Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Спеціальність 05.23.02 - Основи та фундаменти

УДК 624.15:624

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

НЕЛІНІЙНА КОНСОЛІДАЦІЯ ТЕРИТОРІЙ І МАСИВІВ ВІДВАЛІВ ІЗ СЛАБКИХ ҐРУНТІВ З УРАХУВАННЯМ ФІЛЬТРАЦІЙНОЇ АНІЗОТРОПІЇ

Рабоча Тетяна

Валентинівна

Одеса - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури (ОДАБА), Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор Школа Олександр Вікторович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри основ та фундаментів

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Шаповал Володимир Григорович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри основ та фундаментів

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Шокарев Віктор Семенович, Запорізьке відділення науково-дослідного інституту будівельних конструкцій Міністерства регіонального розвитку і будівництва України, директор.

Захист відбудеться “ 23 ” грудня 2008 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.085.03 Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий “ ” 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент В.М. Пивонос

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Масиви основ, які складені зі слабких водонасичених ґрунтів, широко поширені на територіях портів. Наявність у основі споруд ґрунтів, що і сильно деформуються, призводить до необхідності:

1) посилення конструкцій;

2) заміні слабких ґрунтів;

3) ущільненню ґрунтів;

4) закріпленню ґрунтів.

Кожний з наведених варіантів веде до значних витрат на зведення споруд.

Нормативний документ, що регламентує проектування причальних споруд РД 31.31.06-79, не враховує фільтраційну анізотропію в слабких водонасичених ґрунтах і не охоплює безліч завдань, які виникають при експлуатації та проектуванні споруд.

Варто відмітити, що питанню врахування впливу фільтраційної анізотропії на процеси осідань штучно утворених територій присвячена недостатня кількість досліджень. Розрахунок осідань слабких водонасичених основ без урахування фільтраційної анізотропії не повною мірою відповідає реальній стисливості основи. Тому розробка рішень у цьому напрямку в рамках нелінійної теорії консолідації слабких водонасичених основ є актуальним завданням, що має наукове і прикладне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках таких держбюджетних науково-дослідних робот:

- №73 «Теорія граничного напруженого стану анізотропного по опорі зрушенню зв'язаного ґрунтового середовища в імовірнісній постановці»;

- №2544 «Лабораторні і натурні дослідження з визначення щільності і вологості піску родовища «Одеська банка», що перебуває в трюмі самовідвізного землесмока ємністю трюму до 1300 м3 і товарних пісків в порту вивантаження»;

- №44 «Розвиток теорії ущільнення берегових гідровідвалів з непридатних ґрунтів днозаглиблення з метою їхньої утилізації в штучні території».

Мета й завдання досліджень. Метою дисертаційної роботи є розробка методу прогнозування деформацій з урахуванням фільтраційної анізотропії основ територій і масивів відвалів із слабких водонасичених ґрунтів на базі теоретичних і експериментальних досліджень.

Для досягнення мети поставлені наступні завдання:

1. Провести аналіз теоретичних і експериментальних досліджень роботи слабких водонасичених ґрунтів.

2. Сформулювати розрахункову модель процесу деформування слабкої водонасичених основи з урахуванням фільтраційної анізотропії.

3. Побудувати алгоритми чисельної реалізації запропонованих рішень.

Об'єктом досліджень є слабкі водонасичени фільтраційно - анізотропні ґрунти і процеси деформування, що відбуваються в них за різних граничних умов.

Предметом дослідження є нелінійна теорія консолідації слабких водонасичених фільтраційно - анізотропних ґрунтів.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження, аналіз експериментальних і відомих даних у цій області.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1. Записано рівняння нелінійної теорії консолідації слабких водонасичених ґрунтів з урахуванням їхньої фільтраційної анізотропії при різних умовах деформування й поданні коефіцієнта консолідації степеневою функцією.

2. У кінцево-різницевій формі запропоновано розвґязання практичних задач у розглянутій постановці для слабких водонасичених фільтраційно - анізотропних ґрунтів.

3. Розроблено алгоритми розвґязання задач ущільнення в одномірних, плоских, просторових, вісесиметричних умовах деформування основ територій і масивів відвалів.

