Monthly Archives Сентябрь 2012

Положение пятовых пластических шарниров арки

Из условий поставленной задачи непосредственно вытекает первоочередная задача, которая сводится к отысканию положения шарниров принятой арки, а затем величины давления на конструкцию подземного сооружения в стадии предельного равновесия.

Сначала определим положение пятовых пластических шарниров арки. Для этого необходимо одновременно проанализировать распределение возникающих по бокам выработки при ее устройстве напряжений и прочностные свойства грунта. Из теории пластинок и балок-стенок в строительной механике известно, что если к пластине, имеющей неограниченные размеры по высоте и в которой сделано отверстие произвольного очертания, приложена равномерно распределенная нагрузка, то по бокам отверстия происходит концентрация напряжений, распределение которых можно принять в соответствии с законами теории упругости. Наибольшая ордината напряжений находится в первый момент .времени непосредственно у отверстия, а с удалением от него напряжения уменьшаются по параболическому закону.

Известно также, что распределение напряжений по бокам выработки находится в функциональной зависимости от пролета отверстия. Таким образом, в условиях плоской задачи можно обнаружить аналогию между пластинкой с отверстием и горным массивом, сплошность которого нарушена устроенной выработкой, принимая, что грунт по структуре и физико-механическим свойствам однороден.

Так как наибольшие

Подробнее

Прогрессирование разрушений

В процессе деформаций образуется над выработкой первоначальный свод, очертание которого определяется величиной растягивающих напряжений и существующего в грунте внутреннего давления. Путем прогрессирования разрушений зона растягивающих напряжений будет уменьшаться, а давление между частицами увеличиваться. Точка перехода растягивающих напряжений в сжимающие характеризуется, а внутреннее давление равно. Ввиду наличия над выработкой толщи грунта сжимающие напряжения будут возрастать, а кривая давления отодвигаться все дальше в неразрушенную зону. Разрушения переходят в трещины и, наконец, в упругие деформации. Напряжения в грунте не превышают предела прочности. Нагрузка от вышерасположенной толщи передается на неразрушенные массы грунта по бокам выработки. Это явление в литературе известно под названием арочного эффекта.

Достигнутая таким образом форма очертания разгружающего свода может характеризоваться тремя точками: А, В, и С. Точки А и В находятся на уровне кровли выработки, а в точке С массы грунта над выработкой находятся в равновесном состоянии. Точки Л, Б и С разгружающего свода можно принять как пластические шарниры трех шарнирной арки. Экспериментальные исследования показали, что даже при достижении разгружающего свода со временем деформации в грунте все же будут иметь место, хотя практически они настолько незначительны

Подробнее

Обделка подземного сооружения

Методы других исследователей также не получили широкого распространения ввиду того, что подсчитанные по этим методам величины давления на подземные сооружения дают далекие от действительности результаты.

В последнее время исследователи стремятся решить эту проблему на основе смешанной теории, включающей в себя теорию предельного равновесия грунтовых масс и теорию упругости. В такой постановке определение давления на подземное сооружение сводится к решению плоской задачи строительной механики с учетом непостоянства расчетной схемы во времени.

Целесообразным представляется метод решения задачи на основе гипотезы, по которой горный массив рассматривается в виде плоской балки неограниченных размеров. Выбранный метод более объективно отражает напряженное состояние и позволяет в каждом отдельном случае подойти к определению горного давления в различные промежутки времени при определенных грунтово-геологических условиях.

В процессе устройства выработки частицы окружающего выработку грунта приходят в движение, так как крепление в выработку невозможно установить сразу же за разработкой. Вследствие этого грунту в течение некоторого времени предоставляется свобода в деформациях.

Величина горного давления увеличивается со временем за счет процессов,

Подробнее

Вертикальное горное давление в стадии предельного равновесия

Кроме того, процесс влагопереноса в глине носит переменный характер и во времени. Например, для точки 2 за первые 4 суток уменьшается примерно в 3 раза. В последующий период времени происходит относительная стабилизация коэффициента влагопереноса. Для точек 3 и 4 этот период перехода в стадию относительной стабилизации припадает соответственно на 9-е и 15-16-е сутки. Аналогичные зависимости получены для различных сочетаний вертикальной нагрузки Ра и напорного градиента D и имеют непосредственное практическое приложение.

В расчетах принималось, что влажность глинистой породы в самой нижней точке в момент начала процесса влагопереноса соответствует полному водонасыщению грунта. Тогда при пористости данной глины около 43-44% влажность приближенно считалась равной пористости, что вполне допустимо.

Прямая, проходящая через условные точки перехода процесса влагопереноса в стадию стабилизации, выделяет две характерные области. Для заштрихованной свойственно незначительное изменение коэффициента влагопереноса с увеличением времени испытаний, в то время как для незаштрихованной области характерно большое влияние фактора времени.

Таким образом, зная характер изменения напряженного состояния вокруг горных выработок во времени и связанное с этим перераспределение содержания влаги в глинистой породе, можно научно обосновано вести прогноз устойчивости подземного сооружения.

Существующие

Подробнее

Конечные результаты влагонакопления

Скорость уменьшилась почти в 10 раз. В пределах 15 суток испытаний все же обнаруживается переход грунта в стадию полного водонасыщения. Для точек, расположенных выше (3, 2), период времени до полного водонасыщения будет большим, так как путь фильтрации несколько увеличен. Кроме того, видимо, увеличение пути фильтрации влечет за собой изменение самого характера кривых. Если для кривой 4 достаточно четко обнаруживается граница перехода грунта из одного состояния в. другое (по количественному распределению влаги), то уже для других кривых такая граница трудно определима.

Конечные результаты влагонакопления для различных точек определятся в зависимости от напряженного состояния образца вследствие приложенной вертикальной нагрузки, а также длины — пути фильтрации. Очевидно, что с течением времени линия влажности будет перемещаться к предельному состоянию (полному водонасыщению во всех точках образца), причем, вероятно, вертикальное состояние все же не будет достигнуто. Это объясняется как повышенной плотностью грунта в верхних слоях образца, так и возрастанием длины пути перемещения влаги при направлении фильтрации снизу вверх, а также действием сил собственного веса, перемещаемой в порах грунта воды.

Установление зависимостей процессов перемещения влаги...

Подробнее

Процесс влагообмена

Для упрощения решения часто принимают постоянство скорости потока. Тогда фильтрационный поток называют стационарным и решение задачи более простое, чем при нестационарном режиме.

Процесс влагообмена предопределяется в данном случае разностью напряжений и будет происходить по нормали к линиям

Из анализа процессов влагообмена в глинистых породах и полученного решения легко видеть, что величина а характеризует фильтрационную способность горной породы и называется коэффициентом влагопереноса.

Для выяснения физического смысла показателей влагообмена в глинистых породах в лаборатории КАДИ были проведены опыты на сконструированном приборе исследования фильтрационных свойств связных грунтов. Первоначально монолитные образцы плотной глины подвергались водонасыщению в одном направлении (одномерная фильтрация). При вертикальной нагрузке на образец искусственно создавался и поддерживался постоянным в течение всего периода испытаний напорный градиент воды 3 кгсм2 (высота образца 10 см). Основное внимание уделялось первым 10 суткам испытаний, так как проведенные ранее исследования показали, что процесс релаксации напряжений в таких глинах и при такой естественной влажности длится примерно в течение этого промежутка времени. Контроль влажности осуществлялся в пяти точках

Подробнее

Практика решения геотехнических задач

В соответствии с проведенными исследованиями горную выработку круговой формы большой протяженности можно представить в виде цилиндра с толщиной стенки, равной величине зоны ослабления напряжений. Внутренний радиус выделенного из горной породы цилиндра равен, а внешний (при условии симметричного распределения зоны относительно выработки) обозначим через. Длина цилиндра значительно больше среднего диаметра, поэтому цилиндр можно считать неограниченным, а распределение влажности по толщине цилиндра есть функция. Очень часто в практике решения геотехнических задач, в том числе применительно к строительству транспортных и гидротехнических туннелей, принимается предположение о равномерном

В практике проектирования и строительства подземных сооружений очень часто встречаются различные сочетания грунтовых и гидрологических условий. Поэтому и задание граничных условий может быть различным.

Характеризоваться определенными особенностями в любой момент времени, Такое положение может иметь место, например, при искусственном поддержании напряженного состояния или при особых условиях перемещения воды из удаленных областей массива в зону ослабления.

Третье граничное условие характеризуется законом влагообмена между прилегающей к выработке областью и более удаленной, где влажность соответствует условиям ненарушенного режима. В этом случае количество воды,

Подробнее

Максимальное значение влажности на контуре выработки

Увеличение нагрузки ведет к уменьшению количества воды в породе. Причем более интенсивное снижение кривой имеет место при сравнительно небольшой нагрузке, в то время как последующее приложение увеличенной нагрузки изменяет процентное содержание воды в незначительной мере.

В данном случае можно провести аналогию с теми процессами и явлениями, которые имеют место в реальных горных массивах. Если в момент устройства выработки влажность одинакова в пределах рассматриваемой области, то с течением времени она изменится. Зона ослабления напряжений (пластическая зона) может быть охарактеризована так же, как зона повышенной влажности. Распределение величины влажности в пределах самой зоны повышенной влажности неравномерно. Характер изменения примерно соответствует закономерности изменения касательных напряжений в этой зоне. Максимальное значение влажности на контуре выработки установится в момент завершения разрядки напряженного состояния. Значения влажности в ненарушенном массиве равны значениям в нейтральной зоне (за пределами зоны ослабления напряжений). Такое перераспределение влажности внесет свои коррективы в напряженно-деформированное состояние горного массива. Вследствие избыточного увлажнения (по отношению к начальному

Подробнее

Влияние процессов влагопереноса на состояние горного массива

Возможные вывалы породы первоначально имеют место только в пределах ширины выработки, а затем распространяются на все большую область как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Причем над кровлей выработки разрушения будут проявляться в виде обвалов, а с боков — в виде смещений потерявших устойчивость масс горных пород. Процесс идет непрерывно до образования разгружающего свода, и тогда вертикальное горное давление следует определять по теории сводообразовання.

