Прогноз параметров дамбы на основе моделирования напряженно-деформированного состояния откоса

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 622. 011. 4
ПРОГНОЗ ПАРАМЕТРОВ ДАМБЫ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОТКОСА
THE FORECAST OF PARAMETERS OF DAMS BASED ON THE MODELING THE STRESS-STRAIN STATE OF A SLOPE
Бахаева Светлана Петровна,
доктор технических наук, профессор, e-mail: baxaevas@mail. ru Bakhaeva Svetlana P., Dr. Sc. in Engineering, Professor Гурьев Дмитрий Витальевич,
аспирант,
Guriev Dmitry V., post-graduate student
Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева, 650 000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28
T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, 28 street Vesennyaya, Kemerovo, 650 000, Russian Federation
Аннотация: представлены результаты моделирования напряженного состояния грунтовой дамбы и алгоритм аналитического расчета коэффициента запаса устойчивости, реализованной в программе для ЭВМ «Устойчивая насыпь». Выведены уравнения множественной регрессии, позволяющие управлять физико-механическими свойствами техногенных дисперсных грунтов либо параметрами дамбы, обеспечивая нормативное значение коэффициента запаса устойчивости.
Abstract: the paper presents the results of modeling the stress state of an earthfill dam and the algorithm for analytical calculation of the factor of sustainability that is implemented in the computer program & quot-Sustainable mound& quot-. Equations of multiple regression, allows to control the physico-mechanical properties of man-induced dispersed soil or parameters of the dam, providing a normative value for the factor of sustainability.
Ключевые слова: физико-механические свойства, техногенные дисперсные грунты, моделирование, напряженное состояние, уравнение регрессии.
Keywords: physico-mechanical properties, technological disperse different soils, simulation, stress, regression equation.
По данным Российского регистра [1] в настоящее время насчитывается свыше 12 тысяч гидротехнических сооружений, уровень безопасности 46% которых характеризуется как «нормальный», 33% - «пониженный», 10% - «неудовлетворительный», 3 — «опасный», по 8% сооружений нет данных. Для поддержания «нормального» уровня безопасности статьей 9 Федерального закона № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» [2] предусмотрена ответственность собствен-
ника за ведение контроля (мониторинга) состояния гидротехнического сооружения с целью обеспечения его безопасности. Для диагностики состояния сооружений разрабатываются качественные и количественные критерии безопасности объектов мониторинга.
К наиболее уязвимым объектам комплекса гидротехнических сооружений, разрушение которых может привести к возникновению чрезвычайной ситуации, является грунтовая дамба. Количествен-
Таблица 1. Уравнения элементов профиля дамбы Table 1. Equations of the elements of the profile of the dam
Элемент Уравнение Переменные формул
Низовой откос II ТП. 1, ТП2 — коэффициент заложения низового и верхового откосов- И, — высота дамбы, м- Ь — ширина гребня, м- а — угол наклона основания, град
Верховой откос X- m2hd + b, Y{ =--- + -^-+ hd т mi
Гребень Yi=hd
Основание Yl = xi tan a
а) б)
Рис. 1. Моделирование поверхности скольжения для дамбы на прочном (а), слабом (б, в) и слоистом (г) основаниях Fig. 1. Modeling of the sliding surface for the dam on a solid (a), weak (б, в) and layered ® grounds
ным критерием безопасности дамбы является коэффициент запаса устойчивости, характеризующий напряженно-деформированное состояние техногенного грунтового массива.
Для возможности оперативной оценки надежности грунтовой дамбы на этапе эксплуатации, обратимся к моделированию ее напряженно-деформированного состояния. Модель грунтовой
дамбы представим в виде профиля, на котором изобразим низовой и верховой откосы, гребень, линию контакта с основанием. Каждый элемент профиля дамбы опишем уравнениями прямой (таблица 1).
Потенциальная поверхность скольжения, окон-туривающая призму возможного обрушения откоса дамбы, имеет криволинейную в профиле форму.
