Анализ работы армированных оснований при деформациях грунтовых массивов
На правах рукописи
ЗОЛОТОЗУБОВ ДМИТРИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ
Анализ работы армированных оснований
при деформациях грунтовых массивов
Специальность 05.23.02 – Основания и фундаменты, подземные сооружения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград – 2011
Работа выполнена автором в Государственном образовательном
учреждении высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Научный руководитель доктор технических наук, профессор
Пономарев Андрей Будимирович
Официальные оппоненты – доктор технических наук, доцент,
Савинов Алексей Валентинович,
ГОУ ВПО «Саратовский государственный
технический университет»
кандидат технических наук, доцент
Торшин Дмитрий Петрович,
Волжский институт строительства и
технологий (филиал) ГОУ ВПО Волго-
градского государственного архитектур-
но-строительного университета
Ведущая организация – Государственное унитарное предприятие
Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и производственный институт строительного комплекса
Республики Башкортостан
Защита состоится "_30_" __марта__ 2011 г. в _13_ часов на заседании специализированного совета Д 212.026.04 в ГОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 4000074, ул. Академическая 1, ауд. Б-203.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета
Автореферат разослан "_25_" __февраля__ 2011 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета | ||
| профессор | Акчурин Т.К. |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В Пермском крае широко распространены грунты, в которых под воздействием внешних факторов возникают значительные вертикальные деформации: структурно-неустойчивые, слабые и техногенные грунты, карстоопасные территории и им подобные. В этом случае дополнительные затраты на возведение фундаментов сооружений на таких грунтовых основаниях могут составлять до 20% от общей сметной стоимости строительства. Известно, что методы улучшения свойств грунтов позволяют снизить стоимость возведения традиционных фундаментов. Кроме того, на некоторых грунтах без предварительной подготовки оснований строительство вообще вести невозможно. Также в процессе эксплуатации сооружения может происходить изменение свойств грунтов из-за различных внешних факторов, что сказывается на надежности и безопасности эксплуатируемого объекта.
Одним из способов улучшения прочностных и деформативных свойств грунтов является армирование грунта геосинтетическими материалами, которое позволяет снизить затраты на устройство нулевого цикла. Однако работа армированных оснований на структурно-неустойчивых грунтах, характерных для территории Пермского края, в настоящее время изучена еще недостаточно хорошо. Поэтому исследование и разработка методов прогноза таких оснований является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является оценка НДС и разработка методики расчета армированных оснований при деформациях грунтовых массивов, на основе экспериментально-теоретических исследований.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Выполнить анализ методов стабилизации и улучшения оснований в изменяющихся грунтовых условиях.
2. Выявить основные закономерности взаимодействия армирующих прослоек с основаниями при деформациях грунтовых массивов.
3. Разработать методику расчета и рекомендации по проектированию армированных оснований на территориях, подверженных деформированию.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- на основании комплексных экспериментально-теоретических исследований получены закономерности развития напряжений и деформаций армированного грунтового массива, в зависимости от свойств грунтов основания, характеристик армирующих элементов, их глубины расположения и количества;
- экспериментально обоснована эффективность армирования оснований при деформациях грунтовых массивов для снижения их деформативности;
- предложена модель армированного основания, учитывающая его деформации и позволяющая выполнить численное моделирование напряженно-деформированного состояния грунтового массива;
- разработана методика расчета осадок поверхности армированных оснований на территориях, подверженных деформациям.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется применением известных законов механики грунтов, теории упругости, выполнением экспериментальных исследований с помощью известных апробированных и поверенных контрольно-измерительных приборов и оборудования, проведением расчетов с применением сертифицированных расчетных программ, достаточной для практических расчетов сходимостью результатов экспериментальных и численных исследований.
Практическое значение работы состоит в разработке методики расчета армированных оснований и разработке рекомендаций по применению геосинтетических материалов в качестве армирующих элементов в структурно-неустойчивых грунтах. Результаты исследований использованы при проектировании основания хранилища зараженных радионуклидами отходов в г. Осе, устройстве фундамента спортивного комплекса в г. Кунгуре. Часть материалов и выводов исследований вошли в Территориально-строительные нормы Пермского края «Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений на закарстованных территориях Пермского края» ТСН 22-304-06.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: научно-технических конференциях Автодорожного факультета ПГТУ «Проектирование оснований, фундаментов, мостов, автодорог и средств механизации их строительства. Охрана окружающей среды» (Пермь, 1998-2000); Международном семинаре по механике грунтов, фундаментостроению и транспортным сооружениям (Пермь, 2000); 12-ой Дунайско-европейской конференции (Пассау, Германия, 2002 г.); IV Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2005); Международной научно-технической конференции «Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях» (Уфа, 2006); Международной конференции СПбГАСУ «Актуальные научно-технические проблемы современной геотехники» (Санкт-Петербург, 2009); 9-ой международной конференции по геосинтетике (Бразилия, 2010); V Международной конференции по геотехнике «Городские агломерации на оползневых территориях» (Волгоград, 2010).
