CC BY
57
Существенным образом на показатели деформации влияет также глубина разработки. Так, при увеличении H в 3,5 раза (от 200 до 700 м) максимальные наклоны imax, в зависимости от скорости перемещения очистного забоя V , уменьшаются в 2,8...3 раза, максимальная кривизна kmax- в 8,4.9,3 раза, деформации растяжения (сжатия) (sx)max- в 3,2.3,4 раза, а
максимальная скорость оседания Umax при этом уменьшается в 2,9.3,0 раза.
При увеличении скорости перемещения очистного забоя V в 3,75 раза (от 40 м/мес. до 150 м/мес.) imax уменьшается, в зависимости от глубины разработки H , в 1,2.1,27 раза, kmax -
в 1,4.1,53 раза, (sx)max - в 1,02.1,14 раза, а максимальная скорость оседания Umax при таком
увеличении скорости перемещения очистного забоя возрастает в 3,0.3,2 раза.
Выводы. Таким образом, полученные в статье аналитические соотношения позволяют получить количественные оценки и наглядное представление о деформациях, причем не только на земной поверхности, но и на любом уровне подрабатываемого породного массива на любой стадии подработки (при любом значении размера выработанного пространства), что очень важно как для обоснования параметров технологии разработки, так и для проектирования мероприятий по защите охраняемых объектов.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Ержанов Ж. С. Ползучесть осадочных горных пород (теория и эксперимент) / Ж. С. Ержанов, А. С. Сапрыгин, Г. Н. Гуменюк и др. - Алма-Ата : Наука, 1970. - 208 с.
2. Исследование влияния параметров напряженно-деформированного состояния горного массива на ведение очистных и подготовительных работ в условиях шахты «Степная» ГКХ «Павлоградуголь». Отчет о НИР / Национальный горный университет (НГУ); Руководитель А. Г. Кошка; № ГР 0102U004377. - Д., 2003. - 132 с.
3. Новикова Л. В. Оценка жесткости вмещающих пород слоистого массива / Л. В. Новикова, Л. И. Заславская, А. В. Яворский // Науковий вюник НГУ. - 2006. - № 9. -С. 7 - 8.
4. Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом / Отраслевой стандарт. - К. : Мшпаливенерго Украши, 2004. - 127 с.
5. СНиП - 15-74 «Основания зданий и сооружений». - М. : Стройиздат, 1975. - 64 с.
6. Управление кровлей и крепление в очистных забоях на угольных пластах с углом падения до 35°.- К. : Минтопэнерго Украины, 2002. - 142 с.
7. Усаченко Б. М. Свойства пород и устойчивость горных выработок / Б. М. Усаченко -К. : Наукова думка, 1979. - 136 с.
8. Яворський А. В. Напружено-деформований стан породного масиву при вщпрацюванш пологого вугшьного пласта шд охоронюваними об'ектами : моногр. / А. В. Яворський, О. Г. Кошка, В. П. Сердюк, О. О. Яворська - Д. : Нацюнальний прничий ушверситет, 2010. -121 с.
УДК 625.1
МЕТОДИКА АНАЛ1ТИЧНОГО ВИЗНАЧЕННЯ СТ1ЙКОСТ1 ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ДОР1Г
В. В. Ковальов, к. т. н., О. С. Чернишова, к. т. н.
Днтропетровський нац^ональний ушверситет зал1зничного транспорту 1мен1 академжа В. Лазаряна
Ключовi слова: сттюсть укосу, земляне полотно, армування грунт1в
Постановка проблеми. Одним iз ключових напрямiв забезпечення безпечного i безперебшного функщонування залiзничних та автомобшьних земляних транспортних споруд е достовiрне визначення !х стшкость
Аналiз публжацш. Питання стшкосп укошв стае все бшьш актуальним у зв'язку з перспективною необхщнютю тдвищення швидкосп руху, що, як вщомо, зменшуе стшюсть земляного полотна дор^ [1; 2].
Також одним iз факторiв, що спричинюе до зниження мiцнiсних характеристик rрунтiв та втрату стшкосп земляного полотна дорщ е вплив води у разi розташування грунтово! споруди поруч з водоймищем (рис. 1).
Рис. 1. Приклад втрати стткост1 укосу земляного полотна
Одним iз методiв тдвищення стiйкостi земляних транспортних споруд е застосування армування грунтiв [3; 4; 5].
Одним iз ключових завдань розрахунку стшкосп армованих укосiв е вибiр розрахунково! схеми, що якомога детальшше вiдповiдала б роботi конструкци в натурi як на статичш навантаження, так i на дда динамiчних сил.
