Напряженно-деформированное состояние системы «Крепь-массив» ствола большого диаметра в сложных инженерно-геологических условиях

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

I.V. Pestryak, O.V. Morozova
DEVELOPING OF ORE-DRESSING WORKS CIRCULATING WATER CONDITIONING TECHNOLOGY
Grounded possibility of copper concentration reduction by carried out research in stale tail flows of ore-dressing works down to 0,15 and lesser mg/l copper ion, that is acceptable to use these water in technological processes of decomposition andflotation.
Keywords: ore-dressing works, flotation, technological processes.
Получено 20. 04. 11
УДК 622. 251. 5:622. 831
М. Г. Попов, канд. техн. наук, ассист., mice8@yandex. ru (Россия, Санкт-Петербург, СПГГУ)
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ «КРЕПЬ-МАССИВ» СТВОЛА БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Построена пространственная конечно-элементная модель породного массива. Выполнено моделирование пространственного напряженно-деформированного состояния массива вокруг незакрепленного ствола. Приведены результаты численного моделирования напряженно-деформируемого состояния системы «крепь-массив».
Ключевые слова: ствол, крепь, смещения, напряжения, массив
При строительстве подземных сооружений в условиях Санкт-Петербурга возникает множество проблем, связанных с наличием водонасыщенных грунтов и плотной застройкой.
Целью математического моделирования было изучение параметров напряженно-деформированного состояния крепи ствола на различных глубинах. Решение подобных пространственных задач не имеет точных аналитических решений, поэтому в данном случае применялось математическое моделирование, основанное на методе конечных элементов.
Деформационные характеристики материалов, использованных при моделировании, представлены в табл. 1.
Модель представляет собой участок массива, сложенного кембрийскими глинами, размером 120×120×100 м со стволом без крепления, проведение которого заканчивается на глубине 50 м.
Размеры модели подбирались, исходя из условия незначительности влияния граничных условий на картину распределения напряжений и деформаций. Общий вид и сетка разбивки модели представлены на рис. 1.
Для исследования напряжённо-деформированного состояния принята линейная модель деформирования массива. Граничные условия задавались следующим образом: по боковым граням запрещались
перемещения по оси У, по нижней грани — по оси 7, по торцевым граням -по оси X.
Таблица 1
Деформационные характеристики материалов, принятые для расчетов
Наименование Отметка залегания, м Объемный вес, г/см3 Предел прочности при одноосном сжатии, МПа Коэф- фициент Пуассона, V Модуль дефор- мации, МПа
Глина кембрийская — 51,6 2,23 3,77 0,37 200
Бетон В30 — 2,5 17 0,2 30 000
Рис. 1. Объемная. модель сразбивкой на элементы
Напряжённое состояние определялось полем напряжений,
распределённым, согласно А. Н. Диннику, по всему объёму вмещающего массива, с составляющими
ах = ъ =уЯ, ау = уЯ, (1)
где у — удельный вес пород, кН/м3- Я — глубина заложения выработки, м-
X — коэффициент бокового распора пород.
По эпюре радиальных смещений (рис. 2) можно судить о влиянии забоя на распределение деформаций и напряжений. Вблизи забоя
радиальные смещения незакрепленного контура ствола минимальны. По мере удаления от забоя к поверхности величина смещений растет, достигая максимальных значений в верхней зоне модели. Ниже эта ситуация рассмотрена более детально.
Исходя из рис. 3 на расстоянии 2 м от забоя смещения составляют 0,019 м. При удалении от забоя смещения стремятся к значению мю=0,06 м. Тогда коэффициент а*=0,7 (понижающий множитель, учитывающий влияние отставания крепи от забоя).
Рис. 2. Эпюрарадиальных смещений
Для оценки нагрузок на крепь смоделируем кольцо крепи высотой 1 м в массиве. Рассмотрим три сечения, находящиеся выше точек ступенчатого изменения толщины крепи. То есть получается три сечения с толщиной крепи 550, 800, и 1000 мм. Общий вид расчетной схемы представлен на рис. 4. Для всего массива и крепи запрещались перемещения по всем осям. В качестве начального напряженного состояния массива задавались компоненты напряжений исходя из составляющих уН.
Пространственная модель представляет собой в плане квадрат с размерами 120*120 м и толщиной 1 м. Всего модель содержит 12 500 8-
узловых кубических элементов. В целях повышения точности расчетов в окрестности кольца крепи сделано сгущение сетки.
В ходе выполнения расчетов были получены результаты радиальных и тангенциальных напряжений в крепи.
Рассмотрим напряжения, возникающие в крепи ствола на отметке -54,6. Здесь толщина крепи составляет 550 мм. Максимальное давление на крепь составило 0,2 МПа, тангенциальные напряжения — 7,7 МПа.
-0. 06 -0. 05 -0. 04 -0. 03 -0. 02 -0. 01 0. 00
Радиальные смещения (и), м
Рис. 3. Схема смещений поверхности выработки в призабойной зоне
Далее рассмотрена крепь ствола на отметке -72,6. Здесь толщина крепи составляет 800 мм. Максимальное давление на крепь составило 0,29 МПа, тангенциальные напряжения — 8,1 МПа.
В последнем случае рассмотрим крепь ствола на отметке -86,6. Здесь толщина крепи составляет 1000 мм. Максимальное давление на крепь составило 0,38 МПа, тангенциальные напряжения — 8,6 МПа.
Расчетные значения радиальных напряжений на внешнем контуре крепи (давление на крепь) и тангенциальных напряжений на контуре крепи приведены в табл. 2.
>
Рис. 4. Расчетная схема для кольца обделки высотой 1 м
Таблица 2
Расчетные значения радиальных и тангенциальных напряжений
№ п/п Абсолютная отметка участка крепи ствола Толщина крепи, м Давление на крепь, МПа Тангенциальное напряжение, МПа
1 -54,6 0,55 0,2 7,7
2 -72,6 0,8 0,29 8,1
3 -86,6 1,0 0,38 8,6
Анализируя результаты расчета при величине модуля деформации глин Е = 200 МПа, можно прийти к выводу, что величина радиальных нагрузок по длине ствола постепенно увеличивается. Такую же тенденцию можно проследить при анализе тангенциальных напряжений. Соответственно в более «жесткой» среде следует ожидать большей концентрации напряжений. В системе «крепь — массив» происходит перераспределение напряжений, часть напряжений накапливает массив, другую часть воспринимает крепь ствола.
M.G. Popov
STRESS-STRAIN CONDITION OF THE SYSTEM «SUPPORTMASSIF»
SHAFT LARGE DIAMETER IN COMPLEX ENGINEERING-GEOLOGICAL CONDITIONS
A volumetric finite element model of the massif. Modeling of volumetric stress-strain condition of unfixed around the shaft. The numerical simulation of the stress-strain condition of «support-massif» is resulted.
Ke ywords: shaft, lining, strain, stress, massif.
Получено 20. 04. 11

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой