Введение к работе
Актуальность темы. Надежность работы подземных сооружений, например горизонтальных выработок станций метрополитенов, тоннелей в горной местности для железнодорожного и автомобильного транспорта, находящихся в сейсмически неблагоприятных регионах страны, а также объктов гражданской обороны, подвергающихся действию ударных волн, требуют применения специальных защитных мероприятий.
Актуальность проблемы прежде всего связана с тем. что нормативные документы, регламентирующие надежные и вместе с тем экономичные способы строительства перечисленных выше типов подземных сооружений в ряде случаев не имеют достаточного экспериментального и теоретического обоснования.
Разработка новых и совершенствование существующих способов изучения работы и оценки прочности подземных инженерных сооружений является актуальной задачей. Успешное решение этой задачи позволит обеспечивать длительную эксплуатационную надежность возводимых сооружений.
Актуальность этих вопросов отмечалась в решениях Научно-технического Совета Госстроя РФ, на конференциях и совещаниях по проблемам строительства и защиты подземных сооружений.
Целью диссертационной работы является экспериментальное изучение работы подземного сооружения в форме горизонтальной цилиндрической выработки в массиве грунта при нагружении его статическими и динамическими нагрузками.
Для достижении цели поставлены следующие задачи:
-
Разработка методики экспериментального моделирования для изучения работы подземного сооружения.
-
Теоретическое исследование условий подобия и выводы критериев подобия для моделирования процессов взаимодействия подземного сооружения и массива грунта при динамических воздействиях.
-
Разработка методики и создание автоматизированного испытательного комплекса для измерения параметров состояния объекта при статическом и динамическом нагружениях.
-
Разработка методики подбора модельного материала с заданными свойствами по результатам факторного эксперимента с последующей реализацией ее на ПЭВМ.
-
Экспериментальное исследование на моделях процессов развития НДС подземного сооружения и массива грунта при различных условиях нагружения.
-
Построение и теоретическое обоснование схем разрушения подземного сооружения и массива грунта.
-
Разработка рекомендаций по повышению прочности подземного сооружения в форме горизонтальной цилиндрической выработки в массиве грунта при статической и динамической нагрузках.
Научная новизна работы состоят в следующем;
-получены критерии подобия в экспериментальном моделировании работы подземного сооружения и окружающего массива грунта при различных способах нагружения;
-разработана и апробирована информационно-измерительная система с высокой разрешающей способностью для проведения экспериментальных (модельных) испытаний объекта как в лабораторных условиях, так и в условиях полигона;
-получены экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии околовыработочного массива грунта и зонах разрушения при различных способах нагружения;
-показана возможность использования программного комплекса "ПОЛЮС" для качественного и количественного прогнозирования напряженно-деформированного состояния околовыработочного пространства, а также образования и дальнейшего распространения зон предельного состояния, непосредственно предшествующих разрушению и вывалу массива грунта;
-разработаны рекомендации по оценке прочности подземных сооружений в форме горизонтальных цилиндрических выработок в массиве грунта и повышению их несущей способности.
Практическая значимость диссертационной работы:
-разработана методика экспериментального моделирования работы подземного сооружения и массива грунта при различных видах силового воздействия;
-разработан и освоен испытательный комплекс с высокой разрешающей способностью для регистрации, измерения и обработки исследуемых параметров при действии статической и динамической нагрузок;
-разработана методика подбора модельного материала с заданными свойствами по результатам факторного эксперимента с последующей реализацией ее на ПЭВМ;
-проведенные экспериментально-теоретические исследования и разработанные на их основе рекомендации по оценке прочности подземных сооружений в форме горизонтальных цилиндрических выработок и довышению их несущей способности, позволяют повысить эксплуатационную надежность и долговечность подземных сооружений.
На защиту выносятся:
-методика экспериментального моделирования работы подземного сооружения и массива грунта при различных видах силового воздействия;
-результаты теоретических исследований по разработке условий моделирования и выводу критериев подобия в экспериментальном моделировании работы подземных сооружений цилиндрической формы;
-методика подбора модельного материала с заданными свойствами для моделей различного масштаба на основании результатов факторного эксперимента;
-результаты экспериментального изучения на моделях напряженно-деформированного и предельного состояний околовыработоч-пого массива грунта при статическом и динамическом нагружениях;
-конструктивные меры, предназначенные для повышения несущей способности подземных сооружений в форме горизонтальных цилиндрических выработок.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы, включающего 121 наименование, и 2 приложений. Полный объем диссертации 213 страниц, включая 95 рисунков и 12 таблиц. Основної! текст диссертации (без оглавления, списка литературы, приложений, рисунков и таблиц) содержит 127 с. машинописного текста.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на заседаниях научно-технического совета отраслевой научно-исследовательской лаборатории конструкций и сооружений ВЗИСИ (Москва, 1986, 1987гг.), па II Всесоюзной конференции "Использование достижений нелинейной механики грунтов в проектировании основании и фундаментов" (Йошкар-Ола, 1989г.), на Российской национальной конференции по механике грунтов и фундамен-тостроенгоо с иностранным участием (Санкт-Петербург, 1995г.), на внутрнвузовских конференциях кафедр строительного цикла НГТУ (1987-199бгг.).
Результаты работы использованы в учебном процессе по специальности 29.03. ПГС САПР. Проведенные исследования отражены в отчетах по тематике хоздоговорных работ НГТУ.
Публикация, По теме диссертации опубликовано 6 работ и получено одно анторское свидетельство.
Автор выражает благодарность доценту, кандидату технических наук В.П. Дыбе, консультации которого использованы в процессе работы и написании диссертации.