127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49.
Баутдинов Дамир Тахирович – кандидат технических наук, доцент, кафедра «Инженерные конструкции».
49 Timiryazevskaya Str., Moscow 127550.
Damir T. Bautdinov - Cand. Sci. (Technical), Assoc. Prof., Department of «Engineering Design».
357506, Россия, г. Пятигорск, пос. Энергетик, ул. Подстанционная, 18.
Джамалудинов Магомед Магомеднабиевич – ведущий инженер отдела капитального строительства.
18 Podstancionnaya Str., Pyatigorsk 357506.
Magomed M. Djamaludinov – Leading engineer of Capital construction.
121151, г. Москва, наб. Тараса Шевченко, 23а.
Жукова Кристина Сергеевна – главный специалист.
23a Tarasa Shevchenko quay, Moscow 3121151.
Kristina S. Zhukova–Chief Specialist.
Цель. Целью исследования является параметрический анализ напряженного состояния обделки безнапорного гидротехнического туннеля круговой формы сечения, и прилегающего анизотропного скального грунта от собственного веса грунтовой среды при различных отношениях упругих характеристик грунтовой среды в ортогональных направлениях по модели трансверсально-изотропной среды.
Метод. 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. Применена модель трансверсально-изотропной среды (частный случай анизотропной среды), при которой грунт в одной плоскости обладает характеристиками изотропной среды (плоскость изотропии), а в перпендикулярном направлении – отличными от изотропной среды характеристиками. Применен метод конечного элемента с использованием программного комплекса ANSYS. Предварительно определены размеры и тип конечного элемента, пригодного для расчета на основе решения в программном комплексе верификационной задачи, в качестве которой принята задача Кирша.
Результат. Определены относительные тангенциальные напряжения на внешнем и внутреннем контуре обделки, которые позволяют провести армирование бетонной обделки при различных глубинах заложения туннеля. Определены тангенциальные напряжения в прилегающем скальном массиве, позволяющие оценивать прочность грунта на контуре обделки.
Вывод. На напряженное состояние существенное влияние оказывает степень анизотропии упругих свойств грунтового массива. При проектировании подземных сооружений необходимо учитывать анизотропию упругих свойств грунтового массива; детально определять физико-механические свойства скальных грунтов и особое внимание уделять упругим характеристикам. Учет трансверсальной-изотропии ведет, как к увеличению, так и к уменьшению тангенциальных напряжений в обделке туннеля и в скальном грунте на контуре обделки. При некоторых отношениях упругих характеристик в ортогональных направлениях, в обделке и в грунте на контуре обделки, отсутствуют растягивающие напряжения, что благоприятно отражается на работе гидротехнического туннеля.
Objectives. The aim of the study is a parametric analysis of the stress-free lining of a pressureless hydraulic tunnel of circular section, and adjacent anisotropic rock from its own weight of the ground medium at different ratios of the elastic characteristics of the ground medium in orthogonal directions using a transversely isotropic medium model.
Method. The calculation of a large-length hydraulic tunnel laid in strong transversely isotropic rocky ground is reduced to the problem of plane deformation of the theory of elasticity for a transversely isotropic medium containing tunnel development. A model of a transversely isotropic medium (a special case of an anisotropic medium) was used, in which the ground in one plane possesses the characteristics of an isotropic medium (the isotropy plane), and in the perpendicular direction, characteristics different from the isotropic medium. The finite element method was used using the ANSYS software package. The sizes and type of the finite element suitable for calculation on the basis of the solution in the program complex of the verification task were previously determined. The Kirsch problem was accepted as the verification problem.
Result. The relative tangential stresses on the outer and inner lining contour, which allow reinforcement of the concrete lining at different depths of the tunnel, are determined. The tangential stresses in the adjacent rock massif are determined, allowing, if necessary, to assess the strength of the soil on the lining contour.
Conclusion. The results of the study showed that the degree of anisotropy of the elastic properties of the soil massif significantly affects the stress state. When designing underground structures, it is neces-sary to take into account the anisotropy of the elastic properties of the soil mass; define in detail the physicomechanical properties of rocky soils and pay special attention to elastic characteristics. Ac-counting for transversal-isotropy leads to both an increase and a decrease in tangential stresses in the lining of the tunnel and in the rocky soil on the lining contour. In some respects, the elastic character-istics in orthogonal directions, in the lining and in the soil on the lining contour, there are no tensile stresses, which favorably affects the operation of the hydraulic tunnel.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.