Личный вклад в решение проблемы. Представленная работа базируется на результатах экспериментальных исследований, проведенных при непосредственном участии автора. Лично автором осуществлены: обзор и анализ современного состояния исследования проблемы использования геосинтетических материалов для армирования грунтовых оснований при деформациях грунтовых массивов; экспериментальные и теоретические исследования армированных оснований; анализ полученных результатов и разработка метода расчета армированных оснований на территориях, подверженных образованиям провалов земной поверхности; разработка рекомендаций по проектированию армированных оснований при деформациях грунтовых массивов.
На защиту выносятся:
- Результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния грунтового массива, армированного геосинтетическими материалами, при его деформации.
- Методика расчета армированных оснований для снижения деформаций земной поверхности.
- Рекомендации по проектированию армированных оснований при деформациях грунтовых массивов.
Публикации. По материалам исследований автором опубликовано 12 работ, из них 4 статьи в журналах перечня ВАК РФ, результаты исследований вошли в нормативный документ «Территориальные строительные нормы «Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений на закарстованных территориях Пермского края»: ТСН 22-304-06».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы. Она содержит 119 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 5 таблиц, список литературы из 121 наименования, в том числе 36 на иностранном языке.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель, задачи и дается краткий обзор содержания диссертации.
В первой главе дан обзор и анализ существующих в отечественной практике и за рубежом экспериментально-теоретических исследований и существующих методов расчета оснований из армированного грунта, в том числе при деформациях грунтовых массивов.
В мире накоплен большой опыт по применению армированных оснований, который выявил высокую эффективность использования таких конструкций. Исследованиям армированных грунтовых оснований посвящены работы Ю.А. Аливера, В.Ф. Барвашова, А.А. Бартоломея, В.Д. Казарновского, Т.П. Кашариной, А.И. Кима, В.И. Клевеко, Е.И. Кондакова, П.А. Коновалова, Л.В. Нуждина, А.Б. Пономарева, Н.Н. Русака, Л.М. Тимофеевой, Е.В. Щербина, В.М. Юмашева, A. Alexiew, H. Brandl, J.P. Giroud, R.M. Koerner, A. Paul, H. Perrier, J. Sobolewski, S. Schwerdt и других ученых.
Основными преимущества армированного грунта являются возможность использования местного грунта в качестве основного строительного материала, невысокая стоимость при быстроте и простоте возведения. Использование синтетических армирующих материалов позволяет увеличить несущую способность оснований и снизить осадки фундаментов, а при использовании на структурно-неустойчивых грунтах, кроме того, предотвратить возникновение аварийных ситуаций.
Применяются различные виды армированных оснований, каждый из которых имеет свою область применения. Для армирования оснований с возможными провалами земной поверхности используют в основном одно- или многослойное горизонтальное армирование.
Закономерности взаимодействия армирующих прослоек с грунтом при возникновении провала изучены недостаточно, поэтому необходимо было выполнить комплексные исследования их НДС.
Для прогноза работы армированных оснований при провалах грунта точные аналитические методы расчета не разработаны, так как в этом случае очень сложно учесть все особенности взаимодействия армирующей прослойки с грунтом.
В основном за рубежом используются инженерные методы расчета оснований с провалами поверхности. К ним относятся: методика, изложенная в Британском стандарте BS 8006, раздел 8.4 (BSI, 1995); метод Giroud и др. (1990); метод Perrier (1985); R.A.F.A.E.L.- метод (Blivet и др., 2002). В России такие методы не разрабатывались.
Для решения геотехнических задач используются пакеты программ, реализующих численные методы (PLAXIS, Sofistik, SCAD и др.).
Во второй главе приведена методика и результаты экспериментальных исследований оснований при деформациях грунтовых массивов с геосинтетическими армирующими прослойками. На основе выполненных экспериментов выявлена область их рационального применения.
