CC BY
6
Solovyov Dmitry Andreevich, engineer, siberian_egl@mail.ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Communications of Emperor Alexander I
УДК 624.131
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-531-535
МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОДА ОБРУШЕНИЯ В ТВЕРДЫХ ГЛИНАХ
В.В. Мельник, Г.В. Стась, Р.А. Соловьев, Д.А. Соловьев
Давление на обделку зависит, помимо физико-механических характеристик массива, от области устойчивых грунтов над тоннелем и от базовых смещений контура выработки. При определенных условиях давление на обделку ограничивается сводом обрушения. Области пластических точек, они же плоскости скольжения распределяются под углом фк. С ростом области разрушения растет давление на обделку, если расстояние до кровли устойчивых грунтов мало. Получена приблизительная форма свода обрушения для заданных грунтов при больших деформациях. При сооружении одиночной выработки возможно управление горным давлением, если получится определить достоверную связь перемещений и напряжений в грунте. Минимальное давление от условного свода обрушения при уменьшении области устойчивых пород значительно выше по нормативной литературе.
Ключевые слова: рост горного давления, свод обрушения, диаграмма u-p, НДС, строительство
тоннелей.
Для новоавстрийского метода сооружения тоннелей необходимо уметь управлять горным давлением, которое состоит в сбросе горного давления через управляемые деформации массива грунта. Для этого нужно хорошо знать поведение пород, так как после определенных деформаций породного контура развивается область хрупкого разрушения. После определенных деформаций идет рост горного давления. Это вызвано разрушением массива грунта, которое можно описать ниспадающей диаграммой прочности, однако ниспадающая ветвь прочности на данный момент не реализована в большинстве геотехнических программ. Следовательно, необходимо выработать прием, который позволит решить данную проблему. Несмотря на глубокие изучения работы твердых глин [5 - 11] данная тема все еще недостаточно освещена. На данный момент в распространённых геотехнических комплексах не реализована модель грунта с ниспадающей кривой прочности. Поэтому при решении практических задач, полезно использование некоторых упрощений и приемов, которые и описаны в данной статье.
Разобьем массив вокруг обделки на ряд концентрических окружностей с шагом 0,5м. Таким образом, при разрушении грунта на определенном этапе мы сможем менять физико-механические свойства грунта в заданной области. Задание областей разрушения в виде концентрических окружностей, несомненно, является допущением для упрощения задачи. Создадим две расчетные области для оценки влияния потолочины, или высоты устойчивых грунтов на свод обрушения (рис. 1).
Грунт 2 моделируется с учетом хрупкого разрушения. В местах, где е> ер, грунт заменяется на грунт 3 без сцепления, моделируется хрупкое разрушение без остаточной прочности. ер - относительные деформации, при которых происходит разрушение (таблица).
В грунте 1 сводообразование ограничено, т.к. сцепление грунта малое. Боковое давление задано по формуле Динника \ = v / (i -v). В грунте 2 учтена прочность на разрыв:
ар = 2С • tg(45 - 0,5ф) = 2 • 200 • tg(45 - 0,5 • 22) = 270 кПа.
Кольцо обделки жесткое, по жесткости эквивалентно металлическому кольцу толщиной 2 м. Плотность плиты принята равным 1кн/м2 для уменьшения влияния массы кольца на грунтовый массив. Обделка задана плитным элементом.
Характеристики грунтов
Тип грунта у, кН/м3 E, МПа Ф, град С, кПа V ^0 £р Модель кПа
Грунт 1 20 15 20 30 0,35 0,54 - MC* -
Грунт 2 22 150 22 200 0,35 0,54 0,02 МС 270
Грунт 3 22 150 22 1 0,35 0,54 - МС 0
Задача 1
Задача 2
Гручт 1
Груч т
Юм
50 м
Грунт
Грунт
Юм
50 м
Рис. 1. Расчетные схемы для оценки влияния потолочины или высоты устойчивых грунтов на свод обрушения
Интерфейс на границе обделка-массив принят с коэффициентами С=0, ф = 220 для того, чтобы кольцо не брало на себя сдвигающих усилий. Так же для моделирования участков отлипания грунта от конструкции, деформации кольца заданы усадкой Сге/. Определим связь деформаций контура выработки и и коэффициента усадки С^.