Таблица 2. Уравнения поверхностей скольжения Table 2. Equation of the sliding surfaces
Вид основания Поверхность скольжения
в массиве в основании
Горизонтальное прочное Yi = xt tanC^bl х5 h-o2 ~ l5−02 А* = 2 h-5
Горизонтальное слабое Yi=Yo2~
Yi=Yox-^R2-{xi-Xox)2
У!"5−02 + А/г (/7−5 — * - *7))2 — (*I — *02)2
Наклонное слоистое Yi=Y03-}jR2-(xi-X03)2 Yi = Х (tan а
Примечание Л h-o2-h-o2 h-5
Поверхность скольжения выразим уравнением кривой, вид которой определяется углом наклона и типом грунтов основания. Для дамбы на горизонтальном прочном основании поверхность скольжения выразим уравнением кривой, близкой к тангенциальной (рис. 1а) — на горизонтальном слабом (во-донасыщенном) — в массиве — уравнением окружности в координатной форме (рис. 16), в основании — уравнением кривой, близкой к окружности (рис. 1в) — на наклонном слоистом — в массиве также уравнением окружности в координатной форме (рис. 1г), в основании — уравнением прямой.
Уравнения поверхностей скольжения в анали-
тическом виде приведены в табл. 2.
Поверочный расчет сдвигающих и удерживающих сил, действующих на призму возможного обрушения, для отвалов на горизонтальном основании выполняется методом алгебраического сложения сил, границы элементарных блоков при этом проводят вертикально (рис. 2а). Для отвалов на наклонном основании границами блоков являются кривые первого (3−5) и второго (Б-2 и А-5) семейства поверхностей скольжения (рис. 26), которые с небольшой погрешностью аппроксимации могут быть заменены на отрезки прямых.
Параметры элементарных блоков и силы, дей-
Рис. 2. Вид элементарных блоков при поверочных расчетах методом алгебраического (а) и векторного (в)
сложения сил
Fig. 2. View basic blocks in the check calculations of the algebraic method (a) and vector method (6) addition of
forces
Таблица 3. Параметры элементарных блоков и действующие силы Table 3. The parameters of elementary blocks and forces
Параметр Уравнения для методов поверочного расчета
алгебраического сложения сил векторного сложения сил
Площадь 5,. =о+г — 4УГ+и)+ -+кл — жЬг+
Длина ПС
Угол наклона основания блока пс _ ПС а, — = tan-1 xi ~ xi+l
Вес Pi = SiP
Длина боковой грани — Ь6ок = №л-х02 + (УГ-У02
Силы сцепления в основании — с, — =cii lOCH оси
Силы сцепления по боковой грани — С- = Ch бок бок
ствующие в основании и по боковым граням, выразим аналитическими уравнениями через координаты угловых точек (таблица 3).
Алгоритм аналитического расчета коэффициента запаса по наиболее напряженной поверхности скольжения, реализованный в программе для ЭВМ «Устойчивая насыпь» [3], представлен на рис. 3.
В рамках обобщения материалов инженерно-геологических изысканий по дамбам накопителей жидких отходов и обработки их статистическими методами авторами получена региональная таблица физико-механических свойств техногенных глинистых грунтов Кузбасса, которая приведена в работе [4]. Интервал изменчивости по основным показателям, влияющим на устойчивость откоса, составил: по углу внутреннего трения ф — 7 -г- 35°, сцеплению С — 0,005 0,140 МПа, плотности грунтов у — 1,56 + 2,19 т/м3.
Моделируя напряженное состояние откоса высотой 10 м (коэффициент заложения 2) при среднем значении сцепления грунтов для всего диапазона изменчивости плотности и угла внутреннего трения
обосновать требования к сцеплению грунтов и тем самым обеспечить надежность откосного сооружения.
Используя программу для ЭВМ [3] методом множественной корреляции установили тесную связь (Я2 = 0,99 ± 0,01) коэффициента запаса от совокупности физико-механических свойств техногенного дисперсного грунта, выражаемую уравнением множественной регрессии со средней погрешностью аппроксимации? =1,7%:
к (р,& lt-р, С) = 0,80(р1 -0,43/} +36,52С- +0,80(1)
Полученное уравнение регрессии (1) позволяет на этапе проектирования подобрать грунт с характеристиками, при которых будет обеспечена устойчивость дамбы с заданными параметрами.
