Construction and Geotechnics

Известно, что в результате устройства подземных выработок на земной поверхности образуется чашеобразная впадина, вызванная перемещением грунта в выработанное пространство. Поперечное сечение этой впадины, проведенное в нормальном по отношению к простиранию выработки направлении, имеет седлообразную форму. Данное обстоятельство подтверждается многочисленными результатами теоретических исследований и натурных наблюдений. В статье приведено аналитическое решение задачи о распределении напряжений в однородном изотропном грунтовом массиве при асимптотически затухающем перемещении на участке его границы. Полученное решение может быть использовано для определения напряжений, возникающих в грунтовом массиве за счет его подработки подземными выработками. Для построения аналитического решения использованы методы теории функций комплексного переменного (методы Колосова - Мусхелишвили). Выражения для компонент напряжения и деформации, зависящие от коэффициента Пуассона, определены на основе решения второй основной граничной задачи плоской теории упругости для полуплоскости, что является очень важным ввиду достаточно большого отличия численных значений этой характеристики для различных видов скальных грунтов. Приведены графические изображения изолиний напряжений. Для построения картин изолиний напряжений использована математическая оболочка Maple. Частными случаями приведенных решений являются решения задач о напряженно-деформированном состоянии упругой полуплоскости при равномерном и линейном перемещениях участка границы полуплоскости. Суммированием приведенных в статье компонент напряжения и деформации можно получить решение аналогичной задачи при асимптотическом стремлении перемещения к некоторому постоянному значению (равномерному перемещению).

Рассмотрена проблема обеспечения устойчивости зданий и сооружений на склоновых территориях. Некорректная оценка устойчивости склона может привести к возникновению аварийной ситуации, которая в условиях плотной застройки может затронуть существующие здания, ранее находящиеся в устойчивом состоянии. В настоящее время для прогнозирования устойчивости склонов широко применяется метод конечных элементов, реализованный в различных программных комплексах. Целью исследования являлся выбор оптимального решения по обеспечению устойчивости склона, сложенного аргиллитоподобными глинами. Для достижения поставленной цели авторами были решены следующие задачи: выполнен обзор изученности вопроса обеспечения устойчивости склонов; произведен патентный поиск и выполнен анализ его результатов; произведен анализ архивных данных отчетов по исследуемому объекту, определены исходные данные для расчетов и численного моделирования в программном комплексе Plaxis 2D; по результатам первой серии численных экспериментов определены факторы, оказавшие существенное воздействие на формирование аварийной ситуации на объекте исследования; по результатам второй серии численных экспериментов выбрана оптимальная технология обеспечения устойчивости склона. В инженерно-геологическом строении территории г. Перми принимают участие аргиллитоподобные глины раннепермского возраста, несущая способность которых при водонасыщении снижается. Это может приводить к потере устойчивости склона, сложенного аргиллитоподобными глинами, что было подтверждено результатами первой серии численных экспериментов. В результате проведения второй серии численных экспериментов наиболее рациональным из рассмотренных методов обеспечения устойчивости склона был принят метод с использованием двух рядов из грунтоцементных свай, расположенных в разных частях склона.

Водоразборная арматура вентильного типа, оснащенная плоским запорным элементом, в эксплуатационных условиях работает практически без утечек воды. Для повышения регулирующей способности разработан запорный элемент с проходным отверстием в форме «изогнутой капли». Результаты исследований гидравлических характеристик истечения жидкости через отверстия различной формы, выполненных методами математического моделирования и физического эксперимента, представлены в научных публикациях российских и зарубежных специалистов. Однако закономерности истечения жидкости через проходное отверстие в форме «изогнутой капли» исследованы не в полной мере. Это сдерживает решение задач проектирования водоразборной арматуры вентильного типа с высокорегулирующей способностью. Разработана математическая модель, включающая описание проходного отверстия в форме «изогнутой капли» и определяющая численный эксперимент по определению гидравлических характеристик истечения жидкости. В рамках математического и физического экспериментов определены геометрические параметры проходного отверстия в форме «изогнутой капли», обеспечивающие изменение расхода воды пропорционально его открыванию. В процессе реализации физического эксперимента установлены гидравлические характеристики истечения жидкости через отверстие в форме «изогнутой капли»: коэффициент местного сопротивления ζ, коэффициент скорости φ, коэффициент сжатия ε, коэффициент расхода μ, расход воды q при различных давлениях. Экспериментально установлено, что вентильная головка, оснащенная запорным элементом с проходным отверстием в форме «изогнутой капли», характеризуется высокой регулирующей способностью. В диапазоне поворота рукояти от 30° до 180° при давлении 0,05 МПа расход воды изменяется в среднем на 1,2 % на 1° регулирования, а при давлении 0,3 МПа - на 1,4 % на 1° регулирования.

Представлены результаты анализа применения геосинтетических оболочек в строительстве, в частности: при строительстве искусственных островов, плотин, подпорных стен, автомобильных дорог и железнодорожных путей, устройстве оснований фундаментов на слабых грунтах, а также обезвоживании донных отложений и других суспензий с последующим их использованием или захоронением. Описана технология строительства искусственных островов с помощью геооболочек, включающая в себя подготовку участка строительства, удаление острых предметов, установку защитного слоя, наполнение оболочек на специальных баржах при помощи землесосного снаряда и размещение их в необходимом месте, послойную укладку оболочек с заполнением пустот грунтом, покрытие образованной конструкции защитным слоем из геотекстиля и слоем каменной наброски с дальнейшим намывом грунта в пространство, образованное плотиной, проведением коммуникаций и строительством на поверхности искусственной суши. Приведены фрагмент кладки геооболочек при возведении дамбы вокруг будущей суши, отображающий возможность расположения геосинтетических оболочек в несколько рядов по горизонтали и вертикали для достижения необходимых параметров конструкции, и поперечное сечение защитного геотекстильного слоя с якорными трубами по краям, заполненными донными отложениями, и геооболочкой. Представлен порядок производства работ при сооружении плотин из геосинтетических оболочек. Выявлены преимущества обезвоживания и утилизации донных отложений и жидких отходов с помощью геосинтетических оболочек, заключающиеся в экологичности, экономичности по сравнению с аппаратными методами, малой численности персонала, небольшой продолжительности работ, высокой скорости закачки пульпы, комплексности технологических процессов и возможности дальнейшего использования оболочек. Приведена систематизированная технология обезвоживания отходов, снабженная подробными комментариями каждого шага и дополненная изображением поперечного сечения полигона с оболочкой. На основании проведенного патентного исследования выявлены и охарактеризованы перспективные направления использования геосинтетических оболочек.

Статья посвящена совершенствованию метода прогнозирования продольной ровности покрытия автомобильных дорог. Целью исследования являлось совершенствование методики прогнозирования индекса продольной ровности покрытия автомобильной дороги с учетом отрицательных погодно-климатических факторов, состава движения, а также уровня содержания. Авторами проведен широкий анализ и классификация отечественных и зарубежных методик прогнозирования изменения продольной ровности покрытия автомобильных дорог. Предложено повысить точность прогнозирования ровности покрытия на основе совершенствования известной линейной многофакторной модели, прогнозирующей изменение международного индекса ровности IRI (International Roughness Index) в зависимости от интенсивности движения и начального состояния покрытия, за счет включения в нее дополнительных факторов. В качестве факторов предлагается использовать данные о качественном составе транспортного потока, а именно - об уровне воздействия тяжелых грузовых автомобилей, уровне погодно-климатических воздействий на покрытие, а также уровне содержания автомобильных дорог. В качестве инструмента обработки данных предлагается многофакторный линейный регрессионный анализ в Deductor Studio. На основе статистических расчетов установлено, что введение в корреляционно-регрессионную модель указанных дополнительных факторов позволяет повысить точность прогнозирования международного индекса ровности (IRI) покрытия автомобильной дороги. Представлены результаты использования усовершенствованной модели на ряде автомобильных дорог Волгоградской области, позволяющие судить о статистической значимости полученной модели на основе увеличивающегося множественного коэффициента корреляции и снижающейся средней абсолютной ошибки при верификации результатов. Совершенствование прогнозирования изменения продольной ровности покрытия на стадии технико-экономических расчетов будет способствовать повышению объективности принятия решений при управлении транспортно-эксплуатационным состоянием автомобильных дорог.

На сегодняшний день все большее распространение получают системы грунтовых теплообменников для отопления и охлаждения зданий. В России такие системы практически не используются. Это связано в основном с невысокой стоимостью энергоресурсов и отсутствием нормативной базы. Для расчета систем грунтовых теплообменников важно знать теплофизические свойства грунтового основания, в частности теплопроводность. Отечественных нормативов для определения таких характеристик в талых грунтах не существует. Актуальные иностранные методики расчета либо обладают низкой сходимостью с экспериментальными данными, либо разработаны для определенного вида грунтов. Кроме того, существующие методы в основном являются эмпирическими и не пытаются объяснить механизм теплообмена в грунтах. Отсюда возникает потребность в разработке более универсального метода для прогнозирования и оценки процессов теплообмена грунтового основания. В данной статье представлена новая модель для расчета теплопроводности грунтов и приведены основные положения для выведения аналитических формул. Представленная модель дает возможность учитывать плотность, влажность и температуру грунтового основания. Методика, описанная в работе, позволяет обойтись нетрудоемкими экспериментами для определения теплопроводности основания. Пошагово представлена методика аналитического расчета и приведены все необходимые формулы. Предложены два варианта использования метода: 1) менее точный, для предварительной оценки, без необходимости отбора дополнительных образов и проведения экспериментов; 2) более точный, с проведением как минимум одного эксперимента с образцом нарушенной или ненарушенной структуры. Приведены результаты сравнения расчетных значений теплопроводности с экспериментальными данными. Сделаны выводы о применимости модели.

Приведено описание разработанных способов испытания свай в составе фундаментов существующих зданий. Первый способ испытаний позволяет сохранить сформировавшееся за время эксплуатации здания напряженно-деформируемое состояние вмещающего сваю массива грунта и тем самым повысить достоверность определения несущей способности. Это достигается тем, что со стороны противоположных углов поперечного сечения ствола сваи поочередно выполняют две прорези, в каждую из которых устанавливают домкраты, перерезают арматуру, размещенную в двух других углах поперечного сечения ствола, а отделение сваи от ростверка выполняют за счет растяжения оставшегося бетонного сечения ствола сваи при начале статического нагружения. В ходе испытаний предельное сопротивление сваи, испытанной по предложенному способу, оказалось от 5 до 7,1 % больше, чем для свай, испытанных по ГОСТ 5686-2012. Второй способ учитывает влияние смежных свай на испытуемую. Это достигается тем, что перед отделением сваи от ростверка на испытуемую и смежные сваи устанавливают приборы для измерения деформаций - экстензометры, с помощью которых в ходе испытания регистрируют изменение напряженного состояния стволов свай, благодаря чему оценивается наличие и величина влияния смежных свай на испытуемую. Кроме того, в ходе испытаний определяют фактическую нагрузку, действующую на испытуемую сваю в составе фундамента, что является необходимым условием разработки проекта реконструкции сооружения. Предложенные способы статических испытаний свай в фундаментах существующих зданий могут быть использованы при проведении обследования для разработки проектов по реконструкции и техническому перевооружению существующих зданий.