Професором М. Н. Гольдштейном була встановлена аналiтична залежшсть, що дае можливiсть оперативно та достить достовiрно визначати стiйкiсть схилiв [6]:
, с • В ,1Ч
Кт = А • , (1)
у • Н
де кст - коефщент стiйкостi;
с - питоме зчеплення, кПа;
р - кут внутршнього тертя грунту, град.;
у - питома вага грунту, т/м3;
Н - висота схилу або укосу, м;
А i В - безрозмiрнi коефiцiенти.
Коефiцiенти А i В беруться по таблицях, складених на основi даних розрахунюв рiзноманiтних варiантiв, виконаних методом вщсшв при рiзних нахилах укосiв.
Крiм визначення стiйкостi схилу методика М. Н. Гольдштейна дае можливiсть розв'язувати зворотну задачу: визначати висоту схилу Н при заданому коефщенн стшкосп кст:
Н = -кГ-Ат-Л (2)
Г(кст - А(§Р)
За даною залежнiстю не можливо визначити стшюсть армованих укосiв земляного полотна - тому метою дослщжень е розробка методики, що дозволяе анаттично розраховувати стшюсть армованих укосiв та перевiряти достовiрнiсть отриманих результатiв розрахунку, а також тдбирати параметри системи «армоване земляне полотно - тимчасове динамiчне навантаження вiд рухомого складу».
Виклад матерiалу. На основi методу планування експерименту Бокса-У!лсона [7; 8] та методiв розрахунку стiйкостi Ю. Соловйова, К. Терцап, А. Дорфмана, Г. Шахунянца була
розроблена така методика та отримане рiвняння регресп (математична штерполяцшна модель), що дозволяе розраховувати коефщент стiйкостi армованого укосу земляного полотна (рис. 2):
кст = Ь0 + Ь1 • Н + Ь2 '1 + Ь3 ' С + Ь4 -Ф + Ь5 '7 + Ь6 ' 11 + (3
+ Ь7-Ь2 + Ь8-Ь3 + Ьд-Ь4 + Ь10-п + Ь11-Ь5, де Ь0,...Ь11 - коефщенти рiвняння регресп; с - питоме зчеплення, кПа; ф - кут внутршнього тертя грунту, град.; у - питома вага грунту, т/м3; Н - висота насипу, м; 1 - ухил укосу;
Ь1 - висота фiктивного стовпа грунту, вщ полного навантаження, м; Ь2 - вiдстань вiд фштивного стовпа грунту до брiвки укосу, м; Ь3 - вiдстань мiж армуючими прошарками, м;
Ьл - вщстань вiд фiктивного стовпа грунту до першого армуючого прошарку, м; Ь5 - довжина арматури в утримувальному шар^ м; п - кшьюсть прошаркiв армування, шт.
Рис. 2. Схема втрати стткост! укосу земляного полотна: 1 - поверхня ковзання; 2 - армування грунту
Побудова математично! штерполяцшно! моделi (3) виконуеться у такш послщовносп:
1. Пщготовка вихiдних даних. Вихiднi дат (надалi - фактори) складаються на пiдставi геологiчних вишукувань, лабораторних i польових випробувань грунтiв, геодезичних вимiрiв, даних про швидкiсть руху по!здiв по данiй дiлянцi коли. При побудовi математично! iнтерполяцiйноl моделi (3) для розрахунюв стiйкостi армованих укошв урахувано 11 факторiв.
2. Обчислюються для кожного фактора область визначення, штервал варiювання, основний рiвень, верхнш i нижнiй рiвнi.
3. Побудова i реалiзацiя плану-матрицi типу 2к — (дробова реплiка).
У зв'язку з великою кшьюстю вихiдних даних необхщно використовувати дробове планування, тобто дробову реплшу типу 2к-п (де 2 - кшьюсть рiвнiв варiювання, к - загальна кшьюсть факторiв, п - лшшш ефекти, прирiвнянi до ефектiв взаемоди). Для одинадцяти факторiв найбiльше шдходить план-матриця 211-7 (1/128-реплiка вiд 211), тобто шiстнадцять варiантiв розрахунку стшкосп земляного полотна.
4. Генеруючi спiввiдношення та визначальнi контрасти. Задаемо генеруючi спiввiдношення та визначальнi контрасти для побудови плану-матрищ 211-7.
5. Розрахунок коефщенпв стiйкостi.
Для побудови штерполяцшно! моделi необхiдно попередньо розрахувати для 16 варiантiв (плану-матрищ 211-7) коефiцiенти стiйкостi земляного полотна. Розрахунки виконуються методами, що дають найбiльш достовiрнi результати: К. Терцап, Ю. Соловйова, А. Дорфмана i Г. Шахунянца.