Практичне значення отриманих результатів:

- запропонований метод прогнозування деформацій з урахуванням фільтраційної анізотропії основ споруд із слабких водонасичених ґрунтів дозволяє точніше прогнозувати їх деформації в часі, у результаті цього:

- обґрунтовується зниження матеріалоємності;

- скорочується період передбудівельного ущільнення слабких водонасичених фільтраційно - анізотропних основ;

- розроблене програмне забезпечення полегшує процес проектування, визначає багатоваріантність розвґязання.

Особистий внесок здобувача полягає в одержанні наступних результатів:

- розроблено інженерний метод прогнозування деформацій з урахуванням фільтраційної анізотропії ґрунтової основи;

- отримано кінцево-різницеві розвґязання рівнянь нелінійної теорії консолідації слабких водонасичених фільтраційно - анізотропних ґрунтів у кінцево - різницевій формі при степеневій залежності коефіцієнта консолідації від надмірного тиску в поровій воді для умов одномірного, плоского, просторового, вісесиметричного деформування;

- складено алгоритми та комп'ютерна програма, що реалізують запропонований метод розрахунку слабких водонасичених фільтраційно - анізотропних основ в інженерній практиці.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися на:

- науково-технічних конференціях ОДАБА (1997-2008 роках);

- 3-й Українській науково-технічній конференції «Механіка ґрунтів і фундаментобудування» (Одеса, 1997 р.);

- Міжнародній конференції «Автоматизація проектування в будівництві і гідротехніци» (Одеса, 2003 р.),

-Міжнародному науково-технічному семінарі «Нелінійні методи розрахунку основ фундаментів і ґрунтових масивів» (Полтава, 2003 р.).

- впроваджено метод розрахунку для причалу №1 при передбудівельному ущільненні основи утвореної території в сполученні з одночасним формуванням дрен із металургійних шлаків комбінату Азовсталь виброголкою фірми Бауер, у Маріупольському морському торговельному порту в 2007 році;

- впроваджений метод розрахунку при розробці робочих проектів реконструкції причалів 10, 11 Маріупольського морського торговельного порту в 2002-2007 роках.

Публікації. За результатами дослідження опубліковані 7 робіт, із них 6 наукових статей у виданнях, внесених до переліку ВАК України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, основної частини (4 розділів), висновків, списку використаних джерел і 2 додатків. Загальний обсяг роботи становить 247 сторінок, з яких 122 сторінки основного тексту, 35 малюнків, таблиці, списку використаних джерел з 214 найменувань на 22 сторінках, 2 додатків на 100 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання досліджень, їхню наукову новизну, особистий внесок, визначено практичну цінність, наведені дані про апробацію, структуру та обсяг дисертації.

У першому розділі проаналізовано теоретичні та результати відомих експериментальних досліджень по лінійної і нелінійної теорій консолідації і використані роботи: М.Ю. Абелева, А.І. Бєльського, А.К. Бугрова, І.Ф. Вотякова, Э.Ф. Винокурова, С.С. Вялова, Ф.Г. Габибова, Н.М. Герсеванова, А.В. Голли, А.П. Гольдина, М.Н. Гольдштейна, М.Н. Горелика, Б.И. Далматова, Р.Э. Дашко, Н.Я. Денисова, Б.І. Дидуха, И.В. Дублера, В.В. Жихович, Ю.К. Зарецкого, П.Л. Іванова, П.А. Коновалова, З.Т. Тер-Мартиросяна, М.В. Малишева, А.С. Марченко, Н.Н. Маслова, С.Р. Месчяна, Д.Э. Польшина, Ю.А. Соболевського, Г.В. Сорокіній, К. Терцаги, В.А. Флорина, Н.А. Цытовича, О.В. Школа, В.Г. Шаповала, В.Б. Швеця, Л. Шукле, R. Barron, M.A. Biot, E.H. Davis, N. Carilo, A. Cazagrande, R.E. Gibson, T.J. Poskitt, L. Rendullic, A. Szymansky, D. Tollop,Y. Yokoo і інших.

Питання фільтраційної анізотропії масиву, що консолідірується, практично не висвітлювалися і не відображені в діючих нормативних документах. Експериментальні дослідження призводять до висновків про відмінність процесу деформування слабких водонасичених основ від теоретичних рішень для досить слабких водонасичених ґрунтів (мулів, торфів і т.п.). На першому етапі по лінійній теорії деформації запізнюються, на наступному етапі випереджають результати експериментальних даних.

