ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРАНСВЕРСАЛЬНО-ИЗОТРОПНОГО СКАЛЬНОГО ГРУНТА ВБЛИЗИ НАПОРНОГО ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО ТУННЕЛЯ КОРОБОВОЙ ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ

  • Баутдинов Дамир Тахирович - Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)
  • Атабиев Умар Исхакович - Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)
DOI: 10.22227/1997-0935.2017.10.1172-1179
Страницы: 1172-1179
Напорные гидротехнические туннели коробовой формы сечения широко распространены в области гидротехнического строительства и являются одним из самых сложных, трудоемких и дорогих типов сооружений, входящих в состав основных сооружений гидроузлов, мелиоративных систем и систем водоснабжения. В качестве водопропускных и водопроводящих сооружений их строят под землей в тех случаях, когда открытая выемка грунтов невозможна или неэкономична, когда трасса туннеля проходит через густонаселенную или густо застроенную местность или на ней возможны оползни, осыпи, камнепады. Нарушение целостности грунтового массива, в частности туннельная выработка, меняет напряженно-деформированное состояние (НДС) массива, что приводит к появлению в некоторых местах растягивающих напряжений, а в некоторых случаях - значительных сжимающих напряжений. Если эти напряжения будут превосходить расчетные сопротивления грунта на растяжение и сжатие соответственно, то может произойти обрушение кровли выработки и выпучивание боковых стенок и днища туннеля. Предмет исследования: напряженное состояние трансверсально-изотропного скального грунта вблизи напорного гидротехнического туннеля коробовой (подковооборазной) формы сечения от внутреннего напора воды. Цели: определение реальных значений окружных напряжений по контуру выработки. Материалы и методы: решение задачи плоской деформации теории упругости для трансверсально-изотропной среды невозможно аналитическими методами, поэтому анализ НДС был выполнен методом конечного элемента (МКЭ) с использованием программного комплекса ANSYS. Результаты: определены тангенциальные напряжения по контуру выработки гидротехнического туннеля при различных отношениях модулей деформаций и коэффициентов Пуассона, позволяющие оценивать прочность грунтового массива при различных глубинах заложения туннеля. Расчет гидротехнического туннеля большой протяженности, проложенного в крепком, трансверсально-изотропном скальном грунте, сведен к задаче плоской деформации теории упругости для трансверсально-изотропной среды, содержащей туннельную выработку. Предварительно были определены размеры и тип элемента, пригодного для расчета на основе решения тестовой задачи. Выводы: необходимо более детально определять физико-механические свойства скальных грунтов, особое внимание уделяя упругим характеристикам, расчеты следует производить, учитывая анизотропию упругих свойств.
  • трансверсально-изотропная среда;
  • теория упругости;
  • плоская деформация;
  • модуль деформаций;
  • коэффициент Пуассона;
  • ортогональные напряжения;
  • коробовое сечение;
  • внутренний напор воды;
  • собственный вес гнута;
  • метод конечных элементов (МКЭ);
Литература
  1. Амензаде Ю.А. Теория упругости. М. : Высш. шк., 1976. 271 с.
  2. Зенкевич О.К., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред. М. : Стройиздат, 1971. 214 c.
  3. Ляв А. Математическая теория упругости / пер. с англ. Б.В. Булгакова, В.Н. Натанзона. М. : ОНТИ, 1935. 674 с.
  4. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М. : Наука, 1966. 707 с.
  5. Новожилов В.В. Теория упругости. М. : Судпромгиз, 1958. 370 c.
  6. Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев : Наукова думка, 1965.
  7. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М. : Недра, 1987. 221 с.
  8. Brombolich J.L. Elastic-plastic analysis of the stresses near fastener holes // 11th Aerospace Sciences Meeting. Washington, 1973. Pp. 10-16.
  9. Годунов С.К., Рябенький В.С. Разностные схемы. М. : Наука, 1997. 439 с.
  10. Сеймов В.М., Островерх Б.Н. Сейсмостойкость гидротехнических сооружений. Киев : Наукова Думка, 1983. 318 с.
  11. Чече А.А. Метод решения задач статики упругих стержней, находящихся в упругой и упругопластической средах и применение его к расчету подземных трубопроводов. Минск : Изд-во Госстроя БССР, 1973. 83 с.
  12. Бартон Н. Проектирование подземных сооружений в скальных породах с использованием Q-системы и программы UDEC-BB : пер. англ. М. : Энергоатомиздат, 1992. (Энергетическое строительство за рубежом. Вып. 8).
  13. Гидротехнические сооружения / под. ред. Г.М. Каганова. Т. 2. М. : Энергоатомиздат, 1994. 464 с.
  14. Городецкий А.С., Заворицкий В.И., Лантух-Лященко А.И., Рассказов А.О. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений. М. : Транспорт, 1981. 143 с.
  15. Демидов С.П. Теория упругости. М. : Высш. шк., 1979. 432 с.
  16. Зенкевич О.К. Метод конечных элементов в технике. М. : Мир, 1975. 541 с.
  17. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М. : Наука, 1980. 534 с.
  18. Фролов М.И., Васкес Рамирес А.А. Исследование работы подземных ГТС методом граничных элементов // Вопросы повышения качества образования в области природообустройства и водопользования : сб. мат. III Межвуз. науч.-техн. конф. (г.Москва, 23-25 апреля 2001 г.). М. : МГУП, 2001. С. 108-109.
  19. Хучумов Р.А., Кепплер Х., Прокопьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций. М. : Изд-во АСВ, 1994. 350 с.
  20. Крауч С., Старфилд Т. Методы граничных элементов в механике твердого тела : пер. с англ. М. : Мир, 1987. 328 с.
  21. Михлин С.Г. Приложения интегральных уравнений к некоторым проблемам механики, математической физики и техники. М. ; Л. : Гостехиздат, 1947. 304 с.
  22. Bennerjee P.K., Butterfield R. Boundary element method in geomechanics. London : Wiley, 1977.
  23. Bennerjee P.K., Butterfield R. Boundary element method in engineering in science. London : McGraw-Hill, 1981.
  24. Brebbia C.A., Walker C. Boundary element method in engineering. London : Butterworth, 1980.
  25. Jaswon M.A., Symm G.T. Integral equation methods in potential theory and electrostatics. London : Academic Press, 1977.
  26. Kay J.N., Aust M.I., Krizek R.J. Adaption of elastic theory to the design of the circular conduits // Civil Engineering Transactions. 1970. April. Pp. 152-160.
  27. Rizzo F.J. An integral equation approach to boundary value of classical elastics // Quarterly of Applied Mathematics. 1967. Vol. 25. Pp. 83-95.
  28. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М. : Наука, 1977. 416 с.
  29. Фролов М.И. Статические и динамические воздействия на одиночные и многониточные трубы : дис. … д-ра техн. наук. М., 1991. 316 с.
  30. Фролов М.И., Васкес Рамирес А.А. Влияние формы поперечного сечения выработки гидротехнических тоннелей на напряженное состояние по их контуру // Природоохранное обустройство территорий: сб. мат. науч.-техн. конф. Москва. 2000 г. М. : МГУП, 2002. С. 115-118.
СКАЧАТЬ (RUS)