Экспериментальные исследования проводились в два этапа.
Первый этап включал в себя проведение натурного эксперимента на полигоне для захоронения отходов, зараженных радионуклидами, в г. Осе Пермского края. Эксперимент заключался в определении характера распределения напряжений в армированном геосинтетическими материалами основании в естественных грунтовых условиях.
Грунтовое основание полигона сложено глинами тугопластичной консистенции со следующими характеристиками: Е=6 МПа, с=19 кПа, =10°, =18,0 кН/м3. С учетом коэффициента пористости e=0,988 эти грунты относятся к просадочным со II типом грунтовых условий. Размеры хранилища в плане 12,0х60,0 м. Глубина заложения отходов 3,3 м.
В основании хранилища непосредственно под геомембрану были установлены датчики давления (мессдозы). Показания датчиков снимались на различных стадиях загружения хранилища.
Полученные в результате проведения эксперимента данные позволили оценить НДС грунтового основания. Подтвердилось предположение о том, что при применении геосинтетических материалов происходит перераспределении напряжений в грунтовом массиве (рис. 1) и снижается деформативность основания хранилища.
Второй этап был связан с проведением модельных экспериментов в лаборатории строительного факультета Технического университета Анхальт в г.Дессау (Германия).
Задачами проведенных экспериментов было моделирование поведения грунтового основания дороги, армированного упрочненным геотекстилем, в случае возникновения провала в грунтовом массиве.
В лотке размерами 4,7х3х4 (h) м послойно укладывались три слоя связного грунта и армирующая прослойка. Геосинтетический материал был уложен в нижнем слое, моделирующем уплотненное основание дорожной одежды. На дне лотка устроен колодец, с помощью которого моделировался провал. Предельное растягивающее усилие для примененного армирующего материала составляло: продольное – 400 кН/м, поперечное – 50 кН/м. Характеристики грунтовых слоев были следующие:
– нижний – Е=47 МПа, с=18 кПа, =42°, =19,5 кН/м3;
– средний – Е=38 МПа, с=5 кПа, =35°, =18,4 кН/м3;
– верхний – Е=48 МПа, с=18 кПа, =43°, =19,5 кН/м3.
Рис.1. Распределение напряжений z в грунтовом основании:
1 – до загружения хранилища;
2 – после полного загружения;
3 – после устройства рекультивационного слоя;
М1…М9 – мессдозы общего давления
На уровне закладки армирующей прослойки устанавливались глубинные марки, датчики давления и тензометры.
После моделирования провала диаметром 1,6 м прикладывалась статическая нагрузка с помощью двух домкратов (2х75 кН) и фиксировались показания приборов. Далее с помощью тех же домкратов моделировалась нагрузка от движущегося автомобиля, соответствующая скорости 60 км/ч и максимальной нагрузке на одно колесо 75 кН.
В начале эксперимента максимальная осадка поверхности грунта составила менее 10 мм, а зафиксированная осадка геотекстиля над провалом в различных точках от 10 до 80 мм, что связано с возникновением арочного эффекта (рис. 2). При приложении динамической нагрузки осадка поверхности и геотекстиля постепенно
увеличивались. Максимальная осадка геотекстиля в конце эксперимента составила 100 мм.
Рис. 2. Изменение конфигурации несущего (арочного) свода над зоной разуплотнения: 1 – в начале экспеимента, 2 – во время эксперимента, 3 – при достижении критической нагрузки;
4- упрочненный геотекстииль
Значения напряжения в грунте на уровне армирующей прослойки менялись во время эксперимента. В начале они составляли от 60 кПа (равномерно по всей длине) до 104 кПа (вблизи провала). В конце эксперимента максимальное значение зафиксировано в местах крепления геосинтетики – 98 кПа.
Просадки поверхности в области нагружения напоминали форму овала с размерами: в продольном направлении 2,2 м, в поперечном – 1,9 м. Просадка поверхности составила 80 мм.
В результате проведения эксперимента было установлено, что относительные удлинения армирующего элемента и возникающие в нем растягивающие усилия не превышают предельно допустимых значений. В зоне провала грунта образуется активная зона, происходит перераспределение напряжений в грунтовом массиве, связанное с включением в работу армирующей прослойки. В процессе нагружения непосредственно над областью провала образуется зона разуплотнения, границы которой имеют вид арки («несущий свод») и изменяются во время эксперимента.