Фільтраційній анізотропії і її впливу на деформування ґрунтових масивів у часі присвячене недостатнє число робіт. У зв'язку із цим та експериментальним дослідженнями, розробка теми даної дисертації, на наш погляд, є актуальною.

Другий розділ присвячений розвґязанню нелінійних задач консолідації слабких ґрунтів з урахуванням фільтраційної анізотропії.

Представлено: чисельні рішення нелінійних задач консолідації ґрунтів з фільтраційною анізотропією при одномірних, плоских, просторових і вісесиметрічних умовах деформування.

Виконаний аналіз сучасного стану питання нелінійної консолідації територій, складених слабкими водонасиченими ґрунтами, дозволив виділити місце для розроблювального методу серед існуючих.

В основу рішень покладена, запропонована проф. Школа О.В. передумова про зміну коефіцієнта консолідації не тільки у часі, але і по просторових координатах:



де z - координата; t - час; (z,t) - функція надмірного тиску в поровій воді; C(z,t) - функція коефіцієнта консолідації; = const. У загальному випадку, - функція часу. Для її завдання необхідні додаткові параметри.

Основні передумови лінійної теорії фільтраційної консолідації сформульовані К. Терцаги, Н.М. Герсевановым:

1. Розглядається водонасичений слабкий ґрунт - ґрунтова маса з вільною, нестисливою і гідравлічно безперервною водою в порах.

2. Кістяк ґрунту вважається лінійно деформованим, в якому від напруги спричиняються його деформації.

3. Навантаження на основу прикладено миттєво і у початковий момент повністю сприймаються поровою водою.

4. Фільтрація води в порах ґрунту підкоряється закону Дарсі.

5. Зразок ґрунту в компресійному приладі ототожнює модель деформування елементарного, нескінченно малого шару ґрунту.

Відомі розробки нелінійної теорії фільтраційної консолідації спираються на різні подання коефіцієнта пористості, коефіцієнта фільтрації, коефіцієнта консолідації [Бєльський А.І., Вотяков І.Ф., Зарецкий Ю.К., Школа О.В.] і т.д.

Передумови лінійної теорії надалі зберігаються і вводяться нові передумови:

- коефіцієнт консолідації змінюється в часі по координаті ущільнюючого шару, і перебуває в степеневій залежності від порового тиску:

де з і н - постійні, які мають розмірність коефіцієнта консолідації; n(z,0), n(z,t) - функція надмірного тиску в поровій воді в різні моменти часу; n?0 - параметр, що відображає інтенсивність впливу порового тиску на процес консолідації, зумовлений шляхом наближення до результатів стандартних консолідаційних випробувань;

- повзучістю ґрунту на стадії фільтраційної консолідації зневажаємо.

З'ясуємо зміст з і н, що входять у формулу (2):

Cн - початковий коефіцієнт консолідації.

Межі зміни коефіцієнтів консолідації визначають на підставі результатів лабораторних випробувань.

Тоді (2) без обліку фільтраційної анізотропії (див. мал. 1а) перепишеться у вигляді:

Напрямки фільтрації поровой води слабкої основи при одномірному завданні консолідації і різних варіантів розташування дренажних поверхонь і шарів: а, б - однобічна фільтрація ; в - двостороння фільтрація; 1 - водотривкий шар; 2 - слабкий водонасичений шар; 3 - дренажний шар (поверхня).

Тоді з (2) з урахуванням (3, 4) і без урахування фільтраційної анізотропії (див. мал. 1а) одержимо:

З урахуванням фільтраційної анізотропії функція коефіцієнта консолідації З(x,t) (див. мал. 1б) набуде наступного виду:

При n=1 або m=1 одержуємо вихідну передумову, прийняту проф. Школа О.В. При n=0 або m=0 - одержуємо співвідношення відповідної лінійної теорії Флорина В.А. Передумова (2) дозволяє врахувати різні умови консолідації, тобто є більше загальною.

Таким чином, зміст прийнятих припущень полягає у тому, що коефіцієнт консолідації змінюється не тільки в часі і по глибині ущільнюючого шару та з огляду на фільтраційну анізотропію, що підтверджується фізичним змістом процесу консолідації [проф. Школа О.В.] і даними експериментів [Марченко А.С.].

