Помощь студентам в учебе
Моделирование осадки несущих грунтов при взаимном влиянии соседних зданий на подтопляемых территориях
|
Аннотация 3
Список условных обозначений и сокращений 4
Список иллюстраций 5
Список таблиц 6
Введение 7
Раздел 1 Объект исследования 11
1.1. Геолого-технологические риски при строительстве 12
1.2. Факторы влияния в г. Санкт-Петербург 12
Раздел 2 Физико-географические условия 14
2.1. Местоположение участка работ 14
2.2. Геоморфологические условия 14
2.3. Климатические условия 15
Раздел 3 Геологические условия 16
3.1. Общее геологическое строение 16
3.2. Общие гидрогеологические условия 17
3.3. Тектонические условия 18
Раздел 4 Инженерно-геологические условия площадки строительства 19
4.1 Физико-механические свойства грунтов на территории строительства 23
4.2 Выводы 25
Раздел 5 Моделирование 27
5.1 Описание модели и вывод уравнений 27
1.2 Задание граничных условий 30
5.3 Описание процедуры вычислений 30
5.4 Результаты 32
Раздел 6 Рекомендации 36
Заключение 37
Список использованных источников
Список условных обозначений и сокращений 4
Список иллюстраций 5
Список таблиц 6
Введение 7
Раздел 1 Объект исследования 11
1.1. Геолого-технологические риски при строительстве 12
1.2. Факторы влияния в г. Санкт-Петербург 12
Раздел 2 Физико-географические условия 14
2.1. Местоположение участка работ 14
2.2. Геоморфологические условия 14
2.3. Климатические условия 15
Раздел 3 Геологические условия 16
3.1. Общее геологическое строение 16
3.2. Общие гидрогеологические условия 17
3.3. Тектонические условия 18
Раздел 4 Инженерно-геологические условия площадки строительства 19
4.1 Физико-механические свойства грунтов на территории строительства 23
4.2 Выводы 25
Раздел 5 Моделирование 27
5.1 Описание модели и вывод уравнений 27
1.2 Задание граничных условий 30
5.3 Описание процедуры вычислений 30
5.4 Результаты 32
Раздел 6 Рекомендации 36
Заключение 37
Список использованных источников
Строительство в сложных инженерно-геологических условиях (просадочные, насыпные и слабые водонасыщенные грунты) с воздействием агрессивной среды требует исключения рисков, связанных с ошибками, допущенными на этапах изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации. Особенно это актуально для г. Санкт-Петербург. На данный территории широко развиты слабые водонасыщенные, насыпные, либо заторфованные грунты. На свойства этих грунтов оказывают влияние не только факторы, связанные с процессом строительства, но также и те, которые возникают при эксплуатации территории. Оптимизация строительства и эксплуатации многих зданий и сооружений на сегодняшний день показывает, что при определённых инженерно-геологических условиях эти здания иногда получают резко неравномерные осадки, которые приводят к их деформации и возможному разрушению. Например, возможны деформации зданий, связанные с развитием карстовых и суффозионных явлений из-за аварий инженерных коммуникаций. Это вызывает необходимость изучения свойств этих грунтов, их поведения в процессах возведения и эксплуатации зданий, что предполагает более детальное изучение именно вопросов, связанных с их деформацией при фильтрационной консолидации.
Консолидация грунта - это повышение плотности грунта под воздействием нагрузки во времени. В процессе консолидации грунта объем воды в единице объема грунта уменьшается вследствие ее отжатия (фильтрации) при действии внешней нагрузки и грунт уплотняется [1]. В зависимости от характера грунта следует различать два типа процесса консолидации. Консолидация первого типа наблюдается в грунтах со слабыми водно-коллоидными связями (пылеватые и песчанистые глинистые грунты), обусловливается водопроницаемостью грунта и условиями оттока выжимаемой из грунта воды; это так называемая фильтрационная консолидация. Консолидация второго типа наблюдается в глинистых грунтах со значительными водно-коллоидными структурными связями, которые осложняют процесс уплотнения.
Актуальностью работы является прогнозирование и снижение риска развития аварийных ситуаций при строительстве комплексов зданий на территориях со слабыми водонасыщенными грунтами.
Объектом исследования является участок проектируемого строительства многоквартирных домов со встроенными помещениями и подземными автостоянками, расположенный по адресу: Санкт-Петербург, Пулковское шоссе, дом 103.
Степень разработанности:
В области механики грунтов Н. М. Герсеванов, В. А. Флорин, П. Л. Иванов численно решали уравнения фильтрации сжимающихся грунтов. Такие уравнения относятся к теории фильтрационной консолидации, разработанной К. Терцаги. Искомой функцией в них является так называемое поровое давление, которое можно записывать через напор в грунтовых водах H, так как поровое давление по К. Терцаги есть избыточное давление в грунтовой воде над установившимся гидростатическим давлением в естественном состоянии грунта.
Теория Карла Терцаги основывалась на некоторых достаточно распространённых фактах, которые могут быть задействованы в геотехнических работах. Среди них есть предположение о том, что соотношение сжимаемости почвы и гидравлической проводимости являются относительно постоянными процессом консолидации. Большинство грунтов, для которых применяется эта теория, в начале процесса консолидации относительно плотные, так что объемная деформация является небольшой. Для таких грунтов, сжимаемость и гидравлическая проводимость могут изменятся только в пределах небольших процентов, при этом постоянно взаимодействуя друг с другом [5]. Поскольку в выводе теории Терцаги было допущено несколько упрощений, то применение этой теории во многих практических проблемах, особенно в отношении мягких глин, может привести к значительным ошибкам. В частности, предположение о постоянном значении коэффициента консолидации, в процессе консолидации является одним из основных ограничений теории Терцаги. Кроме того, коэффициент консолидации определяется на основе нескольких эмпирических соотношений, а также с использованием графических процедур, носящих эмпирический характер [3]. Не так давно были достигнуты новые результаты в численном решении комплекса задач и нелинейных уравнений в частных производных и в привидении их к более реалистичным показателям, но с минимальным упрощением для физических явлений, таких как консолидация. В последние несколько десятилетий были предприняты некоторые попытки для преодоления основных недостатков теории Терцаги.
Цель работы:
Оценить методом компьютерного моделирования взаимное влияние близко расположенных зданий на осадку грунтов в пределах площадки строительства первой очереди жилого комплекса «Планетоград».
- изучение инженерно-геологических условий участка работ,
- изучение гидрогеологических условий участка работ,
- получение сведений о прочностных и деформационных характеристиках грунта,
- проведение расчетов и построение модели,
- оценка рисков осадки грунта основания,
- выработка рекомендации по минимизации рисков
Научная новизна:
В результате проведенных исследований расширена область применения теории фильтрационной консолидации для расчета дополнительной осадки зданий с плитными фундаментами на разной глубине заложения и при строительстве на соседних площадках. Установлено, что изменение фильтрационных характеристик грунтов оснований может привести к аварийным ситуациям при эксплуатации зданий и сооружений [2]. Доказана необходимость определения коэффициентов фильтрации грунтов по двум взаимно-перпендикулярным направлениям при инженерногеологических изысканиях для выявления и учета фильтрационной анизотропии при проектировании оснований и фундаментов^
Теоретическая и практическая значимость работы:
В настоящее время особую актуальность приобрели проблемы строительства новых и реконструкции существующих объектов в районах распространения слабых водонасыщенных грунтов. При этом возникают не только технологические трудности, связанные с производством работ в особых условиях распространения слабых грунтов, но и повышенные требования к проектным решениям в этой области, как на стадии конструирования, так и во время расчета. В целом проблема является весьма многогранной и, в частности, связана с использованием в основании таких конструкций глинистых водонасыщенных грунтов, для которых свойственны неоднородность, фильтрационная анизотропия и способность разжижаться при нарушении структуры из-за содержания воды.
В связи с этим исследование несущей способности водонасыщенного глинистого грунта в основании сооружений в процессе фильтрационной консолидации является актуальной геотехнической проблемой, имеющей существенное практическое значение и определяющей, в значительной степени, эффективность капитальных вложений, надёжность и нормальную эксплуатацию сооружений. Однако, несмотря на успешное строительство и эксплуатацию многих промышленных и гражданских сооружений, построенных на слабых водонасыщенных грунтах, на практике приходится сталкиваться с авариями и большими деформациями подобных сооружений [2]. Причем анализ показывает, что причина аварий кроется в неправильной информации о неоднородности грунтов.
Методология и методы исследования:
Теория линейной и упругой консолидации, разработанная Карлом Терцаги, обычно используется для оценки характеристик консолидации мелкозернистой почвы. Были предприняты значительные меры для лучшего понимания того, как происходит консолидация в грунте и какие факторы влияют на этот процесс. Карл Терцаги был одним из первых, кто разработал аналитическую теорию для объяснения и прогнозирования любых процессов в мелкозернистых грунтах [4]. Основной задачей теории фильтрационной консолидации является определение осадки слоя грунта под действием сплошной нагрузки, а также определение времени, за которое произойдет эта осадка [2].
Консолидация грунта - это повышение плотности грунта под воздействием нагрузки во времени. В процессе консолидации грунта объем воды в единице объема грунта уменьшается вследствие ее отжатия (фильтрации) при действии внешней нагрузки и грунт уплотняется [1]. В зависимости от характера грунта следует различать два типа процесса консолидации. Консолидация первого типа наблюдается в грунтах со слабыми водно-коллоидными связями (пылеватые и песчанистые глинистые грунты), обусловливается водопроницаемостью грунта и условиями оттока выжимаемой из грунта воды; это так называемая фильтрационная консолидация. Консолидация второго типа наблюдается в глинистых грунтах со значительными водно-коллоидными структурными связями, которые осложняют процесс уплотнения.
Актуальностью работы является прогнозирование и снижение риска развития аварийных ситуаций при строительстве комплексов зданий на территориях со слабыми водонасыщенными грунтами.
Объектом исследования является участок проектируемого строительства многоквартирных домов со встроенными помещениями и подземными автостоянками, расположенный по адресу: Санкт-Петербург, Пулковское шоссе, дом 103.
Степень разработанности:
В области механики грунтов Н. М. Герсеванов, В. А. Флорин, П. Л. Иванов численно решали уравнения фильтрации сжимающихся грунтов. Такие уравнения относятся к теории фильтрационной консолидации, разработанной К. Терцаги. Искомой функцией в них является так называемое поровое давление, которое можно записывать через напор в грунтовых водах H, так как поровое давление по К. Терцаги есть избыточное давление в грунтовой воде над установившимся гидростатическим давлением в естественном состоянии грунта.
Теория Карла Терцаги основывалась на некоторых достаточно распространённых фактах, которые могут быть задействованы в геотехнических работах. Среди них есть предположение о том, что соотношение сжимаемости почвы и гидравлической проводимости являются относительно постоянными процессом консолидации. Большинство грунтов, для которых применяется эта теория, в начале процесса консолидации относительно плотные, так что объемная деформация является небольшой. Для таких грунтов, сжимаемость и гидравлическая проводимость могут изменятся только в пределах небольших процентов, при этом постоянно взаимодействуя друг с другом [5]. Поскольку в выводе теории Терцаги было допущено несколько упрощений, то применение этой теории во многих практических проблемах, особенно в отношении мягких глин, может привести к значительным ошибкам. В частности, предположение о постоянном значении коэффициента консолидации, в процессе консолидации является одним из основных ограничений теории Терцаги. Кроме того, коэффициент консолидации определяется на основе нескольких эмпирических соотношений, а также с использованием графических процедур, носящих эмпирический характер [3]. Не так давно были достигнуты новые результаты в численном решении комплекса задач и нелинейных уравнений в частных производных и в привидении их к более реалистичным показателям, но с минимальным упрощением для физических явлений, таких как консолидация. В последние несколько десятилетий были предприняты некоторые попытки для преодоления основных недостатков теории Терцаги.
Цель работы:
Оценить методом компьютерного моделирования взаимное влияние близко расположенных зданий на осадку грунтов в пределах площадки строительства первой очереди жилого комплекса «Планетоград».
- изучение инженерно-геологических условий участка работ,
- изучение гидрогеологических условий участка работ,
- получение сведений о прочностных и деформационных характеристиках грунта,
- проведение расчетов и построение модели,
- оценка рисков осадки грунта основания,
- выработка рекомендации по минимизации рисков
Научная новизна:
В результате проведенных исследований расширена область применения теории фильтрационной консолидации для расчета дополнительной осадки зданий с плитными фундаментами на разной глубине заложения и при строительстве на соседних площадках. Установлено, что изменение фильтрационных характеристик грунтов оснований может привести к аварийным ситуациям при эксплуатации зданий и сооружений [2]. Доказана необходимость определения коэффициентов фильтрации грунтов по двум взаимно-перпендикулярным направлениям при инженерногеологических изысканиях для выявления и учета фильтрационной анизотропии при проектировании оснований и фундаментов^
Теоретическая и практическая значимость работы:
В настоящее время особую актуальность приобрели проблемы строительства новых и реконструкции существующих объектов в районах распространения слабых водонасыщенных грунтов. При этом возникают не только технологические трудности, связанные с производством работ в особых условиях распространения слабых грунтов, но и повышенные требования к проектным решениям в этой области, как на стадии конструирования, так и во время расчета. В целом проблема является весьма многогранной и, в частности, связана с использованием в основании таких конструкций глинистых водонасыщенных грунтов, для которых свойственны неоднородность, фильтрационная анизотропия и способность разжижаться при нарушении структуры из-за содержания воды.
В связи с этим исследование несущей способности водонасыщенного глинистого грунта в основании сооружений в процессе фильтрационной консолидации является актуальной геотехнической проблемой, имеющей существенное практическое значение и определяющей, в значительной степени, эффективность капитальных вложений, надёжность и нормальную эксплуатацию сооружений. Однако, несмотря на успешное строительство и эксплуатацию многих промышленных и гражданских сооружений, построенных на слабых водонасыщенных грунтах, на практике приходится сталкиваться с авариями и большими деформациями подобных сооружений [2]. Причем анализ показывает, что причина аварий кроется в неправильной информации о неоднородности грунтов.
Методология и методы исследования:
Теория линейной и упругой консолидации, разработанная Карлом Терцаги, обычно используется для оценки характеристик консолидации мелкозернистой почвы. Были предприняты значительные меры для лучшего понимания того, как происходит консолидация в грунте и какие факторы влияют на этот процесс. Карл Терцаги был одним из первых, кто разработал аналитическую теорию для объяснения и прогнозирования любых процессов в мелкозернистых грунтах [4]. Основной задачей теории фильтрационной консолидации является определение осадки слоя грунта под действием сплошной нагрузки, а также определение времени, за которое произойдет эта осадка [2].
По итогам проделанной работы были решены следующие задачи:
Показан прогноз изменений деформации грунта на площадке строительства жилого комплекса в г. Санкт-Петербург.
Оценены риски развития осадки на объекте строительства с помощью компьютерного моделирования фильтрационной консолидации в несущих грунтах.
Изучены инженерно-геологические условия площадки и ГОСТы, СП и проектная документация.
Проведены расчёты осадки фундамента по СП 22.13330.2016 [16] методом конечных разностей, который имеет более широкое применение для сложных конструкций, для сложного взаиморасположения зданий. Результаты получились с небольшим расхождением, поэтому этот метод может использоваться для предварительной оценки рисков.
Выполнены расчёты и оценено взаимное влияние соседних фундаментов, расположенных на разной глубине, что трудно выполнимо для фундаментов сложной конфигурации с помощью рекомендаций СП 22.13330.2016 [16].
Выработаны рекомендации по минимизации рисков.
Показан прогноз изменений деформации грунта на площадке строительства жилого комплекса в г. Санкт-Петербург.
Оценены риски развития осадки на объекте строительства с помощью компьютерного моделирования фильтрационной консолидации в несущих грунтах.
Изучены инженерно-геологические условия площадки и ГОСТы, СП и проектная документация.
Проведены расчёты осадки фундамента по СП 22.13330.2016 [16] методом конечных разностей, который имеет более широкое применение для сложных конструкций, для сложного взаиморасположения зданий. Результаты получились с небольшим расхождением, поэтому этот метод может использоваться для предварительной оценки рисков.
Выполнены расчёты и оценено взаимное влияние соседних фундаментов, расположенных на разной глубине, что трудно выполнимо для фундаментов сложной конфигурации с помощью рекомендаций СП 22.13330.2016 [16].
Выработаны рекомендации по минимизации рисков.