Прогнозирование горного давления на тоннельную обделку метрополитена с учетом влияния изменчивости свойств нескальных грунтов

• Автор: Нгуен Нгок Туан
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 224 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОСОБЕННОСТИ ВЕРОЯТНОСТНОГО РАСЧЕТА ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНА И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ.
1.1. Неоднородность и изменчивость грунтовых массивов и их свойств при строительстве тоннелей метрополитена.

1.1.1. Неоднородность и изменчивость грунтовых массивов

1.1.2. Изменчивость физикомеханических характеристик грунтов при строительстве тоннелей метрополитена.

1.1.3. Статистическая обработка результатов испытаний в инженерной геологии.

1.2. Вероятностные методы расчета строительных конструкций

1.2.1. Общие положения вероятностного расчета.

1.2.2. Принципы вероятностного расчета строительных конструкций на безопасность.

1.2.3. Основные методы вероятностного расчета строительных конструкций

1.3. Случайные факторы и особенности вероятностного расчета тоннелей метрополитена.
1.4. Обзор теорий горного давления
1.5. Выводы по главе
2. МЕТОДИКА ВЕРОЯТНОСТНОГО РАСЧЕТА ДАВЛЕНИЯ ГРУНТОВ НА ТОННЕЛЬНУЮ ОБДЕЛКУ МЕТРОПОЛИТЕНА.
2.1. Вероятностная постановка задач определения горного давления
2.2. Основные формулы вероятностного расчета горного давления.
2.3. Общая схема вероятностного расчета горного давления
2.4. Детерминистические модели определения горного давления по нормативным документам
2.5. Определение числовых характеристик и закона распределения случайных параметров на основе экспериментальных данных.
2.5.1. Определение числовых характеристик случайных параметров по опытным данным
2.5.2. Аппроксимация опытных данных эмпирическими распределениями .
2.5.3. Практическая процедура вычисления числовых характеристик и выбора закона распределения физикомеханических свойств грунтов.
2.6. Решение вероятностных задач определения давления грунтов на обделки тоннелей метрополитена
2.6.1. Определение давления грунтов как функции одного случайного параметра
2.6.2. Определение давления грунтов методом линеаризации функций многих случайных аргументов
2.6.3. Анализ и обоснование методов вероятностного расчета горного давления.
2.7. Выводы по главе 2.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДАВЛЕНИЯ ГРУНТОВ НА ТОННЕЛЬНУЮ ОБДЕЛКУ
МЕТРОПОЛИТЕНА МЕТОДОМ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
МЕТОДОМ МОНТЕКАРЛО.
3.1. Общие положения метода МонтеКарло
3.2. Общая схема применения метода статистического моделирования в расчете давления грунтов на тоннельную обделку метрополитена
3.3. Статистическое моделирование случайных характеристик грунтов как случайных величин с заданными законами распределения.
3.4. Моделирование случайных характеристик грунтов как многомерного случайного вектора.
3.5. Требуемое количество испытаний и точность расчета при моделировании методом МонтеКарло
3.6. Реализации методом МонтеКарло вероятностного расчета горного давления на тоннельную обделку метрополитена
3.6.1. Алгоритм и программа вероятностного расчета давления при нормальных законах распределения случайных параметров.
3.6.2. Алгоритм и программа вероятностного расчета давления при любых законах распределения случайных параметров.
3.6.3. Оценка достоверности результатов реализации.
3.7. Выводы по главе
4. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ В ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ СВОЙСТВ ГРУНТОВ НА ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ.
4.1. Исследование влияния изменчивости свойств несвязных песчаных грунтов на величину горного давления в случае сводообразования
4.2. Исследование влияния изменчивости свойств связных глинистых грунтов на величину горного давления в случае сводообразования
4.3. Исследование влияния изменчивости свойств грунтов на величину горного давления в случае невозможности сводообразования.
4.4. Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Зависимость угла внутреннего трения песка от размера частиц грунта 1 кварц остроугольный 2 кварц окатаннный 3 слюда. Ориентировочные значения нормативных прочностных характеристик песчаных грунтов с зернами различной окатанности приведены в табл. СНиП 2. Таблица 1. Пылеватые ф 8Ф с 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
Как видно из таблицы, угол внутреннего трения р для песчаных грунтов обычно находится в пределах . Более высокое значение этого угла наблюдается в породах, имеющих большую крупность частиц и меньший коэффициент пористости. Для средних условий расчетный угол внутреннего трения для песков можно принимать равным . Сцепление песчаных грунтов является незначительным и появляется лишь при высокой плотности и компактности грунта, поэтому коэффициент крепости принимается равным р. Сопротивление сдвигу глинистых грунтов колеблется в широких пределах в зависимости от их минерального и гранулометрического состава, структуры, текстуры, влажности, плотности, состава обменных катионов, хода естественноисторического формирования грунтов, условий проведения опыта и др. Экспериментальные данные показывают, что прочность глинистых грунтов в значительной мере определяется содержанием в них воды. Это связанно со сложными процессами нарушения пластичных водноколлоидных и более жестких цементационных связей. Учитывая эту особенность, Н. Ту, а ру с. Структурное сцепление в весьма малой степени зависит от влажности и плотности грунтов. Именно поэтому для дочетвертичных глин, прочность которых в основном определяется структурным сцеплением, далеко не всегда удается установить зависимость между сопротивлением сдвигу и влажностью. Для грунтов, у которых сс близко к нулю или мало по сравнению с Х, такая
связь проявляется отчетливо, поскольку на фи и Гу, существенно влияет влаж ность. Нормативные значения углов внутреннего трения ф и сцепления с для глинистых грунтов четвертичных отложений в зависимости от консистенции грунтов и отвечающих им значений коэффициентов пористости 8 приведены в табл. СНиП 2. Таблица 1. Х Ху8, 1. X, Хц расчетное и нормативное значения данной характеристики, у8 коэффициент надежности по грунту. В соответствии со СНиП 2 коэффициент надежности по грунту при вычислении расчетных значений прочностных характеристик угла внутреннего трения р, удельного сцепления с нескальных грунтов и предела прочности на одноосное сжатие скальных грунтов , а также плотности грунта р устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности. Доверительная вероятность а расчетных значений характеристик грунтов принимается при расчетах оснований по несущей способности а 0,, по деформациям а 0,. Расчетные значения угла внутреннего трения р, удельного сцеплении с для глинистых грунтов различной консистенции по Маслову приведены в табл. Таблица 1. Согласно для определения расчетных значений угла внутреннего трения ф, удельного сцепления с по нормативным данным в табл. Считая, что принятые коэффициенты надежности соответствуют доверительной вероятности а, при допущении о нормальном законе распределения характеристик грунта можно с помощью каждого среднего значения, приведенного в табл. Результаты расчета коэффициентов вариации при различной доверительной вероятности приведены в табл. Таблица 1. М5 . Коэффициенты надежности по грунту используются при проектировании тоннелей метрополитена опосредовано, в скрытом виде. При определении горного давления на тоннельную обделку эти коэффициенты заменяются одним коэффициентом надежности по горному давлению. В этой связи возникает вопрос их взаимного соответствия. Однако никакой информации по данной проблеме не удалось найти. Вышеприведенные материалы обеспечивают правильный учет прочностных факторов при статистических испытаниях грунтов. В ГОСТ 2 приводятся рекомендации по выделению инженерногеологических элементов и способы статистической обработки результатов определения характеристик, которые основываются на допущение о нормальном законе распределения вероятностей.