Постановка задачі при фільтраційній анізотропії ґрунтів для одномірних умов деформування:

Початкові і крайові умови консолідації шару ґрунту потужністю h:

У квадратурах розвґзання диференціальних рівнянь в одномірній, плоскій, вісесиметричній і просторовій постановці задач знайти не вдається, тому розвґязання виконано в кінцево-різницевій формі.

При просторових умовах деформування враховується фільтраційна анізотропія для функцій коефіцієнтів консолідації по осях z, x і y:

При вісесиметричних умовах деформування з урахуванням фільтраційної анізотропії в напрямках z та r функції коефіцієнтів консолідації мають такий вигляд:

Функції коефіцієнтів консолідації при плоских умовах деформування з урахуванням фільтраційної анізотропії в напрямках по осях z та x мають такий вигляд:

Процес консолідації описується диференціальним рівнянням у часткових похідних 2-го роду (22). Функція С(H) не є швидко мінливої, тому для знаходження надмірного порового тиску у вузлах використовуємо явні кінцево-різницеві рішення.

Диференціальне рівняння (22) запишемо в кінцево-різницевій формі з урахуванням постійного проміжку часу Дt і кроку сітки Дz:

Значення функції надлишкового порового тиску у вузлі:

Для стійкості кінцево-різницевої схеми необхідно виконувати наступну умову: водонасичений ґрунт фільтраційний анізотропія

Перетворимо (24) у степеневе рівняння:

При n=2 корені рівняння (24):

Диференціальне рівняння ущільнення для умов плоскоі задачі запишемо у такий спосіб:

Запишемо рівняння (30) у кінцево-різницевій формі:

Умови стійкості кінцево-різницевої схеми:

Перетворимо (31) у степеневе рівняння:

Диференціальне рівняння ущільнення для умов просторовоі задачі запишемо у такий спосіб:



Запишемо рівняння (39) у кінцево-різницевій формі:

; ,

; ,

; ,

; ,

; ,

; .

Умови стійкості кінцево-різницевої схеми:

При n=1 значення функції надмірного порового тиску у вузлі вироджується в запропоноване проф. Школа О.В.

Порядок нумерації вузлів у кінцево-різницевих схемах: а - одномірні умови деформування; б - двомірні умови деформування; в - просторові умови деформування; г - вісесиметричні умови деформування.

Перетворимо (40) у степеневе рівняння:



При n=2 корені рівняння (43):

де й (див. вище).

; ,

; ,

; ,

; ,

, .

Умови стійкості кінцево-різницевої схеми:



де , .

Запропонована нелінійна теорія фільтраційної консолідації анізотропних слабких ґрунтів не вимагає спеціальних характеристик ґрунту, тобто можна скористатися результатами стандартних консолідаційних випробувань. Отримані залежності дозволяють чисельно одержувати розвґязання задач. Наведено розвґязання для степеня n=2.

Третій розділ присвячено практичній реалізації отриманих рішень.

На основі отриманих співвідношень розроблені алгоритми рішень одномірної, плоскої і вісесиметричної задачі методом кінцевих різниць.

Розроблено програму для комп'ютерів, що реалізує запропоноване рішення в одномірних умовах деформування основ споруд складених слабкими водонасиченими фільтраційно - анізотропними ґрунтами.

Визначення осідання для одномірних умов деформування:

де a0 - відносний коефіцієнт стисливості, обумовлений лабораторним шляхом на компресійних приладах; q - навантаження; h - потужність водонасиченого ґрунту.

Визначення осідання для певного моменту часу:



,

де S? - осідання, що відповідає закінченню фільтраційної консолідації, ?1 - обчислюється по наступній формулі:

де ?1 - відповідає інтегралу (53) для початкового моменту t=0.

Для кожного заданого моменту часу можна визначити ступінь консолідації мi(t) і осідання Si(t) ґрунтового масиву:

, , ,

, , .

Ці значення відбивають нерівномірність процесу консолідації по горизонтальній осі.

При необхідності виконується графічна побудова прогнозованої залежності Si(t) для наочного визначення періоду предбудівельного ущільнення.

Визначення осідання для плоских умов деформування:

де ?1 - відповідає інтегралу (56) для початкового моменту t=0.

