НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОБДЕЛКИ БЕЗНАПОРНОГО ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО ТУННЕЛЯ КРУГОВОЙ ФОРМЫ, ПРОЛОЖЕННОГО В АНИЗОТРОПНОМ СКАЛЬНОМ ГРУНТЕ

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.

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. Д.П. Прочухан, С.А. Фрид, Л.К. Доманский. Скальные основания гидротехнических сооружений. – Л.: Стройиз- дат, 1971.-190с.

10. Баутдинов Д.Т., Джамалудинов М.М. Напряженное состояние скального грунта вблизи гидротехнического туннеля круговой формы сечения с учетом анизотропии грунтовой среды. // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки.- 2016.- № 4. – С. 144-152.

11. 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.

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

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

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

15. Ayberk Kaya, Fikri Bulut, Selçuk Alemdag and Aytuna Sayin. 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.

16. 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