Визначення раціональних параметрів підпірних конструкцій із ґрунтоцементних паль на зсувонебезпечних схилах
Loading...
Date
2020
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. У статті передбачено розробити метод визначення раціональних параметрів підпірних конструкцій з ґрунтоцементних паль на зсувонебезпечних схилах. Методика. Для досягнення поставленої мети автори виконали порівняльні розрахунки скінченно-елементних моделей зсувонебезпечного шаруватого схилу з влаштуванням підпірних конструкцій із ґрунтоцементних паль: вертикальних, розташованих під кутом до вертикальної осі, об’єднаних бетонним ростверком, без ростверку, різного діаметру, із різною відстанню між палями, але однакової довжини, що обумовлена розташуванням визначеної за попередніми розрахунками поверхні ковзання. Результати. За результатами розрахунків контактної задачі взаємодії ґрунтового масиву та підпірної конструкції було отримано закономірності формування міцності та стійкості зсувонебезпечного укріпленого схилу, що дає можливість прогнозування його геомеханічної стійкості залежно від можливого розташування кривої поверхні ковзання. Обґрунтовано спосіб підвищення коефіцієнта стійкості ґрунтового схилу залежно від варіації параметрів ґрунтоцементної підпірної пальової конструкції. Чисельними розрахунками обґрунтовано параметри ґрунтоцементних пальових підпірних конструкцій – довжину паль, діаметр паль, відстань між палями, кут їх нахилу та доцільність об’єднання паль бетонним ростверком. Наукова новизна. Уперше отримано закономірності формування міцності та стійкості ґрунтоцементної підпірної конструкції для укріплення зсувонебезпечних схилів, що дає можливість прогнозування їх геомеханічної стійкості залежно від можливого розташування кривої поверхні ковзання. Також уперше встановлено залежності зміни абсолютних зміщень, відносних деформацій, коефіцієнтів запасу міцності, стійкості та напружень за Мізесом в елементах підпірних конструкцій із ґрунтоцементних паль від кута їх нахилу, відстані між палями та наявності бетонного ростверку, що їх об’єднує. Набули подальшого розвитку методи оцінки та прогнозування зсувонебезпечності ґрунтових схилів, що дозволило обґрунтувати спосіб підвищення коефіцієнта запасу стійкості залежно від варіації параметрів ґрунтоцементної підпірної конструкції. Уперше обґрунтовано параметри способу підвищення стійкості зсувонебезпечного схилу з пальовими підпірними конструкціями на основі комплексного математичного та відцентрового моделювання з використанням реальних ґрунтів зсувонебезпечного схилу та критеріїв подібності. Практична значимість. Автори розробили та запатентували метод укріплення зсувонебезпечних схилів за допомогою ґрунтоцементних паль, об’єднаних бетонним ростверком та розташованих перпендикулярно до вектора руху тіла зсуву.
RUS: Цель. В статье предусмотрено разработать метод определения рациональных параметров подпорных конструкций из грунтоцементных свай на оползнеопасных склонах. Методика. Для достижения поставленной цели авторы выполнили сравнительные расчеты конечно-элементных моделей оползнеопасного слоистого склона с устройством подпорных конструкций из грунтоцементных свай: вертикальных, расположенных под углом к вертикальной оси, объединенных бетонным ростверком, без ростверка, различного диаметра, с разным расстоянием между сваями, но одинаковой длины, которая обусловлена расположением определенной по предварительным расчетам поверхности скольжения. Результаты. По результатам расчета контактной задачи взаимодействия грунтового массива и подпорной конструкции были получены закономерности формирования прочности и устойчивости оползнеопасного укрепленного склона, что дает возможность прогнозирования его геомеханической устойчивости в зависимости от возможного расположения кривой поверхности скольжения. Обоснован способ повышения коэффициента устойчивости почвенного склона в зависимости от вариации параметров грунтоцементной подпорной свайной конструкции. Численными расчетами обоснованы параметры грунтоцементных свайных подпорных конструкций – длина свай, диаметр свай, расстояние между сваями, угол их наклона и целесообразность объединения свай бетонным ростверком. Научная новизна. Впервые получены закономерности формирования прочности и устойчивости грунтоцементной подпорной конструкции для укрепления оползнеопасных склонов, что дает возможность прогнозирования их геомеханической устойчивости в зависимости от возможного расположения кривой поверхности скольжения. Также впервые установлены зависимости изменения абсолютных смещений, относительных деформаций, коэффициентов запаса прочности, устойчивости и напряжений по Мизесу в элементах подпорных конструкций из грунтоцементных свай от угла их наклона, расстояния между сваями и наличия бетонного ростверка, который их объединяет. Получили дальнейшее развитие методы оценки и прогнозирования оползнеопасности почвенных склонов, что позволило обосновать способ повышения коэффициента запаса устойчивости в зависимости от вариации параметров грунтоцементной подпорной конструкции. Впервые обоснованы параметры способа повышения устойчивости оползнеопасных склонов со свайными подпорными конструкциями на основании комплексного математического и центробежного моделирования с использованием реальных почв оползнеопасного склона и критериев подобия. Практическая значимость. Авторы разработали и запатентовали метод укрепления оползнеопасных склонов с помощью грунтоцементных свай, объединенных бетонным ростверком, расположенных перпендикулярно вектору движения тела оползня.