Для заданого моменту часу вираження (56) і (57) приймають наступний вид:

, .

З урахуванням фільтраційної анізотропії ступеня консолідації та руху порової води у вертикальному та горизонтальному напрямках ступені консолідації будуть різними:

; .

Ступінь консолідації в масиві ґрунту з урахуванням консолідації у вертикальному та горизонтальному напрямках прийме наступний вид:

.

Визначення осідання для вісесиметричних умов деформування:

Для заданого моменту часу вираження (62) приймають наступний вид:



Скористаємося теоремою суперпозиції Карилло, відповідно до якої ступінь консолідації основи при вертикальних і горизонтальних дренажних поверхнях визначається інтегрально.

Результати розрахунків по методах теорії консолідації для одномірних умов деформування

Коефіцієнт б2	Коефіцієнт б1
	0,05	0,10	0,15	0,20	0,30	0,35
Час, що відповідає ступені консолідації 0,9
0,01	678.40 650.10 656.80 673.90	1696.0 331.90 33.60 338.00	226.10 222.80 223.60 225.60	169.60 167.70 168.20 169.30	113.0 112.20 112.40 112.90	96.90 96.30 96.496.80
0,02	624.90 637.50 670.40	325.10 328.40 336.90	219.70 221.20 225.10	165.90 166.80 169.00	111.40 111.80 112.80	95.70 96.00 96.70
0,04	581.60 604.00 665.50	312.50 318.70 335.20	213.80 216.70 224.20	170.90 181.60 188.50	109.80 110.60 112.50	94.50 95.10 96.50
0,05	562.70 589.30 663.70	306.60 314.30 334.50	222.10 248.20 258.00	160.90 162.90 168.20	109.10 110.00 112.40	98.80 102.20 104.10
0,10	487.50 529.50 659.00	297.40 347.30 393.30	209.30 235.80 256.90	153.30 157.10 167.20	105.50 107.30 111.90	91.30 92.60 96.00

Примітка: У розрахунках прийнято:

- потужність основи =10м; - крок за часом - 0,1міс.;

- крок по координаті - 0,5м; - по підошві фільтраційно - анізотропного шару - водотривкмй шар; - степінь порового тиску - 0; 0.1; 1.0;1.2; 2.0; - розрахунки виконані до ступеня консолідації - 0.9.

, .

З урахуванням фільтраційної анізотропії ступеня консолідації у вертикальному та горизонтальному напрямках будуть різними:

, .

Інтегральний ступінь консолідації ґрунтового масиву при фільтраційній анізотропії в заданий момент часу має такий вигляд:

,

де б=(h2/h1)2 - безрозмірний коефіцієнт, що відображає геометрію дрени.

Осідання в заданий момент процесу консолідації в масиві фильтрационно - анізотропного ґрунту буде мати такий вигляд:

Ступінь консолідації в початковій фазі ущільнення за пропонованою методикою менше ступеня консолідації, одержаного за лінійною методикою і у кінцевій фазі перевищує його.

Параметр n, що відбиває інтенсивність впливу порового тиску на процес консолідації, визначаємо шляхом наближення до результатів дослідних даних. Результати чисельних експериментів показали, що в порівнянні з лінійною теорією процес консолідації на першому етапі дає більшу швидкість деформування. Надалі процес консолідації сповільнюється, і швидкість деформування знижується. Це дозволяє в деяких випадках при необхідності скоротити період предбудівельного ущільнення слабких ґрунтів.

У четвертому розділі наведені інженерні рішення:

- для причалу №1 при предбудівельному ущільненні основи утвореної території в сполученні з одночасним формуванням недосконалих дрен довжиною до 20 м з металургійних шлаків комбінату Азовсталь віброголкою фірми Бауер, у Маріупольському морському торговельному порту в 2007 році.

- при розробці робочих проектів реконструкції причалів 10, 11 Маріупольського морського торговельного порту. Метод розрахунку впроваджений в 2002-2007 р.

Рис. 6. Схема ущільнення слабкої фільтраційно-анізотропної основи недосконалими дренами з металургійних шлаків: d - діаметр дрени; b - відстань між дренами; h - глибина дрени; 1 -слабкий водонасичений фільтраційно - анізотропний ґрунт; 2 - напрямок руху фільтрації; 3 - водотривкий шар; 4 - дрени з металургійних шлаків; 5 - віброголка.

