ОЦЕНКА СЕЙСМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ МЕТОДАМИ ВОЛНОВОЙ ДИНАМИКИ ЧАСТЬ 1

INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL AND PRACTICAL

RESEARCH

nternational journal of theoretical and practical research

Scientific Journal

Year: 2022 Issue: 10 Volume: 2 Published: 31.10.2022

http://alferganus.uz

ISSN 2181-2357

T. 2 №10. 2022

ISJIF 2022:5.962 QR-Article

Citation:

Jurayev, U.Sh., Akhmedov, J.D. (2022). Estimation of the seismonetress state of underground structures by wave dynamics methods. Part 1. SJ International journal of theoretical and practical research, 2 (10), 56-64.

Jurayev, U.Sh., Akhmedov, J.D. (2022). Оценка сейсмонапряженного состояния подземных сооружений методами волновой динамики. Часть 1. Nazariy va amaliy tadqiqotlar xalqaro jurnali, 2 (10), 56-64.

Doi: https://dx.doi.org/10.5281/zenodo.7243958

Jurayev, Uktam Shavkatovich

PhD, Senior Lecturer Ferghana Polytechnic institute

Akhmedov, Jamoldin Djhalolovich

PhD, Head of the Department of Architecture Ferghana Polytechnic institute

UDC 535.55

ESTIMATION OF THE SEISMONETRESS STATE OF UNDERGROUND STRUCTURES BY WAVE DYNAMICS METHODS

PART 1

Abstract. This article consists of 2 parts, in which a brief analysis of the literature devoted to the study of the stress-strain state of shallow tunnels under the action of dynamic forces is carried out, conclusions are presented based on the analysis of the literature. Wave dynamics methods make it possible to solve a number ofplane problems on stress concentrations in a half-plane or space. However, ignoring the viscoelastic properties of the environment when calculating underground structures for seismic effects can lead to serious errors.

Keywords: wave dynamics, harmonic waves, cylindrical shell, underground tunnels, viscoelasticity, wave scattering, numerical methods, free surface.

ОЦЕНКА СЕЙСМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ МЕТОДАМИ ВОЛНОВОЙ ДИНАМИКИ

ЧАСТЬ 1

Жураев, Уктамжон Шавкатович

PhD, старший преподаватель, Ферганский политехнический институт E-mail: uktamuktamovich804@gmail. com

56

SJIF 2022:5.962

Ахмедов, Жамолдин Джалолович

к.т.н., заведующий кафедрой Архитектуры, Ферганский политехнический институт E-mail: axmedov19735@gmail.com

Аннотация. Данная статья состоит из 2-х частей, в которых проводится краткий анализ литературы, посвященной изучению напряженно-деформационного состояния тоннелей мелкого заложения под действием динамических сил, представлены выводы на основе анализа литературы. Методы волновой динамики позволяют решать ряд плоских задач о концентрациях напряжений в полуплоскости или пространстве. Однако, игнорирование вязко-упругими свойствами окружающей среды при расчете подземных сооружений на сейсмические воздействия может привести к возникновению серьезных ошибок. Ключевые слова: волновая динамика, гармонические волны, цилиндрическая оболочка, подземные тоннели, вязко-упругость, рассеяние волн, численные методы, свободная поверхность.

ЕР ОСТИ ИНШООТЛАРИНИНГ СЕЙСМИК КУЧЛАНГАНЛИК ХОЛАТИНИ ТУЛЦИН ДИНАМИКАСИ УСУЛЛАРИ ЁРДАМИДА

БАХОЛАШ

1-КИСМ

Жураев, Уктамжон Шавкатович

PhD, катта уцитувчи Фаргона политехника институти Ахмедов, Жамолдин Джалолович

т.ф.н., "Архитектура " кафедраси мудири, Фаргона политехника институти

Аннотация. Ушбу мацола 2 цисмдан иборат булиб, уларда динамик кучлар таъсирида чуцур урнатилмаган тоннелларнинг кучланганлик -деформацияланганлик холатини урганишга багишланган адабиётларнинг цисцача таулили келтирилган, адабиётлар таулили асосида хулосалар цилинган. Тулцин динамикасининг усуллари ярим текислик ёки фазода жойлашган кучланганлик концентрациясининг бир цатор текис масалаларини ечишга имкон беради. Аммо, ер ости иншоотларини сейсмик таъсирларга уисоблашда мууитнинг цовушцоц-эластиклик хусусиятларини эътиборга олмаслик катта хатоликлар юзага келишига сабаб булиши мумкин.

Калит сузлар: тулцин динамикаси, гармоник тулцинлар, цилиндрик цобиц, ер ости тоннели, цовушцоц - эластик, тулцин тарцалиши, сонли усуллар, эркин сирт.

Введение

57

ISSN 2181-2357

Т. 2 №10. 2022

INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL AND PRACTICAL

RESEARCH _

SJIF 2022:5.962

Сильные землетрясения, произошедшие в последние годы, показали, что при землетрясениях разрушаются и подземные и наземные сооружения. Поэтому разработка методов оценки от сейсмических воздействий подземных сооружений и тоннелей является актуальной проблемой. Для определения напряженного -деформированного состояния подземных сооружений с помощью методами волновой динамики посвящена значительные количество литературы.

Определения сейсмонапряженного состояния конструкций подземных сооружений при расчете их на аналоговые акселограммы связаны с использованием методов волновой динамики. В случае достаточно протяженной полости и воздействия, направленного перпендикулярно ее продольной оси, окружающая полость среды и обделка находятся в условиях плоской деформации, а задача определения напряженного состояния массива и обделок сводится к плоской задаче динамической теории упругости или вязкоупругости.

Основная часть

Ввиду того что сейсмических волн X, как правило, превышают характерные размеры поперечных сечений выработок (например, диаметр D), особый интерес представляют решения дифракционных задач для длинноволновых воздействий, D ^ 1

т.е. когда — < 1. я

Рис.1. Зависимость коэффициента концентрации напряжений К в точке А от соотношения диаметра отверстия D и длины продольной волны: X, чем при соответствующем двуосном статическим нагружении.

На рис.1. показаны разноцветными линиями коэффициенты пуассона соответственно у = 0.17, у = 0.25, у = 0.33 и у = 0.43.

Решение дифракционной задачи для плоской гармонической поперечной волны получено в [1]. Зависимость Ка на свободном контуре кругового отверстия

58

ISSN 2181-2357

Т. 2 №10. 2022

INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL AND PRACTICAL

RESEARCH _

SJIF 2022:5.962

приводится на рис. 2. В области «динамического выброса» напряжения 10-15% превышают статические.

На рис.2. показана зависимость Ко в точке А от соотношения диаметра отверстия D и длины поперечной волны X, угол подающий волны соответственно равно 6 = 7114 и 6 = ЪтгIА.

Рис.2. Зависимость К в точке А от соотношения диаметра отверстия D и длины поперечной волны X.

Поперечные сечения большинства безнапорных туннелей отличаются от круговых и могут в первом приближении быть представлены как сочетания прямоугольника и кругового сегмента. В связи с этим практический интерес представляют решения дифракционной задачи для квадратных отверстий при воздействии продольной Р и поперечной S гармонических волн (рис.3-5).

Глубины заложения подземных сооружений, как правило, невелики по сравнению с длинами сейсмических волн. В этом случае на решениях динамических задач должно сказываться влияние свободной поверхности. Поэтому представляют интерес результаты исследования дифракции волн напряжений в полуогранических массивах с цилиндрическими полостями. В [2] решена задача о дифракции стационарной поперечной волны на круговой полости диаметром D, центр которой находится на расстоянии 5 от свободной границы. Волновое поле определяется значениями следующих параметров: дифракционного параметра D/X, глубины заложения 5= 57А, и угла падения волны на граничную поверхность полуплоскости у.

59

INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL AND PRACTICAL

RESEARCH

ISSN 2181-2357

T. 2 №10. 2022

ISJIF 2022:5.962

Рис.3. Зависимость К в точке А от соотношения длины стороны квадратного отверстия а и длины продольной волны X.

Кп

Рис.4. Зависимость К на свободном контуре квадратного отверстия от значения параметра а/Х при дифракции продольной волны.

60

INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL AND PRACTICAL

RESEARCH

ISSN 2181-2357

T. 2 №10. 2022

ЭЛР 2022:5.962

Полученные результаты свидетельствует о следующем: Распределение напряжений на перемычке в количественном и качественном отношении весьма существенно (при некоторых 5 почти в 1,5 раза) зависит от длины падающей волны, направления ее распространения и глубины заложения. Точка, в которой напряжения достигают максимального значения при заданном у, определяется соотношением между длиной волны X и глубиной заложения 5.

К

о

8,0

6,0

4,0

2,0

s

/о, \ I —

/0

\ *

„ a

2_ \

/ \

\

\

0,2

0.4

0,6

0.8

а

X

Рис. 5. Зависимость К на свободном контуре квадратного отверстия от значений параметра а/Х при дифракции поперечной волны.

На рис.4 и 5 представлены угол падающей волны равен соттветственно, в = л/4 и в = /4.

Если окружающая туннель среда - водонасыщенный мягкий грунт, то она в первом приближении может считаться акустической. На рис.6 представлены графики зависимости амплитуды волны, действующей на цилиндр единичной длины, от параметра ц=2ла/Х. Верхняя кривая соответствует неподвижному, жестко закрепленному цилиндру. Средняя и нижняя зависимость соответствует незакрепленным цилиндрам, выполненным из алюминия (р = 2700 кг/м3) и материала со средней плотностью р = 1000 кг/м3. Малые плотности цилиндров соответствуют случаю наличия внутренних полостей, наиболее для нас интересному.

Для расчета туннеля с жесткой обделкой в мягком грунте в первом приближении может быть принята модель сплошного включения из упругого материала в упругой плоскости с отношением плотностей материалов включения и среды больше единицы. Задача о дифракции плоской гармонической Р-волны на круглом сплошном включении диаметра D рассмотрена в [3] для случаев жесткого сцепления между включением и плоскостью («жесткая заделка») и некоторого проскальзывания упругой шайбы. Графики [3] характерны большим

61

INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL AND PRACTICAL

RESEARCH

ISSN 2181-2357

T. 2 №10. 2022

ЭЛР 2022:5.962

«динамическим выбросом», достигающим 200-300%, т.е. напряжения при длинноволновых воздействиях превосходят решения статической задачи в несколько раз. Увеличение жесткости включения ведет к росту максимальных касательных напряжений в массиве на границе с включением. Г 2яа

0,6

0,4

0,2

3

/ \1

I /

12 3

1. р = 1000, 2. /7 = 2700, 3./? = оо.

Рис. 6. Графики зависимость амплитуды силы давления F, действующей на единицу длина упругого цилиндра радиуса а в акустической среде при дифракции гармонической волны давления длиной X от значений параметра ц=2яа/Х

Для определения сейсмонапряженного состояния туннелей наибольший интерес представляют решения динамических задач о концентрациях напряжений на круговых цилиндрических оболочках, расположенных в упругих массивах.

Основные заключения и рекомендации по статье приведены во второй части настоящей статьи.

Список использованной литературы:

1. Мау Менте. Динамические напряжения и смещения вблизи цилиндрической поверхности разрыва от плоскости разрыва от плоской гармонической волны сдвига. Прикладная механика, перевод с анг., 1963, т.30, сер. Е, №3, С. 117-126.

2. Гузь А.Н., Головчан В.Т. Дифракция упругих волн в многосвязных телах. -Киев: Наукова думка, 1972. - 254 с.

3. Pao Y.H. Mow C.C. The diffraction of elastic waves and dynamic stress concentrations. - N.Y.: Crane Russak and Co. 1973, p. 694

4. Akhmedov, J.D., & Jurayev, U.Sh. (2022). Qadimgi va o'rta asrlarda Samarqand shahri hududida landshaft arxitekturasining shakillanishi. Nazariy va amaliy tadqiqotlar xalqaro jurnali, 2 (2), 82-89. doi: 10.5281/zenodo.6470581

62

ISSN 2181-2357

Т. 2 №10. 2022

INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL AND PRACTICAL

RESEARCH _

SJIF 2022:5.962

5. Jurayev, U. Sh., & Akhmedov, J. D. (2022). Взаимодействие гармонических волн с цилиндрическими сооружениями. Nazariy va amaliy tadqiqotlar xalqaro jurnali, 2 (3), 57-65. doi: 10.5281/zenodo.6503593

6. Umarov, A. O., Jurayev, U. S., Zhuraev, T. O., Khamidov, F. F., & Kalandarov, N. (2022, June). Seismic vibrations of spherical bodies in a viscoelastic deformable medium. Part 2. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2432, No. 1, p. 030125). AIP Publishing LLC.

7. Esanov, N. K., Almuratov, Sh.N., & Jurayev, U. Sh. (2022). Sayoz O'rnatilgan uch qatlamli sferik qobiqlarning erkin tebranishi. Nazariy va amaliy tadqiqotlar xalqaro jurnali, 2 (2), 51-56. doi: 10.5281/zenodo.6466337

8. Жураев, У. Ш. (2010). Численное решение плоской задачи Лемба. Пробл. мех,(4), 5-8.

9. Жураев, У. Ш., & Турсунов, К,. К,. (2020). ФарFOна вилояти тарихий шахдрларидаги турар-жой биноларида ганч ва ёFOч уймакорлигининг шакилланиши ва ривожланиши. Science and Education, 1(3), 264-267.

10. Margianti, E. S., & ets. (2014). Systematical analysis of the position and further development of Uzbekistan national industry in the case of economic modernization. Monograph. Indonesia, Jakarta. Indonesia. Jakarta. Gunadarma Publisher.

11. Sagdiyev, K., Boltayev, Z., Ruziyev, T., Jurayev, U., & Jalolov, F. (2021). Dynamic Stress-Deformed States of a Circular Tunnel of Small Position Under Harmonic Disturbances. In E3S Web of Conferences (Vol. 264, p. 01028). EDP Sciences.

12. Эсанов, Н. К., Сафаров, И. И., & Алмуратов, Ш. Н. (2021). Об исследования спектров собственных колебаний тонкостенкий пластин в магнитных полях. Central Asian Journal of Theoretical & Applied sciences, 2(5), 124-132.

13. Safarov, I. I., Kulmuratov, N. R., Nuriddinov, B. Z., & Esanov, N. (2020). On the action of mobile loads on an uninterrupted cylindrical tunnel. Theoretical & Applied Science, (4), 328-335.

14. Safarov, I. I., Kulmuratov, N. R., Nuriddinov, B. Z., & Esanov, N. (2020). Mathematical modeling of vibration processes in wave-lasted elastic cylindrical bodies. ISJ Theoretical & Applied Science, 04 (84), 321-327.

15. Эсанов, Н.К. (2020). Свободные колебания трубопроводов как тонкие цилиндрические оболочки от внутреннего давления. Научные доклады Бухарского государственного университета , 3 (1), 46-52.

16. Esanov, N. K. (2020). Free oscillations of pipelines like thin cylindrical shells with regards to internal pressure. Scientific reports of Bukhara State University, 3(1), 46-52.

17. Джурабоев, А. Т., Тошпулатова, Б. Р., Нурматов, Д. О. (2022). Роль и значение композиционных приемов в ландшафтной архитектуре. Назарий ва амалий тадкикотлар халкаро журнали, 2 (3), 74-80. doi: 10.5281/zenodo.6503622

18. Matkarimov, N. X., Rahmonova G. A., & Rahmonov, D. M. (2022). Methods of modernization, renovation and reconstruction of housing and buildings. International Journal of Advance Scientific Research, 2(06), 73-83.

19. Ozodovich, X. A., & Azim o'g'li, N. A. (2021). Formation of the "Obod Mahalla" System in the Villages of Uzbekistan and Serving the Population. Barqarorlik va yetakchi tadqiqotlar onlayn ilmiy jurnali, 1(5), 325-329.

63

ISSN 2181-2357

Т. 2 №10. 2022

INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL AND PRACTICAL

RESEARCH _

SJIF 2022:5.962

20. Салимов, О.М., & Журабоев, А. Т. (2018). Роль рекреационных зон в городской структуре (на примере города Ферганы). Проблемы современной науки и образования, (12 (132)), 107-110.

21. Набиев, М., Турсунов, К. К, & Турсунов, У. К. (2020). Асфальт бетон ва цемент бетон копламали йулларнинг узига х,ос афзалликлари. Science and Education, 1(2), 265-269.

64