В третьей главе на основе численных исследований с помощью программы PLAXIS дан анализ НДС армированных грунтовых оснований при деформировании массивов грунта.
Численные эксперименты проводились для четырех различных схем: 1 – работа армированного основания хранилища отходов; 2 – работа армированного основания автомобильной дороги при возникновении провала (сравнение с модельным экспериментом в Германии); 3 – аналогична второй схеме, но с грунтовыми условиями, типичными для территории Пермского края; 4 – работа армированного основания малонагруженного сооружения на карстоопасной территории.
В первой схеме при численном моделировании армирования грунта основания хранилища отходов определялось соотношение таких параметров, как нормальная жесткость геосинтетического материала на разрыв EA, физико-механические характеристики грунта (E, с, ) и давление по поверхности армирующей прослойки Р.
При расчетах нормальная жесткость армирующей прослойки принималась от 1000 до 3000 кН/м, давление на поверхность – 0-200 кПа. Использовались 3 типа грунтов, наиболее характерных для территорий, выделяемых под сооружение хранилищ на территории Пермского края.
Для расчетов приняты следующие характеристики грунтов:
1. Глины тугопластичные: Е=6 МПа, с=19 кПа, =10°, =18,0 кН/м3.
2. Суглинок текучепластичный: Е=13 МПа, с=17 кПа, =21°, =19,2 кН/м3.
3. Суглинок тугопластичный: Е=19 МПа, с=30 кПа, =19°, =19,6 кН/м3.
Анализ проведенных экспериментов показал, что при отсутствии армирования при нагрузке свыше 50 кПа происходит разрушение структуры грунта вне зависимости от типа грунта.
При армировании грунтового основания во всех случаях максимальная нагрузка достигает 100 кПа. При больших нагрузках (110-112 кПа) происходит разрушение грунтового массива. Осадки основания при нагрузке 100 кПа зависят от нормальной жесткости геосинтетического материала: чем выше жесткость, тем меньше осадка (рис. 3).
Рис. 3. Деформации основания хранилища при нагрузке 100 кПа для 1-ого типа грунта: 1 – армирующий материал с EA=1000 кН/м; 2 – армирующий материал с EA=2000 кН/м; 3 – армирующий материал с EA=3000 кН/м
При сравнении результатов, полученных при проведении натурного и численных экспериментов, установлено, что при давлении 20 кПа напряжения z распределяются равномерно, за исключением места перегиба (начало откоса). По результатам численных экспериментов в начале откоса наблюдается скачок напряжений z, т.е. находится концентратор напряжений (рис. 4).
Рис. 4. Распределение напряжений z под геомембраной по результатам натурного эксперимента и численного моделирования (EA=1000 кН/м): 1 – после укладки геомембраны; 2 – при частичной загрузке (давление 10 кПа); 3 – при полной загрузке (давление 20 кПа); 4 – численный эксперимент (давление 20 кПа)
В численном эксперименте, проведённом по второй схеме, задачей было сравнение результатов численных экспериментов для одно- и двухслойного армирования (рис. 5) с результатами модельного эксперимента в г.Дессау (Германия).
В результате проведенных расчетов было установлено, что осадка поверхности грунта при образовании провала составила: при однослойном армировании – 11,5 см (в модельном эксперименте – 8,0 см), при двухслойном – 8,4 см. При применении двухслойного армирования произошло уменьшение осадки на 37%.
При расчетах по третьей схеме было установлено, что осадка поверхности грунта при образовании провала составила: при однослойном армировании – 33 см, при двухслойном – 19,5 см. Применение двухслойного армирования дает уменьшение осадки на 41 %.
По четвертой схеме был проведен этап расчетов с измененными граничными и грунтовыми условиями. Длина исследуемого грунтового массива принята 10 м, диаметр провала – 2 м (рис. 6).
При проведении численных экспериментов варьировались следующие значения: нормальная жесткость на разрыв армирующего геосинтетического материала ЕА (4000, 7000, 10000 кН/м); количество слоев армирования – 1, 2 или 3; расположение слоев по глубине относительно поверхности нагружения – 0,1-1,0 м; типы грунта (табл. 1); поверхностная нагрузка P от 0 до 100 кПа. Расстояние между слоями геосинтетики при многослойном армировании составляло 0,2 м. При расчетах определялась осадка поверхности s над центром провала грунтового массива.