Повышенная влажность горных пород или наличие подземных вод в отдельных слоях являются дополнительным фактором, сказывающимся на устойчивости подземных сооружений и окружающих горных пород.

Исследования показывают, что промежутком времени свободного стояния незакрепленной выработки является время релаксации напряжений от упругого последействия. В случае изменения режима влажности существенным образом изменяется и период релаксации. Больше того, с момента устройства выработки и до стабилизации напряженного состояния поле влажности функционально зависит от изменения напряженного состояния.

Устройство выработки (ослабление горного массива) определенным образом трансформирует поле влажности. Первоначально действующие большие напряжения по контуру выработки не способствуют возникновению фильтрационных токов в сторону выраб...

Подробнее

Приращение в объеме

На контуре выработки напряжения значительно уменьшились, хотя все же составляют большую величину. Прочность горной породы под действием изменяющегося напряженного состояния будет также уменьшаться и в момент времени. Действующее напряжение на контуре очень превышает прочности породы. Разрушений породы не будет.

Если зону ослабления определить условие, тогда можно констатировать увеличение во времени объема горных пород в этой зоне. Обозначим первоначальный радиус выработки, а радиус зоны ослабления .

Приращение в объеме может рассматриваться как следствие действия только упругих сил за период релаксации напряжений. Период времени устанавливает границы применимости решений теории упругости во времени, а зона ослабления или влияния выработки ограничивает пространственные размеры понижающегося напряженного состояния.

Аналогичный характер развития во времени напряжений имеет место ив случае прямоугольной выработки. Рассмотрим характер распределения напряжений над кровлей выработки. Как известно, непосредственно примыкающая к выработке область подвержена влиянию растягивающих напряжений, которые с удалением в глубь горного массива переходят в сжимающие, достигая в определенной зоне максимальных значений. Первоначально область растягивающих напряжений незначительна и напряжения по абсолютной величине также малы.

Максимум сжимающих напряжений

Подробнее

Коэффициент Пуассона

Коэффициент Пуассона сильно влияет на характер смещений пород на большом расстоянии от контура выработки. Как видно

Выполненные расчеты для незакрепленной выраоотки и при наличии абсолютно жесткой крепи в массиве глинистых пород

Как было показано, разрушение пород горного массива вокруг выработок произвольного очертания носит временный характер под влиянием естественного процесса ползучести и воздействия значительных напряжений. При этом характеристики свойств горных пород претерпевают также изменения во времени. Вокруг выработки как бы образуются слои пород с существенно различными механическими и прочностными свойствами. Одновременно происходит перераспределение напряжений и смещение пород массива, что существенно затрудняет аналитическое и экспериментальное исследование поля напряжений в массиве. В связи с этим механизм изменения напряженного состояния и продвижение границы зоны ослабленных пород вглубь массива во времени должны быть связаны как с действующими напряжениями в массиве, так и с прочностными характеристиками пород.

При этом правомерно использование решений теории упругости. Концентрация напряжений происходит на контуре выработки, а с удалением от нее напряжения асимптотически стремятся к геостатическому давлению в ненарушенном горном массиве . Закрепление выработки

Подробнее

Распределение напряжений случае закрепления выработки податливой крепью

Поэтому состояние параллелепипеда в положении II неустойчиво. Частицы будут стремиться перейти путем перегруппировки в устойчивое равновесное состояние.

Пользование формулами для расчета смещений на контуре выработки с учетом разрушения при ползучести возможно, если имеются данные о коэффициенте. Вместе с тем в первом приближении можно обойтись определением времени релаксации от режима и длительности приложения нагрузки, учитывая при этом, что влияние разрушения скажется на закономерности изменения времени релаксации.

Распределение напряжений случае закрепления выработки податливой крепью качественно не изменяется. Однако рост у контура выработки начинается с величины, равной сопротивлению крепи составляющие приближаются к гидростатическому давлению на меньшем расстоянии от контура выработки, чем при отсутствии крепи, т. е. с закреплением выработки уменьшается зона концентрации напряжений. Действие крепи носит большей частью локальный характер. Релаксация напряжений в массиве пород протекает так же, как и в отсутствие крепи.

Устойчивость горной выработки во многом определяется физико-механическими свойствами пород, которые очень часто в расчетах принимаются в виде определенных показателей на некоторых отдельных участках. Для плоской задачи, как известно, напряженное состояние не зависит от упругих констант. Однако, с развитием деформации

Подробнее