НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СКАЛЬНОГО ГРУНТА ВБЛИЗИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО ТУННЕЛЯ КРУГОВОЙ ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ С УЧЕТОМ АНИЗОТРОПИИ ГРУНТОВОЙ СРЕДЫ

Цель. Целью исследования является параметрический анализ напряженного состояния трансверсально-изотропного скального грунта вблизи гидротехнического туннеля круговой формы сечения от собственного веса грунтовой среды при различных отношения упругих характеристик грунтовой среды в ортогональных направлениях и при различных углах наклона плоскости изотропии. Метод. Применена модель трансверсальноизотропной 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. Угол наклона плоскости изотропии моделирует наклонное залегание слоев грунта. Результат. Определены тангенциальные напряжения на контуре выработки, позволяющие оценивать прочность грунтовой среды при различных глубинах заложения. 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. Так как решение такой задачи невозможно аналитическими методами, анализ напряженного состояния был выполнен методом конечного элемента с использованием программного комплекса ANSYS. Предварительно были определены размеры и тип конечного элемента, пригодного для расчета на основе решения верификационной задачи. В качестве верификационной задачи была принята задача Кирша. Вывод. При проектировании подземных сооружений требуется более детально определять физико-механические свойства скальных грунтов, и особое внимание уделять к упругим характеристикам. Отсутствие растягивающих напряжений в верхнем сечении выработки при некоторых отношениях модулей деформации и коэффициентов Пуассона благоприятно отражается на работе гидротехнического туннеля. При угле наклона пластов менее 300 , его влияние на напряженное состояние незначительно и расчеты можно проводить, не учитывая угол наклона, но с учетом анизотропии упругих свойств. 

1. СНиП 2.02.02-85* . Основания гидротехнических сооружений: утв. Госстроем СССР 12.12.85[ред. 30.06.2003]. – М.: Госстрой СССР,1985. – 67 с.

2. СНиП 2.06.09-84. Туннели гидротехнические: утв. Госстроем СССР 14.11.84: взамен СН 238-73. – М.: Госстрой СССР,1985. – 28 с.

3. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела/ С.Г. Лехницкий. – М.: Наука, 1977. – 416 с.

4. Цытович Н.А. Механика грунтов / Н.А. Цытович. – М.: Высш. шк, 1983. 288 с.

5. Баутдинов Д.Т. Конечно-элементный анализ гидротехнических туннелей без обделки, проложенных в трансверсально-изотропных скальных грунтах. Дисс… канд. тех. наук. М.2012. -175с.

6. Баутдинов Д.Т. Исследование напряженного состояния трансверсально-изотропного скального грунта вблизи гидротехнического туннеля круговой формы сечения. //Приволжский научный журнал.2011.№ 3. С. 93-98.

7. Фролов М.И., Баутдинов Д.Т., Боев. Ю.А. Системный анализ напряженного состояния гидротехнических сооружений. М.: Институт СНГ, 2012. -392с. с.365 388.

8. Фролов М.И. Теория упругости и упруго-пластичности в перемещениях. – М. Институт СНГ. -2012.-166с.

9. Li, J.C., Li, H.B., Ma, G.W., Zhou, Y.X., 2013. Assessment of underground tunnel stability to adjacent tunnel explosion. Tunnel. Underground Space Technol. 35, 227–234.

10. Jiang, N., Zhou, C., 2012. Blasting vibration safety criterion for a tunnel linear structure. Tunnel. Underground Space Technol. 32, 52–57.

11. ANSYS, 2009. User Manual Version 12. ANSYS Inc. AUTODYN, 2009. User Manual Version 12.

12. Voytenko I.V. Influence of cohesion on parameters of the heterogeneous anisotropic soil active pressure, Tehničkiglasnik 9, 1(2015), 35-39.

13. Ayberk Kaya, FikriBulut, SelçukAlemdag and AytunaSayin. Analysis of support requirements for a tunnel portal in weak rock: A case study from Turkey, Scientific Research and Essays Vol. 6(31), pp. 6566-6583, 16 December, 2011. DOI: 10.5897/SRE11.1691.

14. Aulbach, B. and Ziegler, M. (2013). Simplified design of excavation support and shafts for safety against hydraulic heave. Geomechanics and Tunnelling 6(4), 362-374. DOI: 10.1002/geot11.201300031.

15. Y. Zhou, J. Zhao. Assessment and planning of underground space use in Singapore, Tunnelling and Underground Space Technology 55, 3(2016) 249-256. DOI: 10.1016/j.tust.2015.12.018