Рис. 6. Схема численных экспериментов для двухслойного армирования:
h – глубина заложения нижнего армирующего слоя
Таблица 1.
Характеристики грунтов
| № типа грунта | с, кПа | , град | Е, МПа |
| 1 | 0,1 | 38 | 40 |
| 2 | 1 | 35 | 38 |
| 3 | 2 | 43 | 50 |
| 4 | 5 | 30 | 30 |
| 5 | 12 | 30 | 40 |
| 6 | 15 | 30 | 25 |
| 7 | 18 | 33 | 28 |
| 8 | 25 | 10 | 20 |
| 9 | 30 | 1 | 20 |
| 10 | 38 | 1 | 10 |
Анализ результатов расчетов показал, что при отсутствии поверхностной нагрузки для грунтов со значениями удельного сцепления c менее 15 кПа (№№ 1-5) при образовании провалов грунтового массива расчеты по программе PLAXIS прерывались в связи с исчерпанием несущей способности грунтов. Для грунтов со значениями удельного сцепления c более 15кПа (№№ 6-10) несущая способность сохраняется, что связано с проявлением «арочного эффекта». Для этих типов грунтов по результатам расчетов наименьшая осадка поверхности грунта получилась при глубине заложения армирующих прослоек 1 м от поверхности при трехслойном армировании.
Для типов грунтов №№ 6-10 при образовании провалов осадка поверхности грунта с двухслойным армированием оснований на 37-41% меньше осадки поверхности грунта с однослойным армированием. Осадка поверхности грунта с трехслойным армированием меньше осадки грунта с двухслойным армированием не более чем на 15 % (рис. 7).
Рис. 7. Осадки поверхности без приложения нагрузки для типов грунтов №№ 6, 7, 8, 9, 10, на глубине заложения армирующих слоев 1 м при нормальной жесткости армирующего материала 7000 кН/м: 1 – однослойное армирование; 2 – двухслойное армирование; 3 – трехслойное армирование
При значениях нормальной жесткости геосинтетики на разрыв 4000 и 7000 кН/м разница осадок составляет около 15%, при значениях 7000 и 10000 кН/м – 5-15%. Наименьшую осадку поверхности получили грунты №7 (c=18 кПа, =33°) и №10 (c=38 кПа, =1°).
Эксперименты показали, что для заданных условий для грунтов с трехслойным армированием независимо от величины нормальной жесткости геосинтетического материала максимально достигнутая поверхностная нагрузка при разрушении составила: для грунта № 7 – 34,3 кПа, для грунта № 10 – 37,5 кПа.
В четвертой главе рассматриваются предложенные автором подходы к проблемам расчета конструкций армированных оснований при возникновении деформаций в грунтовом массиве.
По результатам проведенных численных экспериментов по четвертой схеме были построены зависимости осадки поверхности грунта s от нормальной жесткости на разрыв геосинтетики EA и приложенной поверхностной нагрузки P. Зависимости построены для случаев одно- и двухслойного армирования и двух типов грунтов (№№ 7, 10).
По полученным зависимостям построены номограммы для ширины провала d2 м, как наиболее типичной для закарстованных территорий Пермского края. В номограммах учитывается отношение площади поверхности нагружения к площади провала. Это связано с тем, что при решении плоской задачи провал принимается бесконечным по ширине, а, следовательно, требуется соответствующая корректировка.
Для определения осадки необходимо сделать следующее:
- Рассчитать отношение площади нагрузки к площади провала Sн/Sпр. От этого будет зависеть максимальная нагрузка, которой можно нагрузить фундамент.
- Рассчитать поверхностную нагрузку (с учетом веса фундамента) и от оси абсцисс отложить перпендикулярную линию до пересечения с графиком, соответствующим отношению площадей фундамента и провала (если его значение не является целым числом, то промежуточное значение определяется интерполяцией).
- От точки пересечения отложить перпендикулярную линию на ось ординат и определить значение осадки.
На рис. 8 приведен пример определения осадок для следующих значений: Sн/Sпр=5,3, q=55 кПа. Осадка составляет 7,3 см.
Рис. 8. Номограмма определения осадок под фундаментом малонагруженного сооружения для грунта №7 при однослойном армировании
Построенные номограммы не могут охватить всех случаев работы и грунтовых условий армированных оснований при возникновении провалов, например, для карстовых провалов шириной более 2 м. Поэтому нами был предложена методика расчета армированного грунтового основания при возникновении провалов в связных грунтах.
