.Л. Кршшовского, -В..tí.Ыссгг.ова» В.Н.Няколаэвского, О.Л.рудцжа, A.M. • Сахповского, Ц.Б.Ухсез, А.Б.Фздэевв, Р.А.Хочушва» Д^.Аргараса, К. Боте, Е.ВилЬсбяв, Р.Голл2гер&, Р.Гуд?лаш>, И.Досал, Дв.Душсаыа, 0. Зешилшча, Г.Клафэ, Ю»Чанггг и др.авторов.

Цразодптря опредэляЕщаэ соошоазния принятой в ¿сслЬдовапшп штэиатяч&екой ыодзле грунта» врэдшавшюа й.й.Зароцщш п шцрокэ испальз5;оюй дал рэшошл щакдадянх ¡задач шхапшн грунтов. При вто!4 пршяналасъ вдеочно-гладкая поверхность нггрузашш в полагалась, что в зайпсиаоста о-т саде шпр&гэвяо-дэфорарвашюх'о состой-вал ' йреиггувдетвзнного' схольгэпзя будпг ойтвэдгтэсйю

пдщадвя- либо площадка тксадального? едзпга. В' дассортгщшшой- рв-бото шгршЛ случаа'биг прэйзаад' в чпелошшж росчотах стлбллоызтрг-чос1шх оштов, шрвшщрниД шлзшз2ш}-да|:орлзруЕйого грунтового ос-шванвя шд яруглти гвепат второй - И}®;ксшюдэван£яг

даилвшш груша на подпорпио сооруйййл в- усяовшк плоское дофораа-tps. V

Дщь ода^$дашского опЕсайши рогуляршос участков' мгновенной гювэрешоетафункщп щгрденш шаэот вид:

*гаЪш- «V - VS-r ' • fI>

upir 8TO» аначвша Cj» в кр задшотся вирааэшш^а:

(2)

при г=1 с^го; к,-*-®; ^/к^З*^;. . при г=2 сг=с^+(с*-с°)»Ф(шт / ш*);

/ ш*);

при г=3 с3=Р*(ш7,.шеМ8Ф; к^в®;

/ш*); '.•;.•■■ при Г=4 со; с4/к4=-Р(Ш^ ,шэ)

В выражении (2) принята следующие обозначения: / ш^), Р(ш7-,ш0), Р*^, ш0), /ш*) -функции упрочнения; г&р^, -параметры, определяющие положениа начальной поверхности . нагружшшя; с,*. - параметры прочности грунта в критерия! прочности Треска-Хилла; ,Шд - параметры упрочнения (параметра Одквиста); - сопротивление отрыву.

Приращение шмсгаческих деформаций определяется сужагро-

ваншм. приращения деформации по всем регулярным участкам поверхности нагружения Гр = 0 по обобщенному закону течения В.Койтвра, ассоциированного с функцией нагружения и внтекащего из принципа максимума Инзеса: ' "

где некоторой скалярше параметры; о^ - компоненты тензора

напряжений. ' ■

, Параметр», вюдяище к ({ушедм нагружшгая, определятся по даяние зкспорш'знтшшш'г исследований грунтоьнх образцов иа трехосное статпо при ц0«й (|!а- парамэтр Лодэ) н условиях плоской дс;Тор?лацшь

. В данной хллага содержится оспошшз полегания предлагаема методика расчета давления грунта на цоднорннз соору:са1Шл с учетом по-олодопатольноста 08гру?аш!!$, телюлощ! производства работ, контактного трения.и др.фзкюро'э. •

. Приводится описание алгорачмз учета влияния контактного трения на давления грунта. При моделировании процессов сданга и разрыва по контактной иошрзности били лршзнеш! так называемые "коптактича

элемента" типа гудмаяовских с нулевой толщиной.

Основными параметрами для предлагаема контактша алэионтов являются удельная жесткость анормальном ( Л®) и таагенциаяьяои

( направлениях. Зависимость ыеаду.усвлиями, дойствухщзш на

контакте и их отвосвггольншш шр^юценшшн дается шрогонгвм:

(1-В)«ш*+В«ша

) )

(4)

Св.)

где с*, ф* - прочностные характеристики на койШте; о - сраднэа напряженна; в - нарамэтр модели, опредадяоша из сдвиговых испытаний; изв, ш* - относительное в предельное сизщания контакта в тангенциальном направлений; ь^ - относительное сггэщэнва контакта в

пораальном направлений; й, в - безразмерные парваэтры дадели.

В своп очередь удельная аасткость контшггннз аледантов сввз-сит от ряда факторов: соотношения площади контакта иааду сшзшыаа алэыептаиа (при - от длины элементов); реологических свойств материалов засшжи (если такошэ шэвт кэсто); контактного транпя в сив щепля вдоль алвшнта еш.^1. От правильного подбора ш парааэтров Оудэт занпсет рэзультврукще значения отрыва в сдпиго по контакту.

Урп1шош1я#1Ш для тонтантнш: влешнтов тает вал::

1к'э «*<ш') - а } (6)

(и )=

^рх .ц^ИЗ

(7)

где а }- вектор узловых сил для коитактннх аленентов; (ы ) - вектор отооснтелышх нереаэщэний контакта; 1К 1 - матраца кэсткоста контактам элементов в локальной система координат; ы^Р*, и^0!® -

относитольшэ иореиэцэннэ контакта по верхней сторона влэшнта со-

п

ответственно в тангенциальном и нормальном направлениях; ш^®3,

- относительное перемещение контакта по низшей стороне элемента соответственно в тангенциальной а нормальном направлениях;

Для поиовуэпая иатрицц хвсткоста коитактних элементов в гло-бальнув систему координат выполняется преобразования матриц 1Г)Т» >[К ЫГ) ( где (Г) - матрица преобразования контактного элемента; ® - злак транспонирования).

Бели уравнения состояния разрешены относительно деформация о форме (3), то уравнение равновесия конечного алоиента принимает вид: ■ Г - ,■'

Ш'гоНВМШи®}«^ 1В]Т{а)с17 (8)

где | (В)*(ВНВ147 - матрица еесткоста элемента; {(Ш®) - вектор приралшнна узловых перемеодепий зломэйта; | tNJ5íqíav. £ 1И)т{р)с13, £ [В]т(о) - вектора узловых сил алаиента, обусловленных соответственно обьеинша стаю, поверхпостош нагрузками в иапряжаншши о олоиенто. >

Для рошеная краовой задачи снстеиа уравнений (ЗД, записанная , для всей конвчдо-алвшнтной систе«ы, догюлнлетсд^г^ашгшшна условиями, опре делящими сдотпошеншйш ыатемвтгче€кой модели грунта, а сам вычислительный процесс строится по методу начальных напряженна о корракцшзй уравнений равновесия на каждом шаГо решения.

Далэе приводятся результаты решения тестовых задач по испытанию жестких блоков на сдвиг на основа разработанного алгоритма и программ расчета. Проанализирована возможности моделирования сдвигов и отрава контактных поверхностей о использованием "контактных" олемэптов. 1 ■.

В гротьоа главе излагаются а обобщаются результаты численного исследования иэтодом конечных влеиентов давления грунта в процессе сшщвпия жесткой подпорной стенки. Расчетные исследования производились в условиях плоской деформаций.

Расчет по предлагаемой нетодака позволяет оценить истории фор-цированил НДС, зависящую от ряда факторов: схеьш возведения подпор-

ного сооружения и обратной засыпки, технологии производства работ и др. Расчеты выполнялись для вертикальной стены высотой Н=2 м и грун тового массива 2м ' 4м. В качестве грунта засыпки был использован

тесок рыхлого сложения с рй = 1,47 г/см3. Расчетные исследования

у.роизводались в упругопластической постановке.

Было выполнено три серии расчетов. В.них исследовались законо-юрности формирования давления грунта и НДС при двух "направлениях поступательного двкзения стеши (от грунта и на грунт); I) шерохо-вгтые стенки, т.е. вариант расчета с полным "прщщпанииэм" грунта -по стенке; 2) абсолютно гладкая стенка при С = 0 (где б - угол трещу; грунта по стенке); 3) стенка с контактным трением , равным: вн? троякому трешт грунта засыпки Щр*. В них исследовались закономерности формирования давления грунта и НДС при доух направлениях поступательного движения стенки (от грунта и на трут). .

В исследованиях изучалось влияние контактного трения на величину и характер распределения давленая грунта но высоте стенки. Результаты расчетов по определению давления грунта показаны на рис.1.

Был произведен сравнительный анализ полученных результатов исследований по трем серия?-! с экспериментальными данными, полученными из опытов по определению предельных давлений' на подпорную стенку, проведениях под руководством Л.М.Емельянова.

Для активного состояния (движение стенки от. грунта) результата расчетов и экспериментальные данные хорошо согласуются и это характеризуется тем, что активные давленая грунта реализуется при весьма малых смещениях и практически не зависят от граничных. условий на контакте, а ого величина находится в пределах, вполне сопоставимых с давлениями покоя (рисЛа). При атом распределение давления по высоте стенки отличается от треугольной формы (по Кулону),а в ее нижней части наблюдается некоторое снижение давления, которое объясняется "зависанием" грунта по стенке.

В случае движения стенки на грунт (пассивное состояние) результата исследований во всех трех сериях удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными только при небольших смещениях (рис.16).

Как видао из графика зависимости давлении (£р) грунта от смещении

стенки (истрезультаты экспериментов явно не достигают предельных

Еас.1. ашгра бокового нормального давленая грунта ап на подпорную

стенку: а - з активном состояний; б - в пассивном состояний при гаазщзша стенка на грунт до 0.001м. 4 -о— экспери-шнталъвда данные; распет го предлагаемой методике: а. -«*— при 5=0; 3 —а— дри полном "прилипании"; Н —о— при 0=<|£.

давлений (рлс.2). Дня получения, пассишюго предельного давленая в

расчетных исследованиях подпорная сгэщш поредвагалвсьна грунт да вытяни на порядок отднчаидейся от аксдарндаиталышх пвреивщешй, которая подтверждает тот факт, что пассивное давление реализуется при весьма больших саещвшях стенки. Из рис.2 видно такго, что контактное трети оказывает существенное влияние навеличнвудавленэя грунта на стенку. По результатам исследований показано, что продельное пассивное давление дня абсолютно гладкойстепкина ¿О-бОЖ пзжз, чей давление для шероховат стен с трением на контакте равным внутреннему трению грунта. В случае варианта с полным "прилипанием" это ' различие составляет дшь 20-25Ж. Пассивное же давление грунта для • варианта расчетас нулевым транием хорошо согласуется с решением Ш. Кулона для идеально-гладких стон.^;;' "/'■.•"•;•.'

На пэрвнхатапах движения степки пластическио зонн форсфуш'-ся у ншшего края стены (во всех сериях расчетов), направления ; н / интенсивность развития вой зависит от вида и характера .перемещения ; стенки. Анализ изолиний продальннх пошрхностой показал, чтообра-зовавщився локальные зоны предельных состояний для всех вариантов расчета хорошо согласуются с;линиями скольгепая по Кулону.

На примере,определения давления грунта на «осткул стенку показана , что активные давленияполученные по решению Кулоне,. Соколов-. ского и по .предлагаемой методике пршстичеаси идентична. А для пассивного состояния расходдения но этим трем решениям достигают значительных величин; в области обычвдг значений углов трения («р*=35°) ета разность может достигать до 60 36 (рпс.З).

В главе четкие рассмотрена результаты расчетных .исследований взаимодействия топких подпорных стенок с грунтовый массивом и их : сопоставительного анализа с данными экспериментальных исследований, проведенных в Университете г.Карлсруэ (Германия). Испытания проводились в несколько етапов г г " :: устройство стены й грунт бурона-бивным способом; разработке котловану до отметки 1,75м; устройство; промежуточной опори I первкрнтиз) иаотштко .1,25 м; разработка котлована до отм. 4м; разработка Котлована до отм. бм о приложением равномерно распределенной нагрузки р=10 кн/м по сшбодаой поверхности расчетной области; отход стенки от грунта в сторону разработок котлована (ослабление опорной связи). '. .'

Тонкая подпорная стенка представляет собой конструкции в ила-.

- 15 -

щ

160.00

120.00

60.00

«0.00

0.00

¿.'¿♦'"1' '¿.'¿в " " Ш'' "ол'о '"¿Чз "' ¿Ч*'' "Ь.1а Цат, и рно.З. Зеенсе2зосгь пасшзшро даалэшгя Вр от саэщэннЗ стеши и07:

СКСПЭрЗКЭП-

ОЛЭ

I)—®— шшЕзрзкэнташнэ дшшэ (шзршшшй); 2) талшэ ДЕпгиэ (вооторзшЭ); 3-5 расгзот со продлагазвоЗ кзтодшю: 3)-$- щзп СО; 4)-®- щш полной "щаишпанш"; Б)-*— пра 0=<р£.

Я

16.

3.

1 / /2

•'а/

/у

20

"ЗО

40

50 «{> ГРАД

рпо.з:' 'Ззтсшюсть козфтйгщентз пассивного дамэняя Ар от угла пяут-

рэшюго• тропил гфупта'ф. lj--6~.no Кулону; 2)-в- по Голушковзчу-Сош-ловс'когдУ; но предлагаемой мэтодикэ при

не 7,2x0,06 м высотой 6 м., Стенка закрепляется с помощью жестких стальных стержней (опора). 5-ыэгровый котлован разрабатывается о песчаных грунтах ^=1,59 г/см3). В основании залогает толща граве-

днстого песка с р^ = 1,56 г/см3. :

Расчетные исследования по предлагаемой методике выполнялись в , в условиях плоской деформации с учетом поэтапности разработки котлована, контактного трения грунта по стенке и технологии производства работ. Для описания деформирования грунта использовалась принятая в предлагаемой методике моделй упругонластйческого течения. Граничные условия задавались в перемещениях. ■

В расчетных исследованиях по контакту стенки с грунтом были приняты следущие прочностные характеристики:'сцепление .с.£=.'.с*/3 и

трение г@0=1вр*/3, где с* и ср*-ггрочностнцэ характеристики грунта. Полученные в расчетах эшзри распределения бокового, давления для всех рассмотренных вариантов расчетных схем приведены на рис.4-; Сопоставление с' аксперймрнтальшни данными " показало на их '.' удовло-' тшрительнбе соответствие; Расхождедае между результатами расчетов и эксперишнталышх дашшх составляет 25-30%. Реализация'-;- макси-, ыального значения давления грунта на стенку наблвдается в местах устройства опор, а в пролетной часта давление -грунта уменьшается.;

Характер смещений оси стенки в расчетанх исследованиях качественно хорошо согласуется с .экснёримэнталышма 'дашшми. Макснмалъ-ное расхождение составляет 25-30% (рис. 5). 7 ■ •

В варианте расчета с ослаблогошм опорной связи стопка отходит от грунта на величину 24 ш в пролетной части в отличие от экспериментов, где максимальное смещение''наблюдается в верхней части стенки. В этом случае. стенка находится в утопиях реализации акгашох-о давлоння, расчетлив значения которцх на 10-12% больше давлений, , получвшщх в экспериментальных исследованиях.' ' ■

В И той главе приведзнн. результата расчетных исследоааш^, давления грунта на "стену в груитй". устраираеиих';при реконструкции подземной. часта'Тверской'удау г.убоквн"' (стадия щюекглрова1шя').'

В условии, плотной. застроШщ г-о{юдов в нронузигеинуд 'площадок, способ "стена в грунте" вэсшэ.'аЙзитшюн,' так как позволяет' усваивать подаегаше сооруженал вЗдазн существующих здааай н сооружений без парущешл юс устойчивости и создо;шя допояштсльних данами-

I I I I I | I i 11 п м и 1 I I I | I 1 I U . PH^ri 1 I I 'М 11 I 1 [ г I I М t I I I | I ti I I

-а.4 -ом -ata -ада -ics -асз -аез aoi eis aar uta ляз

©а^ЕШе.

Рис.4. Зпара бокового нормального давления

грунта на ограндаищиз стены. 1-при разработке котлована до 5а с опорной саязьа: 2- то ае с ослаблением опорной связи;-©— зкеяерииент;—а—расчет по предлагаемой методике

-7ЛЯ tinniUIJIIUIIimilllllllllllWnilHUlHUIH

-мет -*1сз ~ща» мо км «оао

ЙМ

Рис.5. Зпара смещений оси стенки (0<гг) при разработке котлована до 5м с опорной связью С1) и баз нее (2):~з— эксперимент:-в- расчет по предлагаемой иетодике.

- it» -

чесюи нагрузок.

Давление грунте на "стену в грунте" с глубиной погругашгя 30 ц (толщина стешот t=80 сн) определялось irâ решения плоской ispasEofl задачи с учекш поатешюста разработ!® котлована. -

Расчетные, исследования шз онрёдэленшэ давленая грунта на orpas-девдзе стены котлованов прокэводзлнсЬ в двух постановках: ндэалъно-шшстической в упругопла стиче ской. Во втором варианте в качестве грунтов-аналогов били взята грунты основания Загорской ГА.ЗС, проч-постнна и йкзгчосгаш характеристики которых близки к грунтам осш- "

новашш в района Тверской улицы г.Носгаш (р^ »1,60 г/си' в Рд =1,90

г/си1). В ш>рвоы варианте расчетных всслодовашй па контакте стапы

с грунтом била приняты прэделышэ перацэтри прочности грунтов (р^

=1,66 г/сц1 и pd =1,93 г/сы*}, а во втором вараанто . бши рассцзтрз-

ш два условия по контактной поверхности - с продсльш<гш порйшлра-

ма прочности,грунта и с нулевша трением. "•'•

В проведэшшх исследованиях балв.'дапа оценка:- давления грунта на ограздайдае' стены 'котлованов в процессе m разработки; ■'. :л '''■'';■.,.';■[■'

- доголштальшх возшжшзс осадок сущвствуищх зданий; •

- напряашшш-дефоршрюващшго состояния ; стэшш и окрукагдого грунтового массива: ' , ; ;

В качестве начального нанрягйнного состояния рвсчотшй области во всех вариантах расчота 11рш1пто состояний, отвечающей условной' стабшшзацаа дь£орыащш поело 'иршюгошшг обьоглшх сад; пр:сгрузщ (q=I50 кнУм) по свободной гюшрхтста облясгц с пос-'адущяч оо удалением (порзуплогцешш грунта в остсстшшюи состоявши) ; - нагрузок от проезжай чести и супуэствугшщх ' зда]Шй (состояшш соотвотствукдеэ началу строительства).

По результатам расчета нссдодоввнза 1Щ0 стошсн е грунтового.: цассшза бшш достроена агхра бокового дазлйюш на стенку огрзхдпв-щшс конструкции как сю сторона грунтового ыассика, так,н со оторош разработок котлована (рс ). Для провйдзшш срапнитолыюго аналЕза приведены значения актшлюго а пассивного давлвшш грунта на стопку, раечкташшх но Кулону. Из втой ошари вадаа природа, погрешностей, возникающих при расчете давлений па ограгдащие степи с использова-

Рис.6. Зпвра бокового кориадьиого давлении грунта на агравдашше стены. 1. 2 -со стороны котлоаана: 3-даадешш со сторона грзнтового массива; i-при разработке котлована 1-зрцса (отметка 8.7м): 2. 3 - при разработке котлована Ш явиса (отнетка 21.7а); -о-расчет по КалоЩ}: —а— расчет по предлагаема йетодад-

Рис.7. Эшара осадок дневной поверхности. Расчет по предлагаемой методике при разаботке котлована III яриса (эксплуатационный период); 1-по идеально пластической нодели гунта; 2-по упругопласти-ческой иодели с упрочнение» при 5" =» О ; 3-по упру-гопластической иодели с упрочнением при

ШХОЫ пряшлвнэбншк КУШВ^СИ®' дшф, - Ус^адаБЛаЯи, ЧгО Dps ПрОГ£0££

стенка боковое дйвдэейэ- иорэрасгфе^ааяачгся со о& высоте уызныааясь . в проЕотша часта и кашгаш'раруясь в-кэстах шподвееше ошр (кза-дуатаашг шшт порекритЕй), шзвоппого различно® податлазосты] стенка. Следует таюз ответить, что-шрыатшшов определенна шстев-пого н пассивного давленая по Кулану характеризует предзлыше сос- ' • годная грунтового ыассава, тиШадайстушрго с абсолютно езспсой стенкой в завнснаостн от направления двюшння стеши и решшзутсп только в случае достаточно больших относительных сшщоншп: стенки. .

Сопоставляя результаты расчетов пассивного давления ( в чсс-щ стенка, заглубленной в грунт ) в соответствии с в^братшмз варцаптп-т расчетов с учетоц шэтешюсти разработки котлована н расчнтешщ по Кулону мош> отметить следуиц0э: ' расчетвне значения пассивного \ давленая по всем рассмотренным вариантом в 1,5-2 ¡¡аза шшыле давло-шш, расчигашшс ао Кулону, а их наксимальниэtзначения реатаутсп-у подошвы стошси. Длл ркпшного состояния значение дашанил грунта но всем вариантам расчета и определенных цо Кулону находятся в'со-:шсгавтшх пределах, что'свидетельствует о весьма малой дефорлзро-. ванш стены (пролетная часть CTOiiica) ц в. втои'случае но этой-грана сооружения реализуются только актишша давления, близкие'к даило-

ШШ ПОКОЯ., .■■_•;.'" : .-v^'i': -.''-i ■

При разработке котлована набдвдеотся пояилецвд небольших.'осадок основании сущедгаушцдх зданий.' Из енср осадок дцешой поверхности (рис.?) видно, что шс характер при расчетах по I и П варианту идентичный, рдншсо.величина осадки по I-варийнту. расчетов на '/080 % больше по сращешщ с растаташшш по П-вйрш}гу (по ' ¡оодэлц пластического течения с упрочнением).

Из анализа изолиний if^tY /itmr - щюдршюо значение интенсивности косотелышх напряжений; интенсивность касательных напряжений) следует, что в расчетшх исслодощишях' ш всемрассмотренным вариантам предельное состояшо грунтового массива по напряжениям не зафиксировано. Концентрация напряжений ааблвдаотсл в, заглубленной, в грунт части стенки и в верхпаа часта контакта стеши с грунтом. •-«" • ',

Устройство мелдуетожнцх плит перекрытый даот возмоапсють зна-тельно снизить де'формнруемость (прогиб) стенки, вследствия чего в

пролетной части ствнки изгабаиций момент уменьшается, а опорное усилие увеличивается.

основные вывода

I. Разработана методика расчета давления грунта на подпорные сооружения с учетом трения на контактной поверхности с использованием модели пластического течения с упрочнением. При моделировании сдвигов и разрывов по контакту системы "сооружение-грунт" использованы так называемые "контактные элементн" типа гудмаиовских с нулевой толщиной.

Разработанная методика позволяет учесть основные закономерности формирования давления грунта и пса сложную историй загрузит™.

2..Показано существенное влияте следующих факторов на давление грунта засыпки но ограздаодие стош котлованов: гесткости и по-р'емещеямя' стоик л; контактного тремя; последовательности за гру агония; технологии производства работ и др.;

3. 'Сопоставление результатов расчета давления грунта па подпорные стенки с экспериментальными данными Л.М.Емельянова показало, что при малых смещениях стонки значение давления (активного и пассивного) находится в пределах близких к давлению покоя п по зависят от граничных условий на контакте; ;

. ■ • 4. Произведенные расчетные исследования давлейет грунта па экспериментальную подпорную стешу показывает-, что в пассивном предельном состоянии образуется локальная область пластического течения, положение которой практически совпадает с линией скольжения по Кулону; криволинейность скольжения по В.В.Соколовскому га подтверз-дается; • - . ,

5. На основе анализа пассивного продольного состояния для шероховатых стен (0;?0.£хр*) установлено, что в области обычных углов внутренного' трения. грунта (/р'-Зэ0) ипссишше давления, нолучошшо по предлагаемой методике па 35-45 % больше давлений, расчитпшшх по Соколовскому-Голушкевичу и ня 50 % меньше - чек по Кулону. Для идеально-гладких,' стенок предельные пассивные дяцявлия совпадая?. В области активного предельного ■ состояния давление, рясчитапнно по предлагаемой методике совпадают с давление« по Кулону и т

Соколовскощ; .

6. Сравнительны® анализ результатов расчетов давлегщя грунта на тонкие подпорще стены с дешшяг едсгкфзшд'альннг ааслэдоватт

( Университет караорув, Гермшя ) показал на их удовлетворите дшуз согласованность к возиоанооть иг использована! при исследовашшх ^ давления грунта на щгавжвдешэ ограйрквще стенц котловашв;1"

7. выполненные расадяава 'исадёяршфя

нога состояния (ВДС). грунтовото ^ассша в подзсдаой части Tmpcicoií улэд г.Иоскш лра устройстве огражяаедщх котлованы^юнс^тащЕ типа "стена в грунте" показала, что боковое; яввденйе грунта па огра$-дашщэ стена котлованов находстся.в ЪопдстаЬщмх с. давле-

ниями покоя, а их значащи и распределяя по вдсоте отошел" сущест-. венным образен зависят , от аасткрстя дгоаеадкщ^ и ее деДордацнй, последовательности выемки котлована, устанодки перекритЕй и технологии строительства; •. :,'•' :.г 7 7.7 v-7'-'' ^

8. Проведэшщв ;расчетные нсследовшшя взшшдгШствия огрездаэ-щвх стен котлованов с грунтещ показала, что Щйшанеше нашлзтиче-.' ской модели с упрочнением дучае. отражает раальпуа картину напряжеи-нэ-дзфорнцроЕашюго состояния' cHCTaiüi. "соорудацде-груат", Чем при

„' расчетах по модели идеальной шастичнЬстн. '' , ; : ! ! "

Основные результаты диссертации опубликованы в'следунцих работах: .' *'"•" 7; '-Ч:

1. Маджидов и.У., Тоймбэтов Е.Д. .Расчетные исследования дав-7 ления грунта на акспвримептальнув подпорную стопку // Материалы научно-теоретической и технической конференции профессоров, преподавателей, аспирантов и научных. работников ТашГО! ш.Бирупи, Ташкент, -19Э1, -с.175-177; .7

2. Тоймбетов Е.Д. Учет влияния контактного трения, в системе "стэпа-грунт" в расчетных исследованиях: давления грунта на подпор-пыэ стены. //Тезисы докладов Г -научш-прают'чвекой. и научно-методической конференции холодах ученых. tí., -1992, -с.52-53.

3. Барецшй Ю.К., Воробьев В.Н., Тоймбетов Е.Д. Расчетный прогноз давления грунта на подпорные степы.. // Тезисы до'слэдон 2-паучно-нрактичвекой и научно-методической конферешщи молодая ученых. И., -1993, -с.76-7,8. .. :

Подписано в печать 23.11.94 Формат 60x0 4VlG Печать офс. ____И-21.3 Объем I уч.-изд.л. Т.100 Заказ ИЬ__.

Московский государственный строительный университет.

Типографтя МГСУ. 129337, Москва, Ярославское щ., 26