СгеГ = 100 (1 - £2/ 51),
где 52 =я • _ площадь кольца после усадки; 51 = %-Е2~ площадь кольца до усадки; ^ = ^ -и -
радиус кольца после усадки; - первоначальный радиус кольца. Определим высоту свода обрушения по формулам:
Ь = Ь + 2Б Чя (45°- ] /2)= 10+ 2Ч0Чя (45° - 22/2)= 23,9.; к = 23,9/(24,5)= 8,0..
Вертикальное давление от свода обрушения составит q=8•2,2= =17,6т/м2. Далее, на рис. 2 и 3 показаны области пластических точек грунта для задач 1 и 2. На рис. 4 и 5 показаны зависимости давления на обделку вертикальных и горизонтальных сил и деформаций контура. Определены через нормальные силы в своде и в стенах кольца.
Рис. 2. Задача 1. Линии скольжения при кровле устойчивых грунтов 15 м. Средние перемещения контура выработки -125 мм
Рис 3. Задача 2. Линии скольжения при кровле устойчивых грунтов 8 м. Средние перемещения контура выработки -165 мм. Линии скольжения свода обрушения выходят в грунты
Интересно, что свод не разрушается, а как бы лежит на обделке в средней четверти. Заниженные значения p являются причиной жесткой модели обделки. Так как обычно обделка выполняется с возможно меньшей толщиной для восприятия горного давления не за счет изгиба, а за счет обжатия на грунт. Расчет должен быть отредактирован для принятой жесткости кольца. Так же для практической оценки будет удобней связать давление на обделку с деформацией кровли.
Выводы:
1. Давление на обделку зависит, помимо физико-механических характеристик массива, от области устойчивых грунтов над тоннелем и от базовых смещений контура выработки.
2. При определенных условиях давление на обделку ограничивается сводом обрушения.
3. Области пластических точек, они же плоскости скольжения распределяются под углом фк. С ростом области разрушения растет давление на обделку, если расстояние до кровли устойчивых грунтов мало.
4. Получена приблизительная форма свода обрушения для заданных грунтов при больших деформациях.
5. При сооружении одиночной выработки возможно управление горным давлением, если получится определить достоверную связь перемещений и напряжений в грунте.
6. Минимальное давление от условного свода обрушения при уменьшении области устойчивых пород значительно выше по нормативной литературе.
7. Давление на обделку от свода обрушения, определенного МКЭ, в задаче 1 q =18т /м2, давление на обделку от свода обрушения по нормативной литературе q =17,6 т/м2
8. Давление на обделку от свода обрушения, определенного МКЭ, в задаче 2 q =40 т/м2, давление на обделку от свода обрушения по нормативной литературе не образуется q =100 т/м2. Возможно, имеются некоторые запасы в теории сводообразования, которые необходимо исследовать через изучение фактической нагрузки на существующие конструкции.
9. На соотношение вертикального и бокового давления сильно влияет жесткость обделки.
10. При больших деформациях замечено, что свод обрушения давит ближе к центру обделки, что очень невыгодно для эпюры моментов. Что подтверждает необходимость нагнетания или тесного контакта грунт-обделка для равномерной передачи вертикальных напряжений.
Список литературы
1. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1981. 270 с.
2. СП 120.13330.2012. Метрополитены. Актуализированная редакция. М.: Минрегион России, 2012. 267с. Храпов, Тоннели и метрополитены.
3. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах. М.: Недра, 1989.
270 с.
4. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. 608 с.
5. Влияние величины технологического зазора на напряженное состояние обделок тоннелей / П.В. Деев, А.С. Саммаль, С.В. Анциферов, Н.В. Шелепенов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып.4.
6. Анциферов С.В. Метод расчета обделок коллекторных тоннелей неглубокого заложения // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2011. Вып. 1. С. 211-219.
7. Саммаль А.С., Климов Ю.И., Капунова Н.А. Расчет многослойных подземных конструкций со слоями переменной толщины на статические нагрузки и сейсмические воздействия землятрясений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2010. Вып. 2. С. 269-278.
8. Панкратенко А.Н., Саммаль А.С., Нгуен Куанг Хюн. Математическое моделирование напряженного состояния крепи тоннеля и окружающего массива пород при проведении в его окрестности выработки способами микротоннелирования // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 3.