При разработке методики были приняты следующие допущения, позволяющие воспользоваться известными в механике грунтов формулами по расчету напряжений в грунтовом основании:
- до образования провала армированный грунтовый массив находится в равновесном (стабилизированном) состоянии;
- армирующие слои расположены в однородном грунте;
- напряженно-деформированное состояние рассматривается в момент наступления предельного состояния грунтового массива;
- форма деформаций грунтового массива над армирующей прослойкой в разрезе имеет вид трапеции;
- арочный эффект не учитывается.
Расчетная схема по предлагаемой методике представлена на рис. 9.
Рис. 9. Схема расчета осадок армированного грунта при провалах земли
Алгоритм расчета по предлагаемой методике.
1. Принимаем, что растягивающее усилие в геосинтетическом материале Na в зависимости от формы провала находится по формуле
, (1)
где k – коэффициент, учитывающий форму провала (для прямоугольного провала равен 1, для круглого – 0,78);
п – относительное удлинение геосинтетического материала, зависящее от растягивающего усилия в армирующей прослойке;
– удельный вес грунта, кН/м3;
h – глубина заложения армирующего слоя, м;
qэ – эквивалентная поверхностная нагрузка на армирующий слой, кН/м;
D – длина (диаметр) провала, м.
2. Рассчитываем максимальный прогиб sп армирующего материала, предполагая форму растянутой части геосинтетического материала в виде дуги и зная относительное удлинение п, зависящее от характеристик материала, рассчитываем максимальный прогиб sп армирующего материала
. (2)
3. Определяем максимальную осадку поверхности грунта по формуле:
, (3)
где – угол наклона плоскости скольжения к вертикали, примем max=.
4. Сравниваем поученное значение осадки поверхности s с нормативными значениями для проектируемого сооружения. Если не выполняется условие s sи, то выбираем геосинтетический материал с другими характеристиками и повторяем расчет.
Для оценки предложенного метода было проведено сравнение с ранее полученными результатами экспериментов и расчетам по другим методам.
Расчеты проводились по методам BS8006, Giroud, Perrier, R.A.F.A.E.L., предлагаемому методу, а также по программам PLAXIS и Sofistik (табл. 2).
Таблица 2.
| Метод расчета | Результаты | ||
| Растягивающее усилие в ГМ, кН/м | Прогиб ГМ, мм | Осадка поверхности, мм | |
| Эксперимент | 105 | 90 | 30 |
| BS8006 | 64 | 240 | 30* |
| Giroud | 215,5 | 90* | 30* |
| Perrier | 120 | 90 | 90 |
| R.A.F.A.E.L. | 95,8 | 120 | –** |
| PLAXIS | 103 | 160 | – |
| Sofistik | 113 | 130 | –*** |
| Предлагаемый метод | 114,5 | 107 | 34 |
* По указанным методам являются исходными данными.
** Получаются отрицательные значения.
*** Программа Sofistik не позволяет определять осадку поверхности.
Сравнение предложенного метода с результатами модельного эксперимента и другими методами расчетов показывает, что он имеет хорошую сходимость. Расхождение с экспериментальными данными по прогибу геосинтетического материала составляет около 19% (по другим методам – 0-170 %), по растягивающему усилию в геосинтетическом материале – около 9% (по другим методам – до 9-105 %), по осадке поверхности – 11 % (по другим методам – 0–200 %).
Основные выводы по работе
- Проведенный анализ методов стабилизации и улучшения оснований в изменяющихся грунтовых условиях показал, что применение геосинтетических материалов в качестве горизонтальных армирующих элементов является эффективным способом снижения деформаций земной поверхности.
- Выполненные экспериментально-теоретические исследования показывают, что применение геосинтетических материалов для армирования грунтового основания оказывается наиболее эффективным в связных грунтах с удельным сцеплением с > 15 кПа, так как в этом случае над зоной провала возникает арочный эффект (образуется несущий свод), значительно снижающий скорость просадок земной поверхности.
3. В результате проведенных численных экспериментов установлено, что наиболее эффективным способом улучшения улучшения свойств грунтов оснований малонагруженных сооружений (q35 кН/м) при их деформациях является применение одно- или двухслойного армирования с глубиной заложения не менее 1,0 м и нормальной прочностью на разрыв геосинтетического материала в продольном направлении должна быть не менее 4000 кН/м.
