Вязко-пластическое деформирование структурированных сред, взаимодействующих с удерживающими конструкциями, под действием массовых сил

В настоящее время остро стоит вопрос безопасного строительства зданий и сооружений в районах, подверженных оползневым процессам. Диссертация посвящена решению одной из задач механики деформируемого твердого тела о ползучести бингамовых структурированных сред с начальным сопротивлением сдвигу. В качестве таких сред рассматриваются укрепляемые сваями оползневые массы грунта, находящиеся в зависимости от их увлажнения и гравитационных сил в состоянии нестационарной ползучестикратковременных подвижек, а также постоянных или нарастающих скоростей деформирования.

Теории и практике укрепления оползней сваями посвящены многочисленные исследования. В основном в них рассматриваются вопросы расчета устойчивости и несущей способности противооползневых свай при стабилизации ими оползней-скольжения. Наряду с этим, остается недостаточно изученным вопрос влияния разреженного ряда свай либо сплошной противооползневой стены на скорость ползучести оползней-потоков.

Вязко — пластический поток, набегая на препятствия в виде разреженного или сплошного ряда свай, может сваи обтекать, растекаться вдоль стенки или «переползать» поверх нее с различными комбинациями течения в зависимости от реологических свойств потока и конструктивных особенностей удерживающих конструкций. Строгого решения задач нестационарной ползучести потока с изменяющимися граничными условиями для структурированных сред, каким является грунт, не имеется.

В диссертации для получения приближенного решения поставленной задачи весь поток свайно-оползневого пространства с изменяющимися граничными условиями разбивается на отдельные участки, для которых применимы частные случаи точных решений вязкого течения на основе уравнений Навье-Стокса и объединения их на основе общего параметра. Показано, что объединяющим параметром для задач ламинарного движения оползня с по5 следующим обтеканием сплошных, либо отдельно стоящих препятствий является контрольный объем установившегося вязкого течения потока перед входом в область с изменяющимися граничными условиями.

Основные реологические модели, используемые в механике деформируемого твердого тела по аналогии с вязкими жидкостями, такие как линейные зависимости вязкого Ньютонова течения, вязкопластического течения БингамаШведова с начальным сопротивлением сдвигу, а также нелинейные модели Неньютонова течения применимы лишь к какой либо одной из стадий деформирования грунта оползневого массива и, хотя все стадии от затухающей ползучести до прогрессирующего течения являются единым реологическим процессом, математически они между собой не связаны.

Для построения обобщенной модели в диссертации использован принцип последовательной смены стационарных состояний, в котором на основе скорости установившейся ползучести можно «step by step» перейти к неустановившемуся движению оползня.

Решение теоретических задач ползучести структурированных сред при изменяющихся граничных условиях и динамики потока имеет актуальное прикладное значение в вопросах стабилизации и регулирования скорости движения вязких и вязкопластических оползней.

На практике они связаны с чрезвычайно большой стоимостью противооползневых мероприятий. В ряде случаев наиболее выгодным является поэтапное освоение капиталовложений за счет частичного замедления движения оползня, например, разреженным рядом свай, в допускаемых пределах для каждого конкретного случая. На следующем этапе можно осуществлять дальнейшее замедление движения оползня либо его полную стабилизацию. Метод поэтапной стабилизации оползневых участков особенно эффективен при эксплуатационном содержании автомобильных и железных дорог, проходящих в оползнеопасных районах.

Инженерное управление оползневыми процессами требует дальнейшего развития теоретических методов их расчета на основе исследования воб просов реологической механики взаимодействия оползней и удерживающих сооружений. В связи с этим, разработка и развитие аналитических методов расчета деформирования вязко-пластических сред, взаимодействующих с удерживающими сооружениями, представляет теоретический и прикладной интерес, чем и определяется актуальность темы диссертационной работы.

Целью работы является:

— разработка аналитического метода расчета скорости установившейся ползучести вязкого оползня при взаимодействии его с разреженным рядом свай и со сплошной подпорной стенкой;

— разработка аналитического метода расчета скорости деформирования вязкопластического оползня, взаимодействующего с разреженным рядом свай;

— сопоставление результатов расчетов по предложенным методам с данными проведенных в лотке экспериментальных исследований скорости деформирования вязких и вязкопластических оползней, взаимодействующих со свайными контрфорсами;

— разработка реологической модели, объединяющей все стадии деформирования от затухающих деформаций, до установившейся и нарастающей ползучести в зависимости от уровня напряженного состояния грунта оползневого массива;

— разработка эмпирических зависимостей по расчету основных реологических характеристик грунтов, необходимых для исследований оползневых процессов, на основании обработки имеющихся в литературе обобщенных опытных данных;

— применение разработанных методов реологических расчетов на примере деформирования реального оползневого участка (по данным архивных материалов).