В том случае, когда выбор грунтов ограничен и нет возможности изменить их прочностные характеристики, управляют параметрами сооружения. Для этого также воспользовались упомянутой выше программой [3] и промоделировали влияние прочностных характеристик грунтов на устойчивость дамбы. Высота откосного сооружения, как
(Начало)
С Конец 3
Рис. 3. Алгоритм расчета минимального коэффициента запаса устойчивости Fig. 3. The calculation algorithm of the minimum safety factor stability
установили, что коэффициент запаса превышает 1,5, его изменение составило соответственно 10 и 30% (рис. 4). Вместе с тем при средних значениях плотности и угла внутреннего трения коэффициент запаса изменяется в пределах 70%, и при минимальном значении сцепления достигает критического значения 1,0, что указывает на большую ве-
правило, известна, плотность грунтов не оказывает значимого влияния на коэффициент запаса, поэтому при моделировании ее прияли равной среднему значению по Кузбассу [5]. При различных сочетаниях прочностных свойств (угол внутреннего трения, сцепление) определили значение угла откоса, обеспечивающего устойчивость сооружения. По результа-
роятность формирования оползня откоса. Предло- там статистической обработки полученного массива женная выше методика расчета коэффициента за- данных установили тесную связь (/?2 = 0,98 ± 0,01) паса (рис. 3) позволяет на этапе проектирования угла откоса от сцепления и угла внутреннего трения
0. 5
+

1. 60 Г80 2. 00 Z20 2. 20 240
э, т/м^
4-
+
0 0. 030 0. 060 0. 090 0. 120 0. 150
-С, МПа
12
Ч-
18
24
30
36
¦ ф, град
Рис. 4. Влияние физико-механических свойств на коэффициент запаса Fig. 4. The influence of physico-mechanical properties on the safety factor
грунтов, выражаемую уравнением множественной ных свойств техногенных дисперсных грунтов яв-
регрессии (2) со средней погрешностью аппроксима- ляются уравнения множественной регрессии, позво-
ции? = 2,7%. ляющие для заданных параметров откосного соору-
?((p, С) =, 21(р- +15,8 8С- - 3,52 (2) жения подобрать свойства грунтов либо по прочност-
Результатом графоаналитического моделирова- ным характеристикам грунтов управлять заложением
ния напряженного-деформированного состояния откоса'- обеспечивая нормативное значение коэффи-
откосного сооружения от изменчивости прочност- Циента запаса устойчивости.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Обобщенные данные по федеральным органам надзора за безопасностью ГТС [электронный ресурс] режим доступа: http: //www. waterinfo. ru/gts/rstat2. php.
2. Федеральный закон от 23. 06. 1997 № 117 «О безопасности гидротехнических сооружений» // Российская газета. 1997. -№ 144.
3. Свидетельство № 2 015 617 755 от 22. 07. 2015 о государственной регистрации для ЭВМ «Устойчивая насыпь» / авт. Гурьев Д. В., Караблин М. М. — 2015.
4. Гурьев Д. В. Обобщение характеристик дисперсных грунтов техногенных массивов на примере Кузбасса // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2015. — № 3. — С. 31−36.
5. Бахаева С. П. Исследование влияния изменчивости физико-механических свойств грунтов на устойчивость дамб / С. П. Бахаева, Д. В. Гурьев, Т. В. Михайлова // Маркшейдерский вестник. — 2013. -№ 5. -С. 11−14.
REFERENCES
1. Obobshhennye dannye ро federal'-nym organam nadzora za bezopasnost'-ju GTS [jelektronnyj resurs] rezhim dostupa: http: //www. waterinfo. ru/gts/rstat2. php.
2. О bezopasnosti gidrotehnicheskih sooruzhenij: Federal'-nyj zakon ot 23. 06. 1997 № 117 // Rossijskaja gazeta. 1997. -N 144.
3. Svidetel'-stvo № 2 015 617 755 ot 22. 07. 2015 о gosudarstvennoj registracii dlja JeVM «Ustojchivaja na-syp'-» / avt. Gur'-ev D. V., Karablin M. M. — 2015.