4. Номограммы, построенные по результатам проведенных исследований, позволяют прогнозировать осадку поверхности армированных грунтовых оснований при возникновении провала для малонагруженных сооружений на территории Пермского края при ширине провала d2 м.
5. Разработанная методика расчета армированных оснований на территориях, подверженных деформациям земной поверхности, имеет достаточную для практических расчетов точность. Сравнение предложенного метода с результатами модельных экспериментов составляет: по прогибу геосинтетического материала около 19%, по растягивающему усилию в геосинтетическом материале – около 9%, по осадке поверхности – 11 %.
Публикации по материалам диссертации:
Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК:
1. Золотозубов Д.Г. Исследование грунтовых оснований, армированных синтетическими материалами/ Д.Г. Золотозубов, С.М. Кислов, В.И. Клевеко, А.Б. Пономарев //Известия ВУЗов. Строительство. 2001. НГАСУ. №4 (508). с. 8-12.
2. Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б. Экспериментальные исследования армированных оснований при провалах грунта // Вестник гражданских инженеров. 2009. №2 (19). С.91-94.
3. Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б. Обеспечение конструкционной безопасности грунтовых оснований при возникновении провалов на карстовых территориях // Вестник ВолгГАСУ. Серия. Строительство и архитектура. 2009. № 15 (34). С.15-18.
4. Пономарев А.Б., Золотозубов Д.Г. Влияние глубины заложения армирующего материала на несущую способность основания при провалах грунта // Вестник гражданских инженеров. 2010. №2 (23). С.100-104.
Публикации в других изданиях:
1. Алексеев В.И. Исследование работы синтетических материалов в грунтовых основаниях/ В.И. Алексеев, Д.Г. Золотозубов, В.И. Клевеко, А.Б. Пономарев //Тр. междунар. семинара по механике грунтов, фундаментостроению и транспортным сооружениям. М. 2000. с. 57-59.
2. Бартоломей А.А., Пономарев А.Б., Золотозубов Д.Г. Проблемы складирования, хранения отходов и подготовка инженерных кадров (статья на английском языке) // Труды 12-ой Дунайско-европейской конф., Пассау, 27-28 мая 2002 г. Изд-во Gluckauf-Essen, 2002). С. 65-68.
3. Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б. Анализ надежности полигонов ТБО при возникновении под их днищем провалов участков земли // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов: материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., 12-14 мая 2005 г. Волгоград. 2005. Ч. III. С.126-128.
4. Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б., Клевеко В.И. Использование геосинтетических материалов в транспортном строительстве на закарстованных территориях // Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях: Тр. междунар. науч.-техн. конф., посвященной 50-летию БашНИИстроя: в 3 т. Уфа. 2006. Т. 2. С.115-118.
5. Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б. Результаты экспериментальных исследований армированных оснований на карстоопасных территориях // Актуальные научно-технические проблемы современной геотехники: межвуз. сб. тр. : в 2 т. Т.1 / Санкт-Петербург. гос. архитектурно-строительный ун-т. СПб. 2009. С.65-70.
6. Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б. Армирование оснований на карстоопасных территориях // Современные технологии в строительстве. Теория и практика: материалы Всеросс. семинара-совещ. зав. каф. "Строительное производство" и междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 50-летию строительного факультета ПГТУ (г. Пермь, 22-23 сент. 2009 г.). Пермь. Изд-во ПГТУ. 2009. С.180-183.
7. Золотозубов Д.Г., Пономарев А.Б. Применение геосинтетических материалов для армирования оснований при малоэтажном строительстве на структурно-неустойчивых грунтах // Малоэтажное строительство в рамках нац. проекта «Доступное и комфортное жилье – гражданам России»: технология и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области: материалы междунар. науч.-практ. конф., 15-16 дек. 2009 г. Волгоград. 2009. С. 173-174.
8. Золотозубов Д.Г. Повышение устойчивости сооружений на структурно-неустойчивых грунтах // Городские агломерации на оползневых территориях: материалы V междунар. конф. по геотехнике, 22-24 сент. 2010 г. Волгоград, 2010. С.377-382.
_________________________________________________________________
Подписано в печать 17.02.2011. Формат 6090/19.
Усл. печ. л. 1,43. Тираж 150 экз. Заказ № 591/2011.
Отпечатано в типографии
Центра «Издательство ПГТУ»
Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, к. 113.
Тел. (342) 212-80-33.
