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

Vestnik MGSU 10/2017 Volume 12
  • Баутдинов Дамир Тахирович - Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева) кандидат технических наук, доцент кафедры технической и строительной механики, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева), 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49.
  • Атабиев Умар Исхакович - Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева) аспирант кафедры гидротехнических сооружений, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева), 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49.

Pages 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.

DOI: 10.22227/1997-0935.2017.10.1172-1179

References
  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.

Download

моделирование напряженно-деформированного состояния контура выработки в трещиноватых горных массивах

Vestnik MGSU 4/2012
  • Низомов Джахонгир Низомович - Академия наук Республики Таджикистан доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Академии наук Республики Таджикистан, заведующий лабораторией теории сейсмостойкости и моделирования Института геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии, +992 919355734, Академия наук Республики Таджикистан, Республика Таджикистан, г. Душанбе; This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it .
  • Ходжибоев Абдуазиз Абдусатторович - Таджикский технический университет имени академика М.С. Осими кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой строительной механики и сейсмостойкости сооружений, +992 918893514, Таджикский технический университет имени академика М.С. Осими, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. акад. Раджабовых, 10а; This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it .
  • Ходжибоев Орифджон Абдуазизович - Академия наук Республики Таджикистан старший научный сотрудник лаборатории теории сейсмостойкости и моделирования Института геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии, +992 918720844, Академия наук Республики Таджикистан, Республика Таджикистан, г. Душанбе; This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it .

Pages 108 - 115

Развивается метод граничных уравнений применительно к задачам численного определения напряженно-деформированного состояния контуров незакрепленных выработок произвольного очертания при различных воздействиях.

DOI: 10.22227/1997-0935.2012.4.108 - 115

References
  1. Лехницкий С.Г. Анизотропные пластинки, ОГИЗ. М.-Л. : Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1947. 355 с.
  2. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.-Л. : Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950. 299 с.
  3. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород. М. : Недра, 1975. 223 с.
  4. Роза С.А., Зеленский Б.Д. Исследование механических свойств скальных оснований гидротехнических сооружений. М. : Энергия, 1967. 392 с.
  5. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов. М. : Недра, 1988. 271 с.
  6. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах. М. : Недра, 1986. 272 с.
  7. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М. : Недра, 1975. 271 с.
  8. Зеленский Б.Д. О методе учета влияния трещиноватости на деформационные свойства скальных массивов // Тр. Ленинградского инженерно-экономического института им. П. Тольяти. 1967. Вып. 68. С. 62-70.
  9. Зеленский Б.Д. Основные направления исследований информаций скальных пород как оснований бетонных плотин // Проблемы инженерной геологии в строительстве. М. : Гостройиздат, 1961. С. 143-156.
  10. Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. М. : Мир, 1987. 328 с.
  11. Кузнецов Ю.И., Позиненко Б.В., Пылаева Т.А. Об анизотропии упругих свойств трещиноватых горных пород // Ученые записки ЛГУ, серия физических и геологических наук. 1966. Вып. 16. № 329. С. 94-106.
  12. Pancini M. Result of the First Series of Tests Performed on a Model Reproducing the Actual Structure of the Abutment Rock of the Vaiont Dam. Geologie und Bauwesen, H. 3, 4, 1962, p. 105-119.
  13. Tokano M. Rupture Studies on Arch Dam Foundation by Means of Models. Geologie und Bauwesen, H. 3, 4, 1961, p. 99-121.
  14. Walsh J.B. The Effect of Cracks on the Uniaxial Elastic Compression of Rocks. Journal of Geophysical Research. V. 70, №. 2, 1965, p. 399-411.
  15. Низомов Дж.Н. Метод граничных уравнений в решении статических и динамических задач строительной механики. М. : Изд-во АСВ, 2000. 283 с.
  16. Мюллер Л. Инженерная геология. Механика скальных массивов. М. : Мир, 1971. 255 с.

Download

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В СЛОИСТОМ МАССИВЕ С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОЛОСТЬЮ

Vestnik MGSU 8/2017 Volume 12
  • Бобылева Татьяна Николаевна - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ) Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Department of Applied Mathematics, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26.

