НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ТРЕХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ТУННЕЛЕЙ БЕЗ ОБДЕЛКИ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА АНИЗОТРОПНОГО СКАЛЬНОГО МАССИВА

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. 

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.: Стройиздат, 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. Баутдинов Д.Т., Джамалудинов М.М. Конечно - элементный анализ напряженного состояния подземных гидротехнических сооружений с учетом анизотропии основания //Строительная механика инженерных конструкций и сооружений.- 2017. - № 5. - С. 56-61.

12. 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.

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

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

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

16. 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.

17. 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