Закономірності деформування геотехнічної системи «споруда– лесовий масив» в зоні дії динамічних навантажень

Abstract

Дисертація присвячена визначенню закономірностей зміни характеристик міцності лесових ґрунтів, що складають основу будівель і споруд з урахуванням гідрогеологічних характеристик і тривалого впливу динамічних навантажень для подальшого врахування цих характеристик при проектуванні раціональних параметрів розташування і охорони об’єктів в зоні тривалої дії динамічних навантажень. За допомогою віброметру VM 6360 виконані натурні вимірювання і отримані кількісні характеристики параметрів вібрації від наземного рейкового транспорту в умовах м. Дніпропетровськ. На основі лабораторних досліджень отримані закономірності зміни характеристик міцності лесових просідаючих ґрунтів – зчеплення С і кута внутрішнього тертя φ від динамічних дій, що створюють вібрації в діапазоні прискорень a=0…4,3g м/с2 при вологості ґрунту, що змінюється в межах ω=11...22% для умовно-миттєвого і тривалого часу навантаження. Розроблена чисельна модель геотехнічної системи «споруда–неоднорідний ґрунтовий масив» для оцінки параметрів напружено-деформованого стану масиву лесового ґрунту, що є основою споруди. Обґрунтовані параметри віброзахисного екрану для об’єкта, що знаходиться під впливом динамічних навантажень. Розроблені методики та рекомендації впроваджені у проектних інститутах та будівельних фірмах Дніпропетровська.

Диссертация посвящена определению закономерностей изменения прочностных характеристик лессовых грунтов, составляющих основу зданий и сооружений с учетом гидрогеологических условий и длительного воздействия динамических нагрузок для дальнейшего учета этих показателей при проектировании рациональных параметров расположения и охраны зданий и сооружений в зоне длительного действия динамических нагрузок. С помощью виброметра VM 6360 выполнены натурные измерения и получены количественные характеристики параметров вибрации от наземного рельсового транспорта в условиях г. Днепропетровска для современного этапа влияния техногенных нагрузок. На основании измеренных данных установлено, что параметры вибрации от рельсового транспорта могут значительно превышать представленные ранее в литературе, а также выходить за пределы уровня санитарных норм. С использованием данных, полученных при натурных измерениях, были проведены лабораторные исследования прочностных свойств лессового просадочного грунта. На основе лабораторных исследований получены закономерности изменения прочностных характеристик лессовых просадочных грунтов–сцепление С и угла внутреннего трения φ от динамических воздействий, создающих вибрации в диапазоне ускорений a=0...4,3g м/с2 при влажности почвы, изменяющейся в пределах ω=11...22% для условно-мгновенного и предельно длительного времени нагружения. Установлено, что при кратковременной нагрузке угол внутреннего трения грунта φ снижается в 1,5 раза по экспоненциальной зависимости при неизменной величине сцепления С, а при длительной нагрузке угол внутреннего трения и сцепление снижаются в 2 и 1,5 раза соответственно по экспоненциальной зависимости, что позволяет использовать полученные результаты для оценки устойчивости оснований инженерных объектов и грунтовых массивов. Разработана численная модель геотехнической системы «сооружение–неоднородный грунтовый массив» для оценки параметров напряженно-деформированного состояния массива лессового грунта, который является основанием сооружения. В качестве расчетного комплекса принят программный продукт FLAC 2D. Обоснованы параметры виброзащитного экрана для объекта, находящегося под влиянием динамических нагрузок. Установлено, что защита фундамента здания на лессовом основании от воздействия поверхностного источника динамической нагрузки обеспечивается сооружением виброзащитного экрана из материала с модулем деформации Е≥15 000 МПа, при этом деформации фундамента нелинейно снижаются при увеличении глубины экрана от 15 до 25 м, а при глубине экрана H=20 м происходит максимальное снижение осадок фундамента и крена здания, что позволяет выбирать рациональные параметры охраны объекта. Результаты работы в виде методик определения параметров вибрации от техногенных источников и оценке их влияния на механические свойства грунтов, и рекомендаций по охране объектов, расположенных в зоне негативного влияния динамических воздействий внедрены в проектных институтах и строительных фирмах Днепропетровска, а также в учебный процесс Государственного ВУЗ «Национальный горный университет».

The dissertation is devoted to determining the patterns of changes the strength characteristics of loess soils, that form the basis of buildings and structures. The hydrogeological conditions and prolonged exposures of dynamic loads are taken into account for further consideration of these parameters in the design of rational parameters of arrangement and protection of buildings and structures in the area of long-acting dynamic loads. The full-scale measurements with vibrometer VM 6360 were made and quantitative characteristics of ground vibration from rail transport in terms of Dnepropetrovs’k city were obtained. Laboratory investigation the soil of different humidity, that was varied ω=11...22% were studied under the action of short and long-term static and dynamic loads with different acceleration a=0...4,3g m/s2. The patterns of changing the strength characteristics of loess subsiding soil – cohesion C and internal friction angle φ, are received. The numerical model of geotechnical system "building – heterogeneous soil mass" to estimate the parameters of stress-strain state of loess soil array, that is the foundation of the building, was developed. The parameters of protective shield for impacted by dynamic loads facilities are justified. The developed techniques and recommendations are implemented in design institutes and construction firms of Dnipropetrovs’k city.