ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ ПРИ ОСВОЕНИИ АКВАТОРИИ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ В КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
|
Оглавление 2
Введение 4
Глава I Физико-географическое описание региона работ Калининградской области 7
1. Физико-географический очерк 7
2. Климатические условия 7
3. Г еоморфологическое описание 8
4. Тектоническое строение 11
5. Стратиграфия 12
6. Гидрография 17
6.1. Поверхностные воды 17
6.2. Подземные воды 18
6.3. Г идрология моря 18
Выводы к первой главе. 19
Глава II Инженерно-геологические изыскания на континентальном шельфе 21
1. Детальность инженерно-геологических изысканий на шельфе 21
2. Сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет 23
3. Геофизические исследования 23
4. Бурение и отбор проб 24
5. Геотехнические исследования 27
6. Лабораторные исследования грунтов 30
Выводы ко второй главе 34
Глава III Динамическая неустойчивость грунтов 35
1. Поведение грунтов при динамическом воздействии 35
2. Полевые методы оценки динамических свойств грунтов 40
3. Методы лабораторного определения динамических свойств грунтов 43
3.1. Метод динамического трехосного сжатия 43
3.2. Метод малоамплитудных динамических испытаний грунтов в резонансной колонке 46
3.3. Метод крутильного сдвига 47
Выводы к третьей главе 48
Глава IV Оценка инженерно-геологических условий исследуемой территории 49
1. Описание объекта работ 49
2. Инженерно-геологические условия района 49
2.1. Изученность инженерно-геологических условий 49
2.2. Физико-географические и геоморфологические условия района работ 50
2.3. Методика выполнения буровых и лабораторных работ 51
2.4. Геологическое строение грунтов 51
2.5. Коррозионная агрессивность грунтов 54
2.6. Гидрогеологические условия 54
2.7. Геологические и инженерно-геологические процессы 55
3. Физико-механические свойства грунтов 55
4. Динамические свойства грунтов 59
Выводы к четвертой главе 60
Глава V. Инженерно-геологические расчеты 63
1. Расчет периодичности динамических нагрузок 63
2. Расчет несущей способности свай оболочек швартовно-отбойного пала 63
3. Оценка снижения прочностных свойств 69
4. Расчет несущей способности свай с учетом динамического воздействия 73
5. Анализ результатов расчета 76
Заключение 79
Список использованной литературы 80
Приложение 1. Таблица Нормативные и расчетные значения показателей физикомеханических характеристик грунтов 83
Приложение 2. Таблица Физических свойств грунтов. 85
Приложение 3. Протоколы динамических лабораторных испытаний грунтов 102
Приложение 4. Расчетная схема определения несущей способности одиночной висячей сваи-оболочки 142
Приложение 5. Схема расположения инженерно-геологических выработок 146
Приложение 6. Геолого - литологическая колонка скважины 147
Введение 4
Глава I Физико-географическое описание региона работ Калининградской области 7
1. Физико-географический очерк 7
2. Климатические условия 7
3. Г еоморфологическое описание 8
4. Тектоническое строение 11
5. Стратиграфия 12
6. Гидрография 17
6.1. Поверхностные воды 17
6.2. Подземные воды 18
6.3. Г идрология моря 18
Выводы к первой главе. 19
Глава II Инженерно-геологические изыскания на континентальном шельфе 21
1. Детальность инженерно-геологических изысканий на шельфе 21
2. Сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет 23
3. Геофизические исследования 23
4. Бурение и отбор проб 24
5. Геотехнические исследования 27
6. Лабораторные исследования грунтов 30
Выводы ко второй главе 34
Глава III Динамическая неустойчивость грунтов 35
1. Поведение грунтов при динамическом воздействии 35
2. Полевые методы оценки динамических свойств грунтов 40
3. Методы лабораторного определения динамических свойств грунтов 43
3.1. Метод динамического трехосного сжатия 43
3.2. Метод малоамплитудных динамических испытаний грунтов в резонансной колонке 46
3.3. Метод крутильного сдвига 47
Выводы к третьей главе 48
Глава IV Оценка инженерно-геологических условий исследуемой территории 49
1. Описание объекта работ 49
2. Инженерно-геологические условия района 49
2.1. Изученность инженерно-геологических условий 49
2.2. Физико-географические и геоморфологические условия района работ 50
2.3. Методика выполнения буровых и лабораторных работ 51
2.4. Геологическое строение грунтов 51
2.5. Коррозионная агрессивность грунтов 54
2.6. Гидрогеологические условия 54
2.7. Геологические и инженерно-геологические процессы 55
3. Физико-механические свойства грунтов 55
4. Динамические свойства грунтов 59
Выводы к четвертой главе 60
Глава V. Инженерно-геологические расчеты 63
1. Расчет периодичности динамических нагрузок 63
2. Расчет несущей способности свай оболочек швартовно-отбойного пала 63
3. Оценка снижения прочностных свойств 69
4. Расчет несущей способности свай с учетом динамического воздействия 73
5. Анализ результатов расчета 76
Заключение 79
Список использованной литературы 80
Приложение 1. Таблица Нормативные и расчетные значения показателей физикомеханических характеристик грунтов 83
Приложение 2. Таблица Физических свойств грунтов. 85
Приложение 3. Протоколы динамических лабораторных испытаний грунтов 102
Приложение 4. Расчетная схема определения несущей способности одиночной висячей сваи-оболочки 142
Приложение 5. Схема расположения инженерно-геологических выработок 146
Приложение 6. Геолого - литологическая колонка скважины 147
Строительство и эксплуатация нефтегазопромысловых сооружений на шельфе становится все более актуальным в связи с растущими потребностями человечества в энергии и значительным истощением материковых ресурсов. Калининградская область находится в отдалении от месторождений углеводорода, поэтому возникает необходимость доставки потребителям природного газа по трубопроводу и на судне сжиженного природного газа. Транспортировка углеводородов является одни из наиболее опасных видов человеческой деятельности. Во избежание аварийных ситуаций необходимо изучение инженерно-геологических условий, оценка и прогноз возникновения геологических и инженерно-геологических процессов.
Проблема надежной оценки динамической устойчивости грунтов в массиве остается чрезвычайно актуальной для проектирования и строительства нефтегазопромысловых сооружений на шельфе. В условиях динамических нагрузок увеличивается деформируемость грунта и снижаются его прочностные свойства. Динамические воздействия природного происхождения, обусловленные циклическими воздействиями штормовых волн, оказывают негативное влияние на несущую способность грунтов в основании морских нефтегазопромысловых сооружений. Снижение несущей способности может привести к полной или частичной потере устойчивости грунтового основания и разрушению сооружения.
Изложенное определяет актуальность намеченной темы магистерской работы и позволяет сформулировать её цель и основные задачи.
Цель работы заключается в оценке влияния циклических и динамических воздействий на прочностные свойства грунтов (в частности оценке изменения несущей способности основания при циклических нагрузках, моделирующих воздействие штормовых волн)
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Оценка современного состояния изученности инженерно-геологических условий Калининградской области и акватории Балтийского моря;
2. Изучение нормативных документов для проведения инженерно-геологических изысканий на континентальном шельфе.
3. Рассмотрение основных полевых и лабораторных методов определения динамических свойств грунтов.
4. Оценка инженерно-геологических условий исследуемого участка в акватории Балтийского;
5. Оценка физико-механических и динамических свойств горных пород на основе полевых и лабораторных исследований.
6 Оценка снижения прочностных свойств грунтов под влиянием циклических динамических нагрузок;
7. Расчет несущей способности свайного фундамента и оценка изменения предельного сопротивления грунта основания под воздействием динамических нагрузок.
8. Анализ результатов расчета. Оценка абсолютной и относительной разницы несущей способности свай и осадки с учетом динамического воздействия и без него.
Личный вклад автора и научная новизна исследований.
1. Изучены инженерно-геологических условий участка в акватории Балтийского моря, у северного побережья Самбийского полуострова;
2. Выявлено влияние циклических динамических нагрузок на прочностные свойства грунтов шельфа Балтийского моря;
3. Получены данные о количественных характеристиках динамического нагружения, генерируемого в массиве грунта циклическими динамическими нагрузками, моделирующими воздействие штормовых волн;
4. Приведен расчет несущей способности свайного фундамента швартово-отбойного пала, с учетом циклических динамических нагрузок, оказывающих влияние на устойчивость сооружений.
5. Оценена абсолютная и относительная разница несущей способности свайного фундамента с учетом динамического воздействия и без него.
При выполнении работы использовались методы сравнительного анализа и обобщения, математической статистики, механики грунтов, оснований и фундаментов, картографирования, инженерной геологии.
Достоверность результатов исследований обоснована корректным использованием общепринятых математических и статистических методов, исследованиями автора в области инженерной геологии, оснований и фундаментов, достаточным объемом лабораторных и опытно-полевых исследований и положительным опытом практической реализации результатов.
Работа имеет практическую значимость и реализацию результатов исследований. Данные об оценке несущей способности свайного фундамента швартово-отбойного пала в условиях динамических нагрузок и результаты расчетов могут использоваться при проектировании и строительстве швартово-отбойных палов в составе терминала по приему, хранению и регазификации сжиженного природного газа в акватории Балтийского моря.
Работа выполнена на основе исследований автора, проведенных во время обучения в магистратуре на кафедре инженерной геологии СПБГУ. Был использован большой объем опубликованной литературы и фондовых материалов: Исходным фактическим материалом послужили результаты инженерно-геологических изысканий в акватории Балтийского моря Калининградской области.
Проблема надежной оценки динамической устойчивости грунтов в массиве остается чрезвычайно актуальной для проектирования и строительства нефтегазопромысловых сооружений на шельфе. В условиях динамических нагрузок увеличивается деформируемость грунта и снижаются его прочностные свойства. Динамические воздействия природного происхождения, обусловленные циклическими воздействиями штормовых волн, оказывают негативное влияние на несущую способность грунтов в основании морских нефтегазопромысловых сооружений. Снижение несущей способности может привести к полной или частичной потере устойчивости грунтового основания и разрушению сооружения.
Изложенное определяет актуальность намеченной темы магистерской работы и позволяет сформулировать её цель и основные задачи.
Цель работы заключается в оценке влияния циклических и динамических воздействий на прочностные свойства грунтов (в частности оценке изменения несущей способности основания при циклических нагрузках, моделирующих воздействие штормовых волн)
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Оценка современного состояния изученности инженерно-геологических условий Калининградской области и акватории Балтийского моря;
2. Изучение нормативных документов для проведения инженерно-геологических изысканий на континентальном шельфе.
3. Рассмотрение основных полевых и лабораторных методов определения динамических свойств грунтов.
4. Оценка инженерно-геологических условий исследуемого участка в акватории Балтийского;
5. Оценка физико-механических и динамических свойств горных пород на основе полевых и лабораторных исследований.
6 Оценка снижения прочностных свойств грунтов под влиянием циклических динамических нагрузок;
7. Расчет несущей способности свайного фундамента и оценка изменения предельного сопротивления грунта основания под воздействием динамических нагрузок.
8. Анализ результатов расчета. Оценка абсолютной и относительной разницы несущей способности свай и осадки с учетом динамического воздействия и без него.
Личный вклад автора и научная новизна исследований.
1. Изучены инженерно-геологических условий участка в акватории Балтийского моря, у северного побережья Самбийского полуострова;
2. Выявлено влияние циклических динамических нагрузок на прочностные свойства грунтов шельфа Балтийского моря;
3. Получены данные о количественных характеристиках динамического нагружения, генерируемого в массиве грунта циклическими динамическими нагрузками, моделирующими воздействие штормовых волн;
4. Приведен расчет несущей способности свайного фундамента швартово-отбойного пала, с учетом циклических динамических нагрузок, оказывающих влияние на устойчивость сооружений.
5. Оценена абсолютная и относительная разница несущей способности свайного фундамента с учетом динамического воздействия и без него.
При выполнении работы использовались методы сравнительного анализа и обобщения, математической статистики, механики грунтов, оснований и фундаментов, картографирования, инженерной геологии.
Достоверность результатов исследований обоснована корректным использованием общепринятых математических и статистических методов, исследованиями автора в области инженерной геологии, оснований и фундаментов, достаточным объемом лабораторных и опытно-полевых исследований и положительным опытом практической реализации результатов.
Работа имеет практическую значимость и реализацию результатов исследований. Данные об оценке несущей способности свайного фундамента швартово-отбойного пала в условиях динамических нагрузок и результаты расчетов могут использоваться при проектировании и строительстве швартово-отбойных палов в составе терминала по приему, хранению и регазификации сжиженного природного газа в акватории Балтийского моря.
Работа выполнена на основе исследований автора, проведенных во время обучения в магистратуре на кафедре инженерной геологии СПБГУ. Был использован большой объем опубликованной литературы и фондовых материалов: Исходным фактическим материалом послужили результаты инженерно-геологических изысканий в акватории Балтийского моря Калининградской области.
Результаты выполненной автором магистерской работы о теоретических и практических исследованиях по проблемам влияния циклических динамических колебаний на снижение прочностных свойств, дают возможность сделать следующие выводы.
Было проведено исследование динамической неустойчивости грунтов и оценка влияния динамического воздействия на результаты расчетов несущей способности свайного фундамента. Выявлено, что динамические нагрузки природного происхождения, обусловленные циклическими воздействиями штормовых волн существенным образом, влияют на прочностные свойства грунтов оснований сооружений. Все исследуемые песчаные грунты и отдельные разности связных грунтов (суглинки ИГЭ-4д) под воздействием динамической нагрузки проявляют свойства виброползучести и являются динамически неустойчивыми.
Для оценки влияния динамических циклический нагрузок на прочностные свойства был выполнен расчет свайных фундаментов и их оснований, по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформациям. Осадка сооружения в условиях динамического нагружения увеличилась на 28%, несущая способность свай снизилась почти на 20%.
Воздействие динамических нагрузок необходимо учитывать при расчетах несущей способности свайных фундаментов нефтегазопромысловых сооружений на шельфе. Недоучет влияния динамических воздействий на прочностные свойства грунтов приводит к завышению несущей способности и занижению величины осадки грунта. Это может привести к полной или частичной потере устойчивости грунтового основания и разрушению сооружения.
Было проведено исследование динамической неустойчивости грунтов и оценка влияния динамического воздействия на результаты расчетов несущей способности свайного фундамента. Выявлено, что динамические нагрузки природного происхождения, обусловленные циклическими воздействиями штормовых волн существенным образом, влияют на прочностные свойства грунтов оснований сооружений. Все исследуемые песчаные грунты и отдельные разности связных грунтов (суглинки ИГЭ-4д) под воздействием динамической нагрузки проявляют свойства виброползучести и являются динамически неустойчивыми.
Для оценки влияния динамических циклический нагрузок на прочностные свойства был выполнен расчет свайных фундаментов и их оснований, по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформациям. Осадка сооружения в условиях динамического нагружения увеличилась на 28%, несущая способность свай снизилась почти на 20%.
Воздействие динамических нагрузок необходимо учитывать при расчетах несущей способности свайных фундаментов нефтегазопромысловых сооружений на шельфе. Недоучет влияния динамических воздействий на прочностные свойства грунтов приводит к завышению несущей способности и занижению величины осадки грунта. Это может привести к полной или частичной потере устойчивости грунтового основания и разрушению сооружения.
