Введение к работе
Актуальность темы: В настоящее премя большое значение приобретает использование для строительства подземного пространства.
Ранее практика строительства подземных объектов уделяла внимание строительству конструкций лолземяого транспорта (метрополитен и переходные туннели), в настоящее кремя проявляется большой интерес к строительству подземных объектов различного назначения, на пример, строящийся подземный городской центр (манежная площадь, г. Москва), подземные городские центры в Стокгольме (Швеция), подземный железнодорожный вокпм'в г. Варшаве (Плчыма).
Как показывают натурные наблюдения в подземных сооружениях, пследстве перераспределеніія напряжений вблизи окружающего массива горных пород возможна деформация выработки, перекос подкрановых путей, что приводит к разрушению отдельных конструктивных элементов подземных сооружений.
Исследования подземных сооружений в настоящее время ведутся в трех направлениях: натурные, модельные и теоретические. Ограниченность
натурных наблюдений н трудоемкость модельных исследований смещают моменты исследований к теоретическому обоснованию проектирования.
Теория расчета конструкций, расположенных в крепких скальных породах, разработана в настонщее время достаточно полно для упругих задач и решаются обычно методами теории упругости и сводятся к и.'вестым задачам о распределении напряжений вокруг отверстия а упругой среде. Однако, многочисленные исследования показали, что полутвердые грунтовые среди ведут себя упругопластическн сразу с момента приложения нафузки, а твердые скальные породы проявляют свои упругопластические свойства спустя лишь некоторое время.
Поэтому, совершенствование методов расчета конструкций, находящихся в деформируемой среде является актуальной тематикой.
Целмо диссертации является:
1, Исследование характера распределения перемещении и напряжений и массиве горных поред вокруг горизонтального подземного отверстия прямоугольного очертания без подкрепления и с подкреплением в упругопластической стадии работы МКЭ, включающие и себя:
-4-.
изучение закономерности изменения НДС данной конструкции и окружающего массива в зависимости от характера приложсшія нагрузки на граничной поверхности;
оценку влияния глубины заложения данной конструкции на распределение перемещений 111 шіряжеі дій в Koi ісгрукцин и в горном массива вокруг нее or разномерно распределенной ііагрукиприлсскенной награюгіной поверхности массива;
оценку влияния характеристик материала горного массива на характеристик! перемещений и напряженного состояния.
2. Повторение вышеизложенной цели с учетом упуговязкопласгических свойств деформируемой среды и конструкции, т.е. учитывая влияние длительного действия нагрузки на характеристики НДС данного подземного отверстия и массива горных пород вокруг него.
Научная новіша работы заключается в следующем:
-
Разработана методика расчета упругопластических и упруговязкопластичес-кнх задач МКЭ для моделирования совместной работы подземных конструкцию! и окружающего массива горных пород. Применена функций нагруження Кулона-Мора с упрочнением, основанная на принципе максимума Мизеса и теории пластического течения. Испс^йзуётся принцип виргуальных работ для определения уравнений равновесия системы. Решение нелинейных уравнений МКЭ для упругопластических задач осуществляется методом итерации Ньютона-Рафсона, а для упруго-вязкопластических задач - пошаговым итерационным методом (итерация по времени) по алгоритму расчета упруговязкоплаятических задач Кормо.
-
На основании разработанных методов получены характеристики НДС подземной конструкции и массива вокруг него.
-
Проведение анализа влияния длительного действия нагрузки на характер распределения и параметры НДС подземной конструкции совместно с окружающим массивом горных пород.
Достоверностью данных методов является:
Применение в рамках одного алгоритма аггпробироваяных теоретических результатов многих специалистов в данной области; создание модели, учитывающие физико-механические свойства грунтовых сред с учетом их реологии; характеристики для математического аппарата определены
экспериментчльнымн исследовзниямн в области меяііввзі и современными разработками МКЭ.
njmmjnccj^jmarajife работ» заключается в том, что разработанные метоли расчета позволяют учитывать совместную работу конструкции с масенспі,;. Разработанный мчт?мат!тческий аппарат позпол"ст корректно сиеіпггь ire 5*ЛС. Нзлігчиеалгоритмови Pj-офзмм расчетапозволяет рїчштьпсегавленш ,сзадачи в существенно более короткие сроки чем те, которые потребуются Пр!' моделм:і.:х исследпіі;:;!!Ь'"<. Разработанные алгоритмы !і пр<;;-::ммы для ЭВМ можно нр(н.;сііяті> а реальном проектировании и расчитать любую подземную
КОНСТРУКЦИЮ Я любых рлзнОпКпаЧНМУ Г»>опОГ!!,!??»С!ГУ ус"СПГ"У ИЛ Л!СС":: ГЛуііИНК.
На зашиту выноситься:
і =
Методики решения упругепластических и упруговязкопластичечких задач пиоеісшреванпя конструкций в деформируемой среде. Алгоритмы и профаммы решения упругопластических и упруговязко-пластических задач.
Результаты упрутпластического рзечетй t ЇЛС м:.'-см!!;і с отверстием в раин,!*: геометрических и геологических условных с различи:ІМІ-. способами приложения нафузкн на граничной поверхности.
Результаты выполнения упруговязкоплас'тических расчетов для определения НДС массива с отверстие.1.! и разных іеомеїрических и iv-олоі нческих условиях при различных способах приложение нагрузки на граничной поверхности основания.
ь Аппробашія работы: Основные положения диссертационной работы обсуздались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Одесского инженерно-строительного института (19Й8,1991) и Московского государственного строительного университета (1996), а также в пяти публикациях.
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 162 наименований, 3 таблицы и 40 рисунков.
Диссертационная работа выполнена на кафедре строительной механики Московского строительного университета под руководством доктора технических наук, профессора Райзера В.Д. и доктора технических наук,- профессора Гришина В.А.