Бесплатное скачивание авторефератов |
СКИДКА НА ДОСТАВКУ РАБОТ! |
Увеличение числа диссертаций в базе |
Снижение цен на доставку работ 2002-2008 годов |
Доставка любых диссертаций из России и Украины |
Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Механика грунтов и горных пород
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Донбасский государственный технический университет
На правах рукописи
КИРИЯК КОНСТАНТИН КОНСТАНТИНОВИЧ
УДК 624.121.537
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНЪЕКЦИОННОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ ГРУНТОВЫХ СТРУКТУР
Специальность 05.15.09 – Геотехническая и горная механика
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель
Должиков Петр Николаевич
доктор технических наук, профессор
Алчевск – 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….. | 3 |
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ОБ АКТИВИЗАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ ОПОЛЗНЕВЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО БЕРЕГА КРЫМА……………………………………………………………… |
9 |
1.1. Анализ инженерно-геологических свойств тела оползня и зоны скольжения. Общая характеристика оползней………………….. |
9 |
1.2. Причины и условия развития деформационных процессов оползневого грунтового массива………………………………… |
18 |
1.3. Анализ реологических процессов в вязкопластичных системах.. | 25 |
1.4. Анализ способов стабилизации оползневых процессов………… | 30 |
Выводы. Цель и задачи исследований, общая методика исследований……. | 40 |
РАЗДЕЛ 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СТАБИЛИЗАЦИИ ОПОЛЗНЕВЫХ ГРУНТОВ…………………………………………………… |
43 |
2.1. Аналитические исследования геомеханических процессов в области скольжения………………………………………………. |
43 |
2.2. Исследование наиболее рациональной области инъектирования | 51 |
2.3. Обоснование эффективности напорной цементации грунтов в зоне скольжения оползня ………………………………………… |
59 |
2.4. Моделирование оползневого склона методом конечных элементов…………………………………………………………… |
66 |
Выводы…………………………………………………………………………. | 78 |
РАЗДЕЛ 3. ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ГРУНТОВ И ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНЪЕКЦИОННОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ……………………………………………….. |
79 |
3.1. Исследование свойств оползневых грунтов южного берега Крыма.................................................................................................. |
79 |
3.2. Критерии подобия и физическое моделирование оползневых процессов…………………………………………………………… |
88 |
3.3. Анализ кинетики оползневого процесса ………………………… | 95 |
3.4. Исследования процессов консолидации оползневых грунтов….. | 103 |
3.4.1. Общие положения процессов консолидации грунтов……. | 103 |
3.4.2. Исследования процессов консолидации грунтов………… | 105 |
3.4.3. Исследования оползневых грунтов при их инъекционной стабилизации……………………………………………………… |
117 |
Выводы……………..…………………………………………………………… | 123 |
РАЗДЕЛ 4. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ РАБОТЫ ПО ИНЪЕКЦИОННОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ |
125 |
4.1. Методика проектирования параметров инъекционной стабилизации оползня……………………………………………... |
125 |
4.1.1. Пример расчета стабилизации оползневых процессов методом напорной цементации…………………………………... |
133 |
4.2. Технологическая схема производства инъекционных работ…… | 144 |
4.3. Опытно-промышленные работы по стабилизации оползней методом напорной цементации…………………………................ |
147 |
4.3.1. Противооползневые сооружения на территории базы «Могаби» в п.г.т. Ливадия………………………………………... |
148 |
4.3.2. Противооползневые сооружения по ул. 1-го Мая в п.г.т. Алупка……………………………………………………....... |
158 |
4.4. Технико-экономическая эффективность результатов исследований………………………………………………………. |
168 |
Выводы……………...…………………………………………………………. | 174 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………… | 175 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………….. | 177 |
ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………….. | 186 |
ВВЕДЕНИЕ
Большая часть территории Украины подвержена действию экзогенных геологических процессов, что обусловлено её геологическим строением и геоморфологическими условиями. Обширное распространение среди указанных опасных геологических процессов получили оползневые процессы, количество которых уже превысило 20 тыс. и постоянно увеличивается. Развитие и распространение оползневых явлений обусловлено влиянием эндогенных, экзогенных и техногенных факторов, особенно в Крыму.
Оползневые процессы на сегодняшний день распространены на территориях Черновицкой, Одесской, Закарпатской, Полтавской, Ивано-Франковской областей, на побережьях Азовского и Черного морей. Так как на всей территории Украины развитие опасных инженерно-геологических процессов приводит к значительным разрушениям и катастрофическим последствиям, проводится изучение причин возникновения и степени опасности оползней.
На всей территории Украины выполняются комплексные мероприятия инженерной защиты по предотвращению и предупреждению активизации склоновых гравитационных процессов природного и техногенного характера.
Сегодня все виды сооружений инженерной защиты основываются на механической стабилизации гравитационных процессов за счет жесткости основных несущих элементов.
Однако существующие физико-химические способы закрепления грунтов позволяют увеличить их прочность и устойчивость. Так, применение напорной цементации грунтов для стабилизации оползней позволит увеличить физико-механические характеристики зоны скольжения и стабилизировать оползневые грунты.
Задача изменения физико-механических характеристик зоны скольжения оползня может быть решена на основе развития и применения метода напорной цементации грунтов совместно с методикой расчета устойчивости оползней.
Поэтому, актуальность работы состоит в обосновании технологических параметров способа инъекционного закрепления оползнеопасных грунтовых структур.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Диссертационная работа выполнена в ДонГТУ в соответствии с Государственной бюджетной программой по прикладным исследованиям и разработкам в высших учебных заведениях в рамках научно-исследовательской темы №194Д «Разработка способов стабилизации аварийно-опасных участков грунтовой толщи при строительстве и эксплуатации промышленных и гидротехнических объектов» (№ГР 0111U001744) и хоздоговорной темы №2915 «Исследования процесса стабилизации оползней методом напорной цементации в условиях ЮБК» (№ГР 0111U007436), в которых соискатель проводил исследования как исполнитель.
Цель работы – обоснование параметров способа инъекционной стабилизации оползнеопасных грунтовых структур.
Для достижения цели работы были поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ состояния вопроса об активизации и стабилизации оползневых систем в условиях южного берега Крыма (ЮБК).
2. Аналитические исследования геомеханических процессов при стабилизации оползневых грунтов.
3. Исследования свойств грунтов и физическое моделирование инъекционной стабилизации оползневых процессов.
4. Разработка методики проектирования стабилизации оползневых процессов методом напорной цементации.
5. Проведение опытно-промышленных работ по стабилизации оползневых процессов в грунтах в условиях ЮБК.
Основная идея работы состоит в учете закономерности изменения деформационных характеристик зоны скольжения при разработке геомеханической модели и расчете параметров инъекционной стабилизации оползневого массива.
Объект исследований – напряженно-деформированное состояние массива оползневых грунтов.
Предмет исследований – физико-механические свойства грунтов и распределение касательных напряжений в зоне скольжения и в оползневом теле.
Методы исследований. Методическую основу исследований составляет комплексный подход, который включает в себя анализ и обобщение литературных данных по теме работы, аналитические, лабораторные и натурные исследования, выполненные с целью разработки методики инъекционного закрепления оползнеопасных грунтовых структур.
Основные научные положения, которые защищаются в диссертации.
1. Значения касательных напряжений увеличиваются в 2-2,5 раза на начальном участке зоны продольного сдвига оползня и затухают в языковой части за счет инъекции, которая осуществляется в области равенства сдвигающих и удерживающих сил, при увеличении коэффициента устойчивости в 1,2-1, 3 раза, что позволяет определить рациональный участок закрепления оползневого грунта.
2. Изменение приращений объемной массы скелета
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является завершённой научно-исследовательской работой, в которой на основе впервые установленных закономерностей повышения устойчивости оползневых грунтов способом напорной цементации, обоснованы рациональные геометрические и технологические параметры стабилизации оползней с учетом структурно-геологических, гидрогеологических и горно-технологических факторов, что позволило решить актуальную научно-техническую задачу по обоснованию технологических параметров инъекционной стабилизации оползнеопасных грунтовых структур, что имеет важное значение для поддержания безопасной эксплуатации объектов, находящихся на оползневых и оползнеопасных склонах в районе южного берега Крыма.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Аналитически и экспериментально доказано существование в оползневом грунте вязкопластичной зоны скольжения и области с равенством сдвигающих и удерживающих сил, что позволило обосновать эффективность напорной цементации оползней и определить наиболее рациональную область инъектирования.
2. Впервые методом компьютерного моделирования установлена закономерность изменения касательных напряжений и деформаций в зоне скольжения и в оползневом теле после инъекционного закрепления грунта.
3. Доказано, что применение напорной цементации для стабилизации оползневых грунтов приводит к изменению напряженно-деформированного состояния зоны скольжения и трансформации деформаций из вязкопластичных в упругожесткие. Впервые введен коэффициент повышения устойчивости оползневого грунта, составляющий 1,5-2,0.
4. Экспериментально подтвержден колебательный процесс затухающего деформирования оползня и определены критерии развития деформаций грунта во времени.
5. Лабораторными методами доказано изменение приращений объемной массы скелета образцов грунта при фильтрационной консолидации в зависимости от влажности. Установлено, что значения объемной массы скелета оползневых грунтов в результате уплотнения при оптимальной влажности увеличиваются на 0,15-0,20 г/см3.
6. Доказано изменение сдвиговых характеристик оползневых грунтов усиленных методом напорной цементации: удельное сцепление уплотненного водонасыщенного глинистого грунта увеличилось в 1,45-2,0 раза, угол внутреннего трения на 2-30, модуль деформации увеличивается в 1,3-1,8 раза. Установленные эмпирио-аналитические зависимости позволяют определить изменение физико-механических характеристик и коэффициента консолидации грунта в зависимости от давления нагнетания раствора.
7. Разработана новая методика проектирования параметров напорной цементации оползневых грунтов с целью стабилизации деформационного процесса.
8. Выполнены опытно-промышленные работы по стабилизации оползневых грунтов на объектах «Могаби» и климатопавильона в п.г.т Алупка. Ожидаемый экономический эффект при применении метода напорной цементации, в условиях южного берега Крыма, составит