Научно-методические основы численного прогноза деформирования грунтовых оснований

• Автор: Строкова, Людмила Александровна
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 265 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Современные представления о создании расчетных моделей оснований зданий и сооружений
1.1. Моделирование в геотехнике
1.2. Виды расчетов
1.3: Характеристики поведения-грунтов;
1.4.. Обзор программ, обеспечивающих оценку НДС
1.5. Описание;проблемной ситуации
1.6. Выводы
2. Инженерно-геологические.условия района исследований
; 21 Е Физико-географические условия
2.2. Геологическое строение »история формирования района
2.3. Гидрогеологические условия
2.4; Особенности грунтов
: 2.5: Выводы
3: Классификации определяющих уравнений грунтов
3.1. Современное состояниевопроса
3.2: Основные подходьгк решению-задачи
3:3: Классификация определяющих уравнений грунтов:
Ш Рекомсндации-по выбору модели поведения грунта
3.5: Выводы
4. Определение параметров грунтов
4.1. Определение основныхнараметров расчетноймодели
4121 Определение дополнительных параметров
4.3. Имитация.лабораторных » полевых испытаний
4.4. Калибровка.входных параметров
4.5. Выводы
5: Проверки создаваемойрасчетнощмодели
5.1. Критерии оценки адекватности созданных моделей
5.2. Анализ.чувствительности параметров
5:3. Определение интервалов значений-параметров
5.4. Сопоставление расчетных данных с результатами натурных наблюдений
5.5. Выводы
6. Использование данных натурных наблюденийгпри разработке моделей.
6.1. Прогнозирование .трудноопределимых,входных параметров
6.2. Прогнозирование расчетных параметровх Data Mining
6.3. Применение численных расчетов для обоснованияшроектов реконструкции сооружений
6.4. Выводы
Заключение
Перечень цитируемых источников

ВВЕДЕНИЕ
Исследование поведения грунта как сложной природной среды, составление точного расчетного прогноза его работы в основании инженерного сооружении является одним из важнейших звеньев безопасного строительства не только вновь возводимого сооружения, но обеспечения безопасности окружающей застройки и коммуникаций. Увеличение этажности зданий и сооружений, повышение плотности городской застройки, активное освоение подземного пространства, а также все более частое использование в качестве оснований 1рунтов, ранее считавшихся непригодными для строительства, ставит задачу совершенствования технологии расчета грунтовых оснований, на основе использования сложных нелинейных моделей поведения грунта специализированных геотехнических комплексов.
Актуальность настоящего диссертационного исследования вытекает из сложившегося противоречия между широким ассортиментом программных продуктов для расчетов напряженно-деформируемого состояния (НДС) системы «грунтовый массив - инженерное сооружение»; росту их использования в инженерной практике; их привлекательности с точки зрения точности, скорости расчета, притягательности для глаз компьютерной графики - с одной стороны и отсутствием теоретических исследований процесса разработки цифровых расчетных моделей - с другой. Данное противоречие преодолевается развитием методологического обеспечения процесса создания расчетных моделей, способов и средств оценки поведения грунтов при взаимодействии с инженерным сооружением.
Вопросы разработки расчетных моделей грунтовых оснований, адекватно отражающих поведение пород, имеют научно-прикладное значение в инженерной геологии.
До середины 20-го века было принято описывать поведение грунта как линейно упругое, подчиняющееся закону Гука, хотя в реальности грунты проявляют не только упругие, но и пластические, хрупкие и вязкие свойства.
Появление высокоскоростных компьютеров, новых современных технологий позволило описывать сложное нелинейное неупругое поведение грунтов. Для оценки напряженно-деформированного состояния системы грунтовый массив - сооружение, выполнения расчетов .ее прочности и устойчивости; используются такие специализированные программные комплексы, как ABAQUS, ANSYS, COSMOS, NASTRAN, PEAXIS и многие другие.
При выполнении расчетов трудности встречаются на всех этапах проектирования, начиная с опробования, выбора и.определения; исходных, параметров^ геометрического разбиения* пространства, выбора математической; модели-, до интерпретации полученных результатов;
По данным рабочей группы^Европейского Геотехнического сообщества [76] особые трудности у пользователей геотехнических программ« вызывают:: определение и задание, входных параметров; определение начальных условий; выбор - подходящей* модели,, достоверно* описывающей поведение,материала при- нагружении; интерпретация* результатов; Более того; результаты, выполненные при помощи., различных программных комплексов; разнятся, между собой: И это различие, как правило, возрастает при*недостаточно корректном?; использовании программного комплекса; без учета его возможностей иг особенностей, при «использовании расчетной .модели, грунта; не соответствующей его« поведению в реальных, условиях.
.. В! отличие от, других инженерных, специальностей; инженеры-геологи; работают, с исключительно сложным, «материалом»,, реально-дискретным, анизотропным, многофазным, с выраженными; реологическими свойствами. Устанавливаемые экспериментально* «отклики» грунтов на* внешние воздействия зависят от всей* предыстории? формирования* грунтового массива; характера; скорости и. продолжительности; приложения; внешних* сил; от физико-химического состава самого грунта, и очень часто невозможно однозначно определить закон связи между напряжениями и деформациями, как; это делается, например, дляшеталлов:

Последствия отказа
Рис. 1.9. Эмпирические нормы отказов для гражданских сооружений [130, 192] Калибровку коэффициентов надежности [53] предлагается выполнять в следующей последовательности:
1. Написать уравнение предельного состояния, которое может наступить, с указанием случайных переменных. Каждое уравнение предельного состояние должно описывать механизм возможного отказа сооружения.
2. Выполнить статистическое описание каждой случайной величины, входящей в уравнение предельного состояния, с указанием среднего значения, стандартного отклонения, коэффициента вариации, типа распределения.
3. Выбрать целевое значение надежности, основываясь на запасе прочности (по методу допускаемых напряжений), либо исходя из опыта проектирования подобных сооружений в подобных условиях.
4. Определить расчетные значения нагрузки и сопротивлений, используя концепцию надежности с желаемым значением вероятности отказов.