4. Gur'-ev D. V. Obobshhenie harakteristik dispersnyh gruntov tehnogennyh massivov na primere Kuzbassa //Vestnik KuzGTU. — 2015. — № 3. — C. 31−36.
5. Bahaeva S. P. Issledovanie vlijanija izmenchivosti fiziko-mehanicheskih svojstv gruntov na ustojchivost'- damb / S. P. Bahaeva, D. V. Gur'-ev, Т. V. Mihajlova // Markshejderskij vestnik. — 2013. — № 5. — S. 11−14.
Поступило в редакцию 04. 02. 2016 Received 4 February 2016
УДК 622. 333:622. 8
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ АКСИ НА ИНТЕНСИФИКАЦИЮ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ЗОНАХ ПГД
THE EFFECTIVENESS OF SEISMIC-ACOUSTIC «AKSI» EFFECTS FOR THE INTENSIFICATION OF COAL STRATA DEGASSING IN THE PGD AREAS
Гончаров Евгений Владимирович,
старший научный сотрудник, e-mail: goncharovbox@mail. ru Goncharov Evgenii V., Senior researcher Цирель Сергей Вадимович, д.т.н., главный научный сотрудник, e-mail: tsirel58@mail. ru Tsirel Sergei V., D. Sc. (Engineering), Chief researcher
Зубков Виктор Васильевич, д.т.н., главный научный сотрудник, e-mail: VVZubkov@yahoo. com Zubkov Victor V., D. Sc. (Engineering), Chief researcher
Научный центр геомеханики и проблем горного производства «НМСУ «Горный», 199 178, Россия, Санкт-Петербург, 21 линия, д. 2
Scientific Center for Problems of geomechanics and mining industry NMSU & quot-Gornyi"-. 21 line, 2, 199 178, St. -Petersburg, Russia
Аннотация. В статье представлены результаты аналитических и натурных исследований посвященных методам и средствам инициирования притоков метана в углесодержащих толщах с учетом коллекторских, фильтрационных и физико-механических свойств, а также, геодинамических и геомеханических процессах формирующих условия газоотдачи. Обоснован приоритет геодинамических процессов при формировании метановых коллекторов, применимость методов морфометрии и обработки данных дистанционного зондирования для их обнаружения. Обоснована актуальность исследований процессов активизирующих экзотермические реакции, приводящих к переходу метана в свободное состояние. Представлены результаты внедрения способа сейсмоакустического воздействия, как одного из практических подходов к решению этого вопроса. Результаты успешного промышленного опробования сопоставлены с результатами численного моделирования напряженно-деформированного состояния, управление которым также возможно с применением сейсмоакустического воздействия.
Abstract. The results of analytical and field studies on ways and means of initiating inflows of methane in carboniferous strata based on collection, filtration and physico-mechanical properties, as well as the geodynam-ic and geomechanical processes, for the formation of gas recovery conditions have been presented in an arti-
The priority of geodynamic processes in the formation of methane reservoirs and applicability of morphometry methods and processing of remote sensing data to detect them have been substantiated.
The actuality of studying of processes for exothermic reactions activation leading to methane transition to a free state have been shown.
The results of the implementation of the method of seismic acoustic influence, as one of the practical approaches addressing this issue have been demonstrated.
The results of the successful industrial testing are compared with the results of numerical simulation of stress-strain state management which is also possible with the use of seismic-acoustic effects.
Ключевые слова: метан- угольные пласты- дегазация- геомеханические и геодинамические процессы- интенсификация газопритоков.
Keywords: methane- coal seams- degassing- geomechanical and geodynamic processes- intensification of gas inflows
Введение. Поиск новых способов интенсификации газоотдачи угольных пластов стимулируется реальной перспективой использования метана в качестве химического сырья и топлива. При разработке угольных месторождений России
мало шахт, проводящих промышленное извлечение метана, включая утилизацию в котельных. Это объясняется не только и не столько несовершенством методов дегазации, сколько особыми кол-лекторскими свойствами углей Воркутского и,

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой