Закономерности формирования периферийной зоны уплотнения грунтов

В условиях интенсивного деформирования подработанного массива при совместной отработке панелей рекомендуется обеспечивать расстояние между фронтами очистных работ не более 50...60 метров.

Список литературы

1. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03). Сер. 03. Вып. 33. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003.

2. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир,

1975.

3. Барях А.А., Телегина Е.А., Шумихина А.Ю. Расчет соляных меж-дукамерных целиков в зонах опорного давления // Изв. вузов. Горный журнал. 2009. №3.

A. V. Evseev

ROOF STABILITY DURING SYNCHRONOUS ADJACENT PANELS MINING

Using mathematical modeling methods it is established, that during synchronous mining of adjacent panels in conditions of intensive deformation of undermine rock massive the minimization of ground pressure and the increase of roof stability can be achieved by picking out an optimal distance between mining fronts.

Key words: roof stability, closeness of seams, mathematical model approach.

Получено 20.04.11

УДК 624.138.22

Н.В. Зуевская, канд. техн. наук, доц.,

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРИФЕРИЙНОЙ ЗОНЫ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ

Рассмотрены закономерности формирования периферийной зоны уплотнения и конечные параметры периферийной области поля остаточных деформаций и его проекции на поверхность массива.

Ключевые слова: периферийная зона, трамбовка, грунт, деформации, уплотнение, основание, поле.

Факту существования так называемой периферийной зоны в литературе, посвященной ударному уплотнению грунтов, уделено явно недос-

таточно внимания. Как правило, изучению подвергались слои грунта, находящиеся непосредственно под падающим грузом.

Видимо, исследователями руководил стереотип представлений о том, что зона уплотненного грунта формируется в направлении, совпадающем с направлением движения груза, а форма ее идентична форме ядра уплотнения, образующегося при статическом вдавливании жесткого штампа в грунтовое основание[1]. Таким образом, исходя из этих представлений, за пределами проекций штампа на горизонтальную плоскость деформации грунтового основания отсутствуют, более того, деформированная зона вырождается с глубиной, постоянно сужаясь к оси штампа.

Наличие периферийной зоны [2] объясняется наличием, кроме ударной волны, в центральной зоне под трамбовкой еще одного фронта продольной волны, распространяющегося в радиальном направлении от центрального столба грунта. Интенсивный удар трамбовкой по полупространству вначале приводит к сжатию вдоль вертикальной оси снаряда и соответственно оси так называемого центрального столба. При этом происходят сжатие грунта в «столбе» и его радиальное расширение, которое сопровождается вытеснением бокового или «периферийного» грунта, его сжатием. Таким образом, механизм деформации массива на периферии связывается с «центральным столбом», возникающим под трамбовкой, и расширяется радиально с последующим сжатием периферийного грунта.

На наш взгляд, подобное объяснение даже геометрически неточно и тем более некорректно с точки зрения механики. Если и правомерны подобные упрощения, то только применительно к сфере больших деформаций, непосредственно прилегающей к поверхности трамбовки и повторяющей ее геометрию (рис. 1). Именно здесь можно говорить о

«центральном столбе» и «горизонтальной» или «продольной» волне. Здесь геометрия трамбующего тела играет все меньшую роль и все более решающими будут такие параметры, как масса груза и высота его бросания.

Так, в процессе изучения параметров и природы периферийной уплотненной области с помощью ортогональной сетки меток установлено повсеместное отклонение от вертикали-нормалей к площадкам главных максимальных деформаций сжатия, т.е. фактически даны векторы смещений частиц грунта в деформированной области массива как под трамбовкой, так и в стороне от нее, в области периферийной (рис. 2), которые противоречат утверждениям о преобладания радиальных деформаций ег в

уплотненной зоне. Только на уровне заглубленного в грунт штампа, т.е. на уровне самого «кратера», эти векторы строго горизонтальные, что свидетельствует о преимущественном смещении грунта параллельно свободной поверхности. Соответствующая картина распределения остаточных деформаций приведена на рис. 1.