9. Карасев М.А. Методология напряженно-деформированного состояния конструкций станции метрополитена глубокого заложения с учетом этапов строительства: дис. ... д-р техн. наук. Санкт-Петербург. 2017. 307 с.
10. Иовлев Г.А. Прогноз устойчивости подземных сооружений в физически нелинейных грунтовых массивах: дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2020. 161 с.
11. Алексеев А.В. Прогноз устойчивости породных обнажений проходческого забоя в зоне влияния нарушенности массива: дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2019. 155 с.
Мельник Владимир Васильевич, д-р техн. наук, заведующий кафедрой, ecologytsu tula@mail.ru, Россия, Москва, НИТУМИСИС,
Стась Галина Викторовна, д-р техн. наук, доцент, ecology tsu tula@ mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Соловьев Роман Андреевич, ведущий инженер отдела ПК, RSolovev@lmgt.ru, Россия, Санкт-Петербург, ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс»,
Соловьев Дмитрий Андреевич, инженер, siberian_egl@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Петербургский государственный университет Путей Сообщения Императора Александра I
SIMULATION OF A DESTRUCTION DOME IN HARD CLAYS V.V. Melnik, G.V. Stas, R.A. Soloviev, D.A. Solovyov
The pressure on the lining depends, in addition to the physical and mechanical characteristics of the massif, on the area of stable soils above the tunnel and on the base displacements of the working contour. Under certain conditions, the pressure on the lining is limited by the collapse arch. Areas of plastic points, they are also slip planes, are distributed at an angle фк With the growth of the destruction area, the pressure on the lining increases if the distance to the roof of stable soils is small. An approximate shape of the collapse arch _ for given soils with large deformations has been obtained. When constructing a single working, it is possible to control rock pressure if it is possible to determine a reliable relationship between displacements and stresses in the soil. The minimum pressure from the conditional collapse arch with a decrease in the area of stable rocks is significantly higher according to the normative literature.
Key words: rock pressure increase, collapse arch, u-p diagram, stress-strain condition, tunnel construction.
Melnik Vladimir Vasilievich, doctor of technical science, head of the department, ecology tsu _ tu-la@mail.ru, Russia, Moscow, National Researcher Technological University MISIS,
Stas Galina Victorovna, doctor of technical science, docent, ecologytsu tula@, mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Soloviev Roman Andreevich, leading engineer, RSolovev@lmgt.ru, Russia, St. Petersburg, OAO NIPII «Lenmetrogiprotrans»,
Solovyov Dmitry Andreevich, engineer, siberian_egl@mail.ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Communications of Emperor Alexander I
УДК 629.462.4 : 621.311.23
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-535-539
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В ВАГОНАХ-ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ РАЗЛИЧНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Д.С. Фролова
Объектом исследования является вагон дизель-электростанции, входящий в состав различного подвижного состава. Это объяснимо с точки зрения различных компоновок, количеством и мощностями дизель-генераторов. Измерения проводились в диапазоне нормативных скоростей движения. Исследование виброакустических характеристик вагонов дизель-электростанций выполнялись с учетом должностных инструкций, разработанных для персонала, обслуживающего вагоны-электростанции. Результаты измерений показали превышения уровней звукового давления на рабочих местах и местах отдыха персонала внутри вагона-электростанции над санитарными нормами.
Ключевые слова: уровни шума, спектры, вагон-электростанция, дизель-генератор.
Объектом исследования в данной статье являются дизель-генераторы, установленные в вагонах-электростанциях различного подвижного состава. Виброакустические характеристики внутри вагона-электростанции, значительно превышающие санитарные нормы, возникают в результате следующих причин:
излучение шума и вибрации, передаваемые на пол вагона-электростанции и вызванные внешним источником, которым является система колесо-рельс подвижного состава;
излучение шума во внутренний воздушный замкнутый объем помещения внутренними источниками, которыми являются дизель-генераторы, работающие внутри моторвагона.
Целью статьи является анализ спектров шума, измеренных при работе дизель-генераторов внутри вагонов-электростанций в составе различного подвижного состава, для выявления закономерностей формирования негативных виброакустических характеристик на рабочих местах персонала. В зависимости от компоновки вагона-электростанции, количества дизель-генераторов и их мощности уровень создаваемого шума различен, поэтому экспериментальные исследования проводились при различных режимах работы дизель-генераторов в различных вариантах подвижного состава.
535