Кут внутрішнього тертя в інтервалі 7-90, зчеплення 7-10 кПа. Об'ємна вага 14 -17,1 kHт/м3, коефіцієнт пористості 0,9 -1,4. Геологічни умови в районі будівництва включають товщі аллювіально-морських відкладень: мули; тугопластичні суглинки; напівтверді глини; нижче яких залягає потужний шар крупного і гравєлістого піску, з поверхні дна акваторії геологічні умови характеризуються наявністью товщі мулів потужністю від 6,0 до 8,0м і більше, які представлені глинистими слабкими текучими мулами з прошарками піску.

Прискорення ущільнення основи причалу при утворенні його території привело до скорочення строку введення реконструйованого об'єкту в експлуатацію, що, у свою чергу, обумовило економічний ефект.

Прогнозування періоду стабілізації основи виконано на основі розробленого вище методу розрахунку фільтраційно - анізотропної консолідації слабкої мулистої ґрунтової основи з недосконалими дренами при його ущільненні. Метод розрахунку впроваджений в 2002-2007 рр. при розробці робочих проектів реконструкції причалів 10,11 Маріупольського морського торговельного порту. Застосування методу привело до скорочення строків реконструкції, що визначило економічну ефективність розробки.

Розроблений метод прогнозування процесу консолідації слабкої основи впроваджений у проектну практику МАГ ВТ і реалізований у Маріупольському морському торговельному порту при будівництві причалів № 1 і № 11 будівельною організацією МАСТ-БУД. Наступна експлуатація основи відкритого складу причалу № 11 показала ефективність проектного рішення та методу прогнозування його деформацій. Формування частини території причалу №1 віброголкою TR-75 фірми Бауер у Маріупольському морському торговельному порту в 2007 році дозволило експлуатувати цю територію задовго до повної реконструкції причалу, що принесло відчутний економічний ефект для порту. Запропонований підхід до стабілізації мулистих основ відкритих складів причалів знову утвореної території на слабких водонасичених фільтраційно - анізотропних ґрунтах доцільно поширювати на інші об'єкти морського гідротехнічного та інших видів будівництва.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. Отримано розвґязання нелінійних задач консолідації слабких водонасичених основ з урахуванням фільтраційної анізотропії при одномірних, плоских, вісесиметричних і просторових умовах деформування. Показано, що облік фільтраційної анізотропії істотно впливає на процес консолідації.

2. Процес фільтраційної консолідації анізотропних слабких ґрунтів описується нелінійним диференціальним рівнянням у часткових похідних параболічного типу при степеневій залежності коефіцієнта консолідації від порового тиску. Рівняння узагальнює та включає як приватні рівняння, запропоновані Флоріним В.А. і Школа О.В.

3. Сформульовано розрахункову модель процесу деформування слабкої водонасиченої основи з урахуванням фільтраційної анізотропії.

4. Алгоритми чисельних розвґязання реалізують задачі ущільнення слабких водонасичених основ з урахуванням фільтраційної анізотропії при одномірних, плоских, вісесиметричних і просторових умовах деформування, що проілюстровано складеною комп'ютерною програмою для одномірних умов деформування.

5. Результати чисельного експерименту погодяться з натурними експериментальними даними.

6. Розроблена методика дозволяє прогнозувати осідання слабких водонасичених основ з урахуванням фільтраційної анізотропії і запропонованої функції коефіцієнта консолідації в степеневій залежності від порового тиску.

7. Застосування результатів досліджень у Маріупольському морському торговельному порту показало економічний ефект від скорочення періоду будівництва причалу, що підтверджено актом впровадження.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Школа А.В., Рабочая Т.В. К вопросу проектирования искусственных территорий на слабых водонасыщенных грунтах морских отложений // Материалы симпозиума Строй - Экспо - 98. -- Одесса, 1998. -- С. 56.

2. Рабочая Т.В., Кириллов Я.В. Численное решение уравнения нелинейной теории фильтрационной консолидации в одномерных условиях деформирования // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури / Наук. вид. - Вип. 4. - Одеса: Астропринт, 2001. - С. 368-371.

3. Рабочая Т.В. Численные исследования процесса консолидации намывных оснований в гидротехническом строительстве //Вісник Одеського національного морського університету / Наук. вид. - Вип. №10. - Одесса, 2003. - С. 170-173.

