Краевые задачи консолидации неоднородных грунтов Алтынбеков, Шахмаксут

Введение к работе

Актуальность тема. В условиях интенсивного строительства промыпленно-гравдансклх и гидротехнических сооружений возрастает проблема обеспечения их прочности и долговечности. Решение этой проблемы во многом зависят от правильной оценки осадки, обусловленной консолидацией грунтов.

Различают два вида консолидации - первичную, когда скорость уплотнения X" 'тстерязуегся фильтрационными явлениями вода из пор грунта, и вторичную, когда скорость уплотнения определяется в основном ползучестью скелета грунта, а фильтрационные явления не играют существенной роли.

Решению различных задач теории консолидации посвящены многочисленные исследования как отечественных, так и зарубежных ученых. Одаако, следует отметить, что в настоящее время практически отсутствуют методы расчета осадок, в которых одновременно учитывались бы результаты экспериментальных исследований и закономерности изменения физико-механических показателей грукгоэ. Необходимость разработки метода количественной и качественной оценки деформации основания сооружений, сложенных водонаснщеннымя неоднородными глинистыми грунтами конечной мощности с учетом отмоченных факторов, определила актуальность настоящей диссертационной работы.

Цель и задачи диссертации. Основной целью исследовании яви-, лиоь: обобщение результатов В.А.Флорина на случай неоднородных наследственно-стареющих грунтов; использования предлагаемой обобщенной модели консолидации неоднородных сред для решения конкретных инженерных задач; разработка методики прогноза осадок водонасыщенных упруго- и упругоползучих неоднородных глинистых грунтов и выявление основных факторов, влияющих на характер их деформации во времени; совершенствования методов решения "сально" нелинейных краевых задач консолидации грунтов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

провести теоретические исследования по определению зависимости между суммой главных напряжений и коэффициентам пористости.. и установить эту зависимость для неоднородных грунтов с наибольшей полнотой, учитывающей их реальные свойства;

сформулировать краевые условия и постановки краевых задач;

исследовать вопросы существования, единственности и корректности для них;

разработать и обосновать негода их решения;

разработать пакет программ для ЭВМ EC-KJ35 п методику их реализации для решения практических задач;

решить краевые задачи консолидации упруго и упругоползучих однородных и неоднородных водонасвденішх грунтов;

провести механико-математические анализы на их решения и выявить основные факторы, влияющие на характер их деформации;

разработать методику решения "сильно" нелинейных краевых задач и с помощью ее решить задачи теории консолидации неоднородных грунтов с учетом их нелинейной наследственной ползучести, переменности коэффициентов фильтрации, бокового давления, объемного скатил и мгновенного уплотнения.

Научная новизна работы:

1. Установлена новая нелинейная зависимость между суммой
главных напряжений и коэффициентом пористости, отракащая одно
временно влияние двух видов неоднородности упругоползучего тела
на его напряженно-деформированное состояние.

Первый из них - "возрастная неоднородность", присущ только стареющим материалам. Второй вид неоднородности отражен в коэффициенте мгновенного уплотнения и мере ползучести в виде экспоненциальной функции от глубины.

1. Выведено интегродифференциальяое уравнение процесса консолидации и сформулированы математические постановки краевых задач механики уплотняемых неоднородных грунтов. Исследованы вопросы существования, единственности и корректности для них. Даны априорные оценки на их решения.

2. Обоснован метод итерации для решения "сильно" нелинейных краевых вадач консолидации неоднородных грунтов.

3. Предложена методика решения краевых задач консолидации грунтов, коэффициентн боковых давлений которых меняются по экспоненциальному закону от глубины.

4. Получены решения одномерной, плоской и пространственной задач теории консолидации упруго и упругоползучих" неоднородных грунтов для конечной области уплотнения. При этом показано, что учет фильтрационной анизотропии и неоднородности грунтов вносит существенные изменения в расчетные формулы. Найденные расчетные формулы позволяет определить распространение напора, давления в

перовой жидкости, напряжения в скелете грунта и изменение осадок слоя грунта в зависимости от пространственной координаты и времени.

Численная реализация полученных расчетных формул для пространственной задачи осуществлена на программном комплексе АРМАН на языке ФОРТРАН ЭВМ EC-I035.

6. Решены одномерные, плоские и пространственные краевые задачи консолидации неоднородных грунтов, с учетом их нелинейной наследственной ползучести, переменности коэффициентов фильтрации, бокового давления, объемного сжатия и мгновенного уплотнения.

7. Выявлены основные факторы, влияющие на характер деформации' неоднородных глинистых грунтов во времени.

Практическая ценность работы заключается в возможности использования обоснованных методов, алгоритмов и разработанных программ для расчетов избыточного напора, суммы главных напряжений и длительных осадок оснований промышленно-гражданских я гидротехнических соорукений.

Реализация результатов работы. Разработанный программный комплекс АРМАН применялся отделал АГПП института "Союзгипрорис" при проведении расчетов осадки грунтовых оснований. По предварительным расчетам экономический эффект от внедрения работы составит по Казахстану около 100 тыс.рублей в год.'

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на: научно-технических конференциях Казахского химико-тех- . нологичеокого института (КазХТИ) (Чимкент, 1982-1989 гг.); совместном заседания кафедр теоретической механики и высшей математики КазХТй (1991 г.); межвузовских научных конференциях по математике и механике (Алма-Ата, 1984 г., 1989 г.); республиканской конференции, посвященной памяти академика АН УзССР Х.А.Рахматулгаа /'Ташкент, 1989 rj; научном семинаре отдела сей-смодинамяки института механики и сейсмостойкости соорукений им.академика М.Т.Уразбаева АН РУз (1992г.); Всесоюзной конференция по современным проблемам нелинейной механики грунтов, Челябинск, 1985 г.; Всесоюзной конференции по механике неоднородных структур, Львов, 1987 г.; Всесоюзных симпозиумах по реологии грунтов (Самарканд, 1982 г., Волгоград, 1985 г.).

На защиту выносятся:

I. Реологическое уравнение состояния и математические постановки краевых задач консолидация неоднородных грунтов, а также

результати исследования вопросов существования, единственности и корректности для них.

2. Метод итерации для решения "сильно" нелинейных краевых задач консолидации грунтов.

3. Методика решения краевых задач консолидации грунтов, коэффициенты боковых давлений которых меняются по экспоненциальному закону ог глубины.

4. Аналитические решения линейных и нелинейных краевых задач консолидации грунтов с учетом их реологических" свойств, а также результаты машинного расчета и механико-математические анализы на них.

5. Программа АРМАН, предназначенная для решения пространственных краевых задач консолидации упруго и упругоползучих однородных и неоднородных грунтов о учетом их переменности коэффициентов фильтрации, бокового давления и мгновенного уплотнения.

Яубликации. Результаты выполненных исследований отражены в II научных статьях и сообщениях, опубликованных в открытой печати.

Объем работы. Диссертация состоит из 'введения, трех глав, общего вывода. В ней 1Ь7 страниц машинописного текста, список литературы яз 131 наименования, 18 рисунков, 24 таблицы и приложение.