Pages 863-868

Горные породы и основания сооружений из них обладают неоднородным составом. Неоднородность горных пород - причина их специфического поведения при деформировании. Уравнения в частных производных, с помощью которых описывается поведение многих таких материалов, содержат быстро меняющиеся коэффициенты, и решение таких уравнений требует немалого времени даже от современных компьютеров. В статье рассматривается слоистый массив, состоящий из попарно чередующихся изотропных упругих слоев. В результате усреднения упругих модулей данный массив с горизонтальным напластованием пород моделируется однородным трансверсально-изотропным полупространством с плоскостью изотропии, перпендикулярной к вертикальной оси. Полупространство ослаблено вертикальной цилиндрической полостью кругового поперечного сечения, нетронутый горный массив находится под действием собственного веса. На горизонтальных граничных плоскостях слоев задаются следующие два типа контактных условий: идеальный контакт и проскальзывание без отслоения. Для полученного однородного трансверсально-изотропного полупространства с вертикальной круговой полостью используется аналитическое решение С.Г. Лехницкого. Даны выражения для компонент напряжений и перемещений в массиве для различных краевых условий на поверхности полости. Задачи такого типа необходимо решать при строительстве и эксплуатации сооружений, при использовании композитных материалов.

DOI: 10.22227/1997-0935.2017.8.863-868

References
  1. Олейник О.А., Иосифьян Г.А., Шамаев А.С. Математические задачи теории сильно неоднородных сред. М. : Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 1990. 311 с.
  2. Бардзокас Д.И., Зобнин А.И. Математическое моделирование физических процессов в композиционных материалах периодической структуры. М. : Едиторал УРСС, 2003. 376 с.
  3. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. М. : Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 1984. 336 с.
  4. Кристенсен Р. Введение в механику композитов : пер. с англ. М. : Мир, 1982. 334 с.
  5. Bobyleva T.N. Approximate Method of Calculating Stresses in Layered Array // Procedia Engineering. 2016. Vol. 153. Pp. 103-106.
  6. Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Жубаев И.Ж. и др. Аналитические вопросы механики горных пород. Алма-Ата: Наука, 1969. 143 с.
  7. Бобылева Т.Н. Напряженно-деформированное состояние слоистого горного массива с вертикальной шахтой // Научное обозрение. 2016. № 24. С. 18-20.
  8. Шамаев А.С., Шумилова В.В. О спектре одномерных колебаний в периодической комбинированной слоистой среде // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 4 (4). С. 1882-1883.
  9. Шамаев А.С., Шумилова В.В. Прохождение плоской звуковой волны через слоистый композит с компонентами из упругого и вязкоупругого материалов // Акустический журнал. 2015. Т. 61. № 1. С. 10-20.
  10. Савенкова М.И., Шешенин С.В., Закалюкина И.М. Применение метода осреднения в задаче упругопластического изгиба пластины // Вестник МГСУ. 2012. № 9. С. 156-164.
  11. Савенкова М.И., Шешенин С.В., Закалюкина И.М. Сравнение результатов конечно-элементного анализа с результатами асимптотического метода осреднения в задаче упругопластического изгиба пластины // Вестник МГСУ. 2013. № 8. С. 42-50.
  12. Шамаев А.С., Шумилова В.В. Асимптотическое поведение спектра одномерных колебаний в среде из слоев упругого материала и вязкоупругого материала Кельвина-Фойгта // Современные проблемы механики : сб. стат. / под ред. В.В. Козлова, А.Г. Сергеева. М. : МАИК, 2016. С. 218-228. (Труды МИАН. Т. 295.)
  13. Шамаев А.С., Шумилова В.В. Усреднение уравнений состояния для гетерогенной среды, состоящей из слоев двух ползучих материалов // Современные проблемы механики : сб. стат / под ред. В.В. Козлов, А.Г. Сергеев. М. : МАИК. 2016. С. 229-240. (Труды МИАН. Т. 295)
  14. Bobyleva T.N. Method of Calculation of Stresses in the Layered Elastic-Creeping Arrays // MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 86 : 5th International Scientific Conference “Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education. Режим доступа: https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2016/49/matecconf_ipicse2016_01024.pdf
  15. Андреев В.И. Механика неоднородных тел // М. : Юрайт, 2015. 255 с.
  16. Андреев В.И. Axisymmetric Thermo-elastic Deformation of the Cylinder with Two-dimensional Inhomogeneity of Material // Procedia Engineering. 2016. V. 153. Pp. 32-36.
  17. Андреев В.И., Полякова Л.С. Аналитическое решение физически нелинейной задачи для неоднородной толстостенной цилиндрической оболочки // Вестник МГСУ. 2015. № 11. С. 38-45.
  18. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости / пер. с англ. М.И. Рейтмана под ред. Г.С. Шапиро. М. : Наука, 1975. 575 с.
  19. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.-Л.: Гос. изд-во технико-теорет. лит-ры, 1950. 299 с.
  20. Лехницкий С.Г. Симметричная деформация и кручение тела вращения с анизотропией частного вида // Прикладная математика и механика. 1940. Т. IV. Вып. 3. С. 55-56.

Download

Results 1 - 3 of 3