4. Рабочая Т.В. Уравнение нелинейной теории фильтрационной консолидации плоской задачи // Збірник наукових праць. - Вип. № 12. - Полтава, 2003. - С. 189-190.

5. Рабочая Т.В. Уравнение нелинейной теории фильтрационной консолидации осесимметричной задачи // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури / Наук. вид. - Вип. № 14. - Одеса, 2004. - С. 193-195.

6. Рабочая Т.В. Численное решение осесимметричной задачи нелинейной теории фильтрационной консолидации с учетом фильтрационной анизотропии // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури / Наук. вид. - Вип. № 18. - Одеса, 2008. - С. 193-195.

7. Школа А.В., Рабочая Т.В. Численное решение уравнения нелинейной консолидации фильтрационно-анизотропного грунта при его плоском деформировании // Світ геотехніки . - 2008. -- № 1. -- С.22-23.

АНОТАЦІЯ

Рабоча Т.В. Нелінійна консолідація територій і масивів відвалів із слабких ґрунтів з урахуванням фільтраційної анізотропії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.02 - основи та фундаменти. - Одеська державна академія будівництва й архітектури, Одеса, 2008.

Робота присвячена прогнозуванню деформацій основ споруджень зі слабких водонасичених фільтраційно - анізотропних ґрунтів.

Записано рівняння нелінійної теорії консолідації слабких водонасичених фільтраційно-анізотропних ґрунтів при різних умовах деформування: одномірних, плоских, просторових, вісесиметричних. Коефіцієнт консолідації представлений ступеневою функцією. У кінцево-різницевій формі запропоновані рішення задач у розглянутій постановці для слабких водонасичених фільтраційно-анізотропних ґрунтів. Розроблено алгоритми рішення задач ущільнення при одномірних, плоских, просторових, вісесиметричних умовах деформування основ територій і масивів відвалів зі слабких водонасичених ґрунтів з урахуванням фільтраційної анізотропії шляхом побудови явних кінцево-різницевих схем.

Коефіцієнт консолідації змінюється в часі і по координатах ущільнюючого шару з урахуванням фільтраційної анізотропії, що підтверджується фізичним змістом процесу консолідації й даними експериментів. Проведено чисельний експеримент: За результатами експерименту побудовані графіки.

Дослідження приводять до виводів про відмінність процесу деформування слабких водонасичених фільтраційно-анізотропних основ від теоретичних рішень для досить слабких водонасичених ґрунтів (мулів, торфів і т.п.).

На початковому етапі ущільнення відбувається більш інтенсивно в порівнянні з нормативним методом розрахунку, а на кінцевому більш повільно, що краще погодиться з результатами експериментальних даних.

Розроблений метод прогнозування процесу консолідації слабкої основи з урахуванням роботи недосконалих дрен впроваджений у проектну практику МАГ ВТ і реалізований у Маріупольському морському торговельному порту при будівництві причалів № 1 і № 11 будівельною організацією МАСТ-БУД в 2007 році, що підтверджено актом впровадження. Прискорення ущільнення основи при утворенні території привело до скорочення строку введення об'єкта в експлуатацію, що обумовило ефект у сумі 300 тис. грн. Наступна експлуатація основи відкритого складу причалу № 11 показала ефективність проектного рішення й методу прогнозування його деформацій.

Ключові слова: фільтраційна анізотропія, нелінійна консолідація, слабкі водонасичени ґрунти, ступінь консолідації, коефіцієнт консолідації, порова вода, ущільнення слабких водонасичених ґрунтів.

Рабочая Т.В. Нелинейная консолидация территорий и массивов отвалов из слабых грунтов с учетом фильтрационной анизотропии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 - основания и фундаменты. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2008.

Работа посвящена прогнозированию деформаций оснований сооружений из слабых водонасыщенных фильтрационно -анизотропных грунтов.

Записаны уравнения нелинейной теории консолидации слабых водонасыщенных фильтрационно-анизотропных грунтов при различных условиях деформирования: одномерных, плоских, пространственных, осесимметричных.

Коэффициент консолидации представлен степенной функцией.

В конечно-разностной форме предложены решения задач в рассматриваемой постановке для слабых водонасыщенных фильтрационно-анизотропных грунтов.