Рис. 1.Изменение приростов плотности скелета приударе трамбовкой

Пунктирные изолинии деформаций гост на уровне кратера параллельны боковой его поверхности. Аналогично в пределах ядра уплотнения, ограниченного штрихпунктирными линиями под кратером, изолинии практически параллельны дну кратера. Таким образом, ядро уплотнения -это область, где поле остаточных деформаций строго повторяет конфигурацию тела, которое внедряется в грунт. Особо следует остановиться на параметрах пятна трамбовки (кратера) на границе полупространства и горизонтальной проекции уплотненной зоны на различном заглублении в массиве. При одной и той же массе трамбующего груза площадь кратера или его радиус будет зависеть только от величины трамбующей поверхности, т.е. от площади соприкосновения трамбовки с полупространством[3]. Вместе с тем в глубинных слоях массива за пределами ядра или конуса уплотнения закономерности распределения деформаций гост не должны отличаться оте(Я,ф) для шара эквивалентной массы.

Однако изолинии £ост на рис. 1 отклоняются от центральной симметрии не только в связи с формой внедряющегося в полупространство тела, но и, что главное, в связи с непостоянством грунтовых характеристик (плотности, прочности) по глубине. В связи с нарастанием плотности грунта с глубиной поле деформаций вытягивается в направлении оси удара (оси 7).

Уточненные расчеты показывают (рис. 3), что в связи с этим эффектом поверхностное пятно поля деформаций на периферии сужается, т.е. возрастает разница между площадью пятна на поверхности и на глубине

массива. В зависимости от фиксированного значения гост, т.е. от расстояния Я до центра груза (штампа), эта разница меняется.

Рис.2. Направление вектора поля деформаций в зоне влияния

трамбовки

Если не принимать во внимание процессы, происходящие в приповерхностном слое грунта, соразмерном по высоте с величиной погружения в полупространство бросаемого груза, при выборе шага трамбования нерационально ориентироваться не только на площадь пятна самого кратера, но и на площадь приповерхностной пятна поля деформаций, которое определяется по выпору грунта.

Г

Рис. 3. Изменение конфигурации поля деформаций еж в приповерхностной области

Применительно к лессовым грунтам ориентируемся на значение остаточной деформации = 0,1, которое обеспечивает степень уплотнения лессового грунта, достаточную для практической ликвидации проса-дочности массива.

На рис. 4, основанном на данных рис. 1, приведена сравнительная картина распределения поля остаточных деформаций для трамбовки (сплошные линии справа от оси 7) и эквивалентного ей металлического шара (сплошные линии слева от оси 7). Штриховыми линиями слева показано, каким было бы поле деформаций, при прямоугольной форме трамбовки. Поскольку при этом геометрические размеры шара уменьшаются, сужается и периферийная зона остаточных деформаций на величину, определяемую разницей радиусов трамбовки и эквивалентного ей шара. Эта разница в описанном опыте составляет на глубине 2...3 м Ах -0,63 м, что весьма существенно при определении размеров пятна уплотнения и соответственно параметров шага трамбования.

Если следовать известным рекомендациям о трамбовки с перекрытием пятна на 0,1 диаметра трамбовки, можно обеспечить, во-первых, ликвидацию выпоров и, во-вторых, хорошее уплотнение приповерхностного слоя[4]. Однако при этом в литературе не обсуждается вопрос взаимодействия полей остаточных деформаций, созданных под предыдущим пятном трамбования, с возникающим полем деформаций от соседнего следа трамбовки.По такой методике уплотнения без учета периферийного поля деформаций значительно возрастает энергоемкость трамбования, вызванная перерасходом «пятен уплотнения » на единицу уплотняемой площади.

