кандидат технических наук, доцент, кафедра «Инженерные конструкции»
127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49,Россия
Cand. Sci. (Technical), Assoc. Prof., Department of «Engineering Design»
49 Timiryazevskaya Str., Moscow 127550, Russia
ведущий инженер отдела капитального строительства
357506, Россия, г. Пятигорск, пос. Энергетик, ул. Подстанционная, 18, Россия
Leading engineer of Capital construction
18 Podstancionnaya Str., Pyatigorsk 357506, Russia
главный специалист
121151, г. Москва, наб. Тараса Шевченко, 23а, Россия
Chief Specialist
23a Tarasa Shevchenko quay, Moscow 3121151, Russia
Цель. Целью исследования является проведение параметрического анализа напряженного состояния анизотропного скального массива на контурах выработок системы трех параллельных туннелей круговой формы без обделки от собственного веса массива, при различных отношениях упругих характеристик скального массива в ортогональных направлениях, и при различных расстояниях между туннелями, используя модель трансверсально-изотропной среды. Метод. Расчет системы из трех параллельных туннелей без обделки большой протяженности, проложенных в крепком трансверсально-изотропном скальном массиве, сведен к задаче плоской деформации теории упругости для трансверсально-изотропной среды, содержащей параллельные выработки. Применена модель трансверсально-изотропной среды (частный случай анизотропной среды), при которой скальный массив в одной плоскости обладает характеристиками изотропной среды (плоскость изотропии), а в перпендикулярном направлении – отличными от изотропной среды характеристиками. Напряженное состояние было исследовано методом конечного элемента с использованием программного комплекса ANSYS. Предварительно были определены размеры и тип конечного элемента, пригодного для расчета на основе решения в программном комплексе верификационной задачи Кирша. Результат. Определены относительные тангенциальные напряжения на контурах трех параллельных туннелей в зависимости от степени анизотропии скального массива и в зависимости от расстояния между параллельными туннелями. Проведена оценка влияния расстояния между туннелями на напряженное состояние на контурах трех параллельных туннелей, в зависимости от степени анизотропии. Вывод. Результаты параметрического анализа показывают, что на напряженное состояние существенное влияние оказывает степень анизотропии упругих свойств грунтового массива и расстояние между туннелями. При проектировании подземных сооружений необходимо учитывать анизотропию упругих свойств грунтового массива; более детально определять физико-механические свойства скальных грунтов и особое внимание уделять упругим характеристикам. Учет трансверсальной-изотропии и расстояния между туннелями ведет как к увеличению, так и к уменьшению тангенциальных напряжений на контурах параллельных туннелей. При некоторых отношениях упругих характеристик в ортогональных направлениях, независимо от расстояния между туннелями, на контурах туннелей отсутствуют растягивающие напряжения, что благоприятно отражается на работе гидротехнического туннеля.
Objectives. The aim of the study is to carry out a parametric analysis of the stress state of an anisotropic rock massif on the contours of the workings of a system of three parallel circular tunnels without lining due to the mass of the massif, for various ratios of the elastic characteristics of the rock massif in orthogonal directions, and at different distances del transverse isotropic medium. Method. The calculation of a system of three parallel tunnels without a large extension lining, laid in a strong transversely isotropic rock massif, is reduced to the problem of plane deformation of the theory of elasticity for a transversely isotropic medium containing parallel workings. A model of a transversely isotropic medium (a special case of an anisotropic medium) is used, in which the rock massif in one plane has the characteristics of an isotropic medium (the isotropy plane), and in the perpendicular direction, characteristics different from the isotropic medium. The stress state was investigated by the finite element method 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 contours of three parallel tunnels were determined depending on the degree of anisotropy of the rock mass and depending on the distance between parallel tunnels. The influence of the distance between the tunnels on the stress state on the contours of three parallel tunnels was evaluated, depending on the degree of anisotropy.Conclusion. The results of a parametric analysis of the system of three parallel free-flow tunnels without lining, depending on the degree of anisotropy of the rock mass and the distance between the tunnels, show that the stress state is significantly affected by the degree of anisotropy of the elastic properties of the soil massif and the distance between the tunnels. When designing underground structures, it is necessary to take into account the anisotropy of the elastic properties of the soil mass. It is also necessary to determine in more detail the physical and mechanical properties of rocky soils and pay special attention to elastic characteristics. As studies have shown, taking into account transverse-isotropy and the distance between the tunnels leads to both an increase and a decrease in tangential stresses on the contours of parallel tunnels. At some ratios of elastic characteristics in orthogonal directions, regardless of the distance between the tunnels, there are no tensile stresses on the contours of the tunnels, which favorably affects the operation of the hydraulic tunnel.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.