Разработаны алгоритмы решения задач уплотнения при одномерных, плоских, пространственных, осесимметричных условиях деформирования оснований территорий и массивов отвалов из слабых водонасыщенных грунтов с учетом фильтрационной анизотропии путем построения явных конечно-разностных схем.

Коэффициент консолидации изменяется во времени и по координатам уплотняющего слоя с учетом фильтрационной анизотропии, что подтверждается физическим содержанием процесса консолидации и данными экспериментов.

Проведен численный эксперимент. По результатам эксперимента построены графики. Исследования приводят к выводам об отличии процесса деформирования слабых водонасыщенных фильтрационно-анизотропных оснований от теоретических решений для весьма слабых водонасыщенных грунтов (илов, торфов и т.п.). На начальном этапе уплотнение происходит более интенсивно по сравнению с нормативным методом расчета, а на конечном более медленно, что лучше согласуется с результатами экспериментальных данных.

Разработанный метод прогнозирования процесса консолидации слабого основания с учетом работы несовершенных дрен внедрен в проектную практику МАГ ВТ и реализован в Мариупольском морском торговом порту при строительстве причалов № 1 и № 11 строительной организацией МАСТ-БУД в 2007 году, что подтверждено актом внедрения. Ускорение уплотнения основания при образовании территории привело к сокращению срока введения объекта в эксплуатацию, что обусловило эффект в сумме 300 тыс. грн.

Последующая эксплуатация основания открытого склада причала № 11 показала эффективность проектного решения и метода прогнозирования его деформаций.

Ключевые слова: фильтрационная анизотропия, нелинейная консолидация, слабые водонасыщенные грунты, степень консолидации, коэффициент консолидации, поровая вода, уплотнение слабых водонасыщенных грунтов.

Rabochaya T.V. Nonlinear consolidation of territories and soil bodies of soft-ground spoil banks allowing for filtration anisotropy. - A manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of a candidate of engineering science on the speciality 05.23.02 - Soils and Foundations. - Odessa State Building and Architecture Academy, Odessa 2008.

This work is dedicated to forecasting of any deformations in soft water-saturated foundation soils with filtration anisotropy.

The author has derived equations of nonlinear theory of consolidation of soft water-saturated grounds with filtration anisotropy in view of different conditions of deformation, namely: one-, two-, and three-dimensional and axially symmetrical ones. The consolidation coefficient is represented by a power function. The author suggests, in finite-difference form, solutions of problems, given the above formulation contemplated for soft water-saturated soils with filtration anisotropy.

Algorithms of solution for problems of compaction in the conditions of one-, two-, three-dimensional and axially symmetric deformation of supporting grounds of any territories and soil bodies of soft-ground spoil banks allowing for filtration anisotropy have been elaborated by means of plotting of explicit finite-difference schemes.

The consolidation coefficient varies on time and compacting layer coordinates allowing for filtration anisotropy, which is confirmed by the physical content of the consolidation process and the experimental results. The tasks set required a numerical experiment; its results served as the grounds for plotting the respective graphs.

The research carried out educes a distinction of the process of deformation of soft water-saturated soils with filtration anisotropy from theoretical solutions for highly soft water-saturated soils (silts, turfs, etc.). At the initial stage, compaction is more intensive in comparison with the normative method of analysis, and at the final one, it goes more slowly, which correlates better with the experimental results.

The elaborated method of forecasting of the process of consolidation of soft soils, allowing for imperfection in operation of blind drains, was introduced in the course of implementation of projects by the International Association of Hydraulic Engineers for Water Carriers; besides, it was applied by MAST-BUD Building Organization in Mariupol Commercial Seaport in 2007, in the process of construction of births No. 1 and No. 11, which is confirmed in a respective report. Compaction of soils in the course of formation of a territory was accelerated, which has resulted in reduction of a term of commissioning and, consequently, in a saving of UAH 300,000. Further maintenance of the foundation of an open warehouse of birth No. 11 has proved efficiency of the project solution and the method of forecasting of its deformations.

Key words: Filtration anisotropy, nonlinear consolidation, soft water-saturated grounds, degree of consolidation, consolidation coefficient, interstitial water, compaction of soft water-saturated grounds.

Размещено на Allbest.ru

...