Рис.4. Зависимость формы поля деформаций от формы падающего груза

Таким образом, при назначении шага трамбовки, т.е. расстояния-между осями пятна уплотнения, исходим из привязки к радиусу проекции

пятна определенного уплотнения, при еж = 0,1, ф=600. Проекция радиуса Яж / ф = 600 на горизонтальную плоскость составит:

Я^ = Я™ Бт600

(У/С (ЛЪ

,

следовательно, если расстояние между соседними ударами трамбовкой принять а = 2Яж, его значение составит: а = 2 Яж Бт60° «1,7 Яж 18=0 1

Согласно рис. 3 при заданном уровне объемной деформации максимальный радиус пятна е = 0,1 составляет 1,6 радиуса шара, то есть

Я;^ = 1,6. Расчеты для рис. 3 проводились исходя из радиуса, кратного радиуса шара. Тогда в данном случае а = 1,7 -1,6 Яш = 2,72 Яш Однако, учитывая возможное различие в параметрах шара и трамбовки, откорректируем это выражение следующим образом: дважды вычтем из него радиус шара и добавим два радиуса трамбовки. Фактически этим заменяем шар трамбовкой с соответствующими размерами основания:

а = 0,72 Яш + 2 Ятр.

Сравним, каким бы было бы это расстояние, если бы расчет строился на 0,9-кратном перекрытии следа трамбовки, т.е. на интенсивном сплошном трамбовании. Радиус трамбовкиЯтр, тогда расстояние между

двумя осями двух следов

ат = 2 Ятр ~ 0,1Ятр = 1,9Ятр. С2)

Сравнивая (1) и (2), видим, что во всех случаях второй вариант расчета дает заниженные значения шага трамбовки. Итак, рациональным расстоянием (шагом трамбовки) является рассчитанное по формуле (1) с учетом величины периферийной зоны уплотнения и выражения для радиуса эквивалентного шара,

а = 0,453^ + 2 Ятр.

Таким образом, добавка, введенная в периферийную зону уплотнения, существенно корректирует шаг трамбовки в большую сторону.

На основании исследования закономерностей формирования и конечных параметров периферийной области поля остаточных деформаций и его проекции на поверхность массива разработана технологическая схема трамбовки грунтового массива, которая отличается от традиционной шагом и последовательностью локального динамического воздействия на массив, что позволило заметно снизить общую энергоемкость метода.

Список литературы

1. Ананьев В.П., Гончарова Л.В. О некоторых проблемах технической мелиорации грунтов // Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве: тез. докл. на X Всесоюз. науч.-техн. совещ. Ростов-на-Дону, 1983. С.6-10.

2. Багдасаров Ю.А., Фингеров С.Л. Применение новых способов уплотнения просадочных грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. № 5. 1994. С. 18.

3. Канаков Г.В., Прохоров В.Ю. Экспериментальные исследования напряженного состояния лессовых грунтов // Основания, фундаменты и ме-ханикагрунтов. № 2. 1981. С. 18-20.

4. Пономаренко Ю.Е. Динамическое уплотнение грунтов в строительстве // Механизация строительства.№3. 2002. С. 11-13.

N.V.Zyevskaya, Y.V. Volyk

MECHANISM OF SOIL CONSOLIDATION PERIPHERAL ZONE SHAPING The formationof the peripheral zone of compaction and the final parameters of the peripheral region of the residual strain field and its projection onto the surface of the array is considered.

Key words: peripheral zone, tamping, soil, strain, seal, base, field.

Получено 20.04.11

УДК 624.19:625.1:519.87

M.A. Карасев, канд. техн. наук., доц.,

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТОННЕЛЯ ЩИТОВЫМ КОМПЛЕКСОМ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

Выполнено численное моделирование проходки тоннеля неглубокого заложения, трасса которого проходит в непосредственной близости от собора Саграда Фамилия. Выявлено влияния защитного стены из буронабивных свай на характер и величину осадки земной поверхности. Выполнено сравнение натурных результатов с результатами моделирования.

Ключевые слова: тоннель, обделка, модель, смещения, осадка, проходческий

щит.

Строительство подземных сооружений в городской черте сопряжено со значительными рисками, которые должны быть минимизированы на этапе проектирования и последующей проходки тоннеля. Трасса железнодорожного тоннеля на участке Sants - La Sagrera (г. Барселона) была про-