6. Визначення дисперсносп паралельних розрахункiв.
У зв'язку з тим, що розрахунок коефщенпв стшкосп проводиться чотирма рiзними методами, отримаш результати iдеально не збпаються. Тому необхiдно зробити перевiрку
значения коефщента стшкосп з найбшьшим вщхиленням вщ значень iнших коефiцiентiв стiйкостi. Перевiрка проводиться за критерiем Стьюдента.
7. Розрахунок середнього арифметичного, дисперсп i середнього квадратичного вiдхилення коефiцiентiв стшкосп.
Пюля виконано! перевiрки для кожного з 16 варiантiв розраховуються середне арифметичне, диспершя i середне квадратичне вiдхиления вже з урахуванням ушх чотирьох методiв розрахунку (методiв Ю. Соловйова, К. Терцагi, А. Дорфмана, Г. Шахунянца).
8. Оцiнка дисперсш середнього арифметичного у кожному рядку матрищ.
9. Перевiрка однорiдностi дисперсш, дисперая вiдтворюваностi, загальна дисперсiя середнього.
Перевiрка умови однорiдностi дисперсiй - це перевiрка того, що серед усiх дисперсiй, якi пiдсумовуються, не було таких, яю б значно перевищували всi iншi.
У зв'язку з тим, що порiвнювана кiлькiсть дисперсш бшьша двох i маеться однакова кшьюсть методiв обчислення коефiцiентiв стшкосп в кожному з варiантiв розрахунку, перевiрка однорiдностi дисперсiй здiйснюеться за крш^ем Кохрена (От).
10. Визначення коефiцiентiв рiвнянь регрес Ъ0,...ЪП та побудова математично! штерполяцшно! моделi.
Перевiрка адекватностi отримано! математично! штерполяцшно! моделi здiйснюеться за допомогою ^ - критерiю Фiшера.
Також за розробленою методикою можливо розраховувати стшюсть укосу без армування та без урахування додаткового навантаження вщ рухомого складу.
Залежно вiд умов розрахунюв iнтерполяцiйна модель (3) може мати такий вид:
1) розрахунок стшкосп укосу без армування:
кст = Ъ0 + Ъ1 • Н + Ъ2 • * + Ь3 • с + Ь4 — + Ъ5 ^7 + Ь6 • Ц + (4)
+Ь7 • Ц2;
2) розрахунок стшкосп армованого схилу без урахування додаткового навантаження вщрухомого складу:
кст = Ь0 + Ь1 • Н + Ъ2 • 1 + Ь3 • с + Ъ4 — + Ъ5 •у +
+ Ъ8 •Ц + Ъ9 • Ь4 + Ъ10 •п + Ъ11 • Ь5 ;
(5)
3) розрахунок стiйкостi укосу без армування та без врахування додаткового навантаження вщрухомого складу:
кСт = Ъ + Ъ Н + Ъ2 ч + Ъъ •с + Ъ4 — + Ъ, •у. (6)
Також математичш iнтерполяцiйнi моделi (4 - 6) крiм розрахункiв стiйкостi укосiв дають можливiсть визначити (з умови забезпечення стiйкостi земляного полотна): кiлькiсть прошарюв армування п, допустимий ухил укосу I, вiдстань мiж армуючими прошарками,вiдстань мiж фiктивним стовпом грунту та верхшм армуючим прошарком, довжину армування. Параметри визначаються таким чином: - кшьюсть прошаркiв армування п:
„ _ кст - (Ъ0 + Ъ1Н + ^ + Ъ3с + Ъ— + Ъ5У + Ъ6А + Ъ7Ц2 + Ъ8+ Ъ9Ц4 + Ъ11Ц5 )
Ъ10
(7)
- вiдстань мiж армуючими прошарками Ь3:
Ц = кст - (Ъ0 + Ъ1Н + У + Ъ3с + Ъ— + Ъь7 + Ъ6А + Ъ7А + Ъ9А + Ъ10П + Ъ11А ) (8)
3 Ъ8 '
- вiдстань мiж фiктивним стовпом грунту та верхшм армуючим прошарком ЬА:
ь = кст - (Ъ0 + Ъ1Н + Ъ21 + Ъ3с + Ъ— + Ъ5Г + Ъ6А + Ъ7Ц2 + Ъ8А + Ъ10П + ЪпА ) (9)
4 Ъ9 '
- допустимий ухил укосу I:
. = кСт - (Ъ0 + Ъ1Н + Ъ3с + Ъ— + Ъ5У + Ъ6 А + Ъ7 А + Ъ8 А + Ъ9 А + Ъ10П + Ъ11А ) (Ш)
Ъ2 ' Висновки та перспективи подальших дослiджень. Методика дозволяе: аналiтично визначати коефiцiент стiйкостi укосiв земляного полотна дор^ рiвняниями регреси, не вдаючись до терацшного вiдшукання найбшьш iмовiрно! поверхнi ковзання; робити перевiрку
адекватностi отримано! математично! iнтерполяцiйноï моделi на вiдповiднiсть умовам, що визначають розрахункову схему стiйкостi укосу. Отримаш рiвняння perpeciï дають можливють для заданого дiапазону вихiдних даних визначати значущiсть i ступiнь впливу кожного фактора на штегральний коефщент стiйкостi укосу земляного полотна дорщ що необхiдно при виборi проектних параметрiв системи «армоване земляне полотно - тимчасове динамiчне навантаження вщ рухомого складу».
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. 1нструкщя з утримання земляного полотна залiзниць Украïни / Л. I. Дяченко, Г. П. Кислий, В. О. Курач. - Д. : Вид-во АТЗТ ВКФ «Арт-прес», 2001. - 104 с.
2. Грицык В. И. Расчеты земляного полотна железных дорог: Учеб. пособ. для вузов железнодорожного транспорта / В. И. Грицык. - М. : УМК МПС, 1998. - 520 с.
3. ВСН 205-87. Ведомственные строительные нормы. Проектирование земляного полотна железных дорог из глинистых грунтов с применением геотекстиля. - М. : ЦНИИС, 1987. - 56 с.
4. Технические указания по применению нетканых материалов для усиления земляного полотна: ЦП-4591/МПС СССР, Главное управление пути. - М. : Транспорт, 1989. - 47 с.
5. Джоунс К. Д. Сооружения из армированного грунта / К. Д. Джоунс. - М. : Стройиздат, 1989. - 280 с.
6. Гольдштейн М. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты / М. Н. Гольдштейн, А. А. Царьков, И. И. Черкасов. - М. : Транспорт, 1981. - 320 с.
7. Босов А. А. Методические указания к курсу «Теория надёжности и планирование эксперимента» / А. А. Босов. - Д. : ДИИТ, 1983. - Ч. II. - 47 с.
8. Моделювання технолопчних процесiв у середовище Microsoft Excel: Навч. поаб. / М. В. Терещенко, С. М. Марченко, В. М. Ковшов та ш. - Д. : Пороги, 2005. - 266 с.
УДК 624:69.0365:692
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ КАРКАСНО-МОНОЛИТНЫХ ЗДАНИЙ К ЛАВИНООБРАЗНЫМ ОБРУШЕНИЯМ
Е. А. Егоров, д. т. н., проф., Т. А. Ковтун-Горбачева, к. т. н., доц., Ю. В. Федоряка, к. т. н., Л. В. Купневич, асп.
Ключевые слова: лавинообразное обрушение, механизм обрушения, здание, несущие конструкции, плиты перекрытий, колонны, работа внутренних усилий, работа внешних сил
Введение, анализ состояния вопроса. В последнее время в технической литературе активно обсуждается проблема лавинообразных, или, как их еще называют, прогрессирующих обрушений. Проблема является относительно новой и не совсем сопоставимой с подходами, традиционно применяющимися в строительстве, поэтому много внимания в указанных работах уделяется, прежде всего, методологическим аспектам проблемы [4; 5; 12]. Попутно разрабатываются и апробируются алгоритмы расчетных оценок сопротивляемости различных видов зданий и сооружений прогрессирующим обрушениям, анализируется напряженно-деформированное состояние, возникающее в конструкциях при локальных разрушениях тех или иных элементов [1; 13 - 15], проводятся экспериментальные исследования [3].
Как справедливо отмечено в [5], рассматриваемая проблема по сути своей весьма созвучна с проблемой живучести, которая, в свою очередь, имеет давнюю историю своего становления и развития (см. ссылки в [5]), но до настоящего времени оставалась не очень широко востребованной в практической инженерной деятельности. Сейчас по целому ряду причин эта проблема становится все более актуальной. К сегодняшнему дню в России, например, издан целый ряд руководств и рекомендаций [2; 8 - 11], где сформулированы отправные термины и понятия, а также основные и, в какой-то мере, конкретные расчетные и конструктивные принципы проектирования зданий и сооружений, стойких к лавинообразным обрушениям. К сожалению, все указанные выше документы носят частный характер, трактовка основных понятий в них имеет различия в целом ряде важных аспектов, отсутствуют общие принципы формирования расчетных аварийных ситуаций.