ENG: Purpose. The article proposes a method for determining the rational parameters of supporting structures made of soil-cement piles on landslide-prone slopes. Methodology. To achieve this purpose, the authors performed comparative calculations of finite-element models of landslide-prone layered slope with the arrangement of supporting structures of soil-cement piles: vertical, located at an angle to the vertical axis, combined with a concrete grillage, with-out grillage, with different diameters, with different distances between piles, but of the same length, which is justi-fied by the location determined by preliminary calculations of the sliding surface. Findings. According to the results of calculating the contact problem of the interaction of the soil mass and the supporting structure, the regularities of formation of strength and stability of the reinforced landslide-prone slope were obtained, which makes it possible to predict its geomechanical stability depending on the possible location of the sliding surface curve. The method of increasing the stability coefficient of the soil slope depending on the variation of the parameters of the soil-cement supporting pile structure is substantiated. Numerical calculations substantiate the parameters of soil-cement pile supporting structures – the length of the piles, their diameter, the distance between the piles, the angle of their inclination and the feasibility of combining the piles with a concrete grillage. Originality. For the first time, the formation regularities of strength and stability of soil-cement supporting structure for strengthening the landslide-prone slopes are obtained, which makes it possible to predict their geomechanical stability depending on the possible location of the sliding surface curve. For the first time, the dependences of changes in absolute displacements, relative deformations, coefficients of strength, stability, as well as Mises stresses in the elements of supporting structures of soil-cement piles on the angle of their inclination, distance between piles and the presence of a concrete grillage that joins them. Methods for assessing and predicting the landslide danger of soil slopes were further developed, which allowed to substantiate the method of increasing the strength coefficient depending on the variation of the parameters of the soil-cement supporting structure. For the first time, the parameters of the method of increasing the stability of landslide-prone slopes with pile supporting structures based on the complex mathematical and centrifugal modeling using real landslides and similarity criteria are substantiated. Practical value. The authors have developed and patented a method of strengthening landslide slopes with the help of soil-cement piles, combined with a concrete grillage, located perpendicular to the movement vector of the landslide body.
RUS: Цель. В статье предусмотрено разработать метод определения рациональных параметров подпорных конструкций из грунтоцементных свай на оползнеопасных склонах. Методика. Для достижения поставленной цели авторы выполнили сравнительные расчеты конечно-элементных моделей оползнеопасного слоистого склона с устройством подпорных конструкций из грунтоцементных свай: вертикальных, расположенных под углом к вертикальной оси, объединенных бетонным ростверком, без ростверка, различного диаметра, с разным расстоянием между сваями, но одинаковой длины, которая обусловлена расположением определенной по предварительным расчетам поверхности скольжения. Результаты. По результатам расчета контактной задачи взаимодействия грунтового массива и подпорной конструкции были получены закономерности формирования прочности и устойчивости оползнеопасного укрепленного склона, что дает возможность прогнозирования его геомеханической устойчивости в зависимости от возможного расположения кривой поверхности скольжения. Обоснован способ повышения коэффициента устойчивости почвенного склона в зависимости от вариации параметров грунтоцементной подпорной свайной конструкции. Численными расчетами обоснованы параметры грунтоцементных свайных подпорных конструкций – длина свай, диаметр свай, расстояние между сваями, угол их наклона и целесообразность объединения свай бетонным ростверком. Научная новизна. Впервые получены закономерности формирования прочности и устойчивости грунтоцементной подпорной конструкции для укрепления оползнеопасных склонов, что дает возможность прогнозирования их геомеханической устойчивости в зависимости от возможного расположения кривой поверхности скольжения. Также впервые установлены зависимости изменения абсолютных смещений, относительных деформаций, коэффициентов запаса прочности, устойчивости и напряжений по Мизесу в элементах подпорных конструкций из грунтоцементных свай от угла их наклона, расстояния между сваями и наличия бетонного ростверка, который их объединяет. Получили дальнейшее развитие методы оценки и прогнозирования оползнеопасности почвенных склонов, что позволило обосновать способ повышения коэффициента запаса устойчивости в зависимости от вариации параметров грунтоцементной подпорной конструкции. Впервые обоснованы параметры способа повышения устойчивости оползнеопасных склонов со свайными подпорными конструкциями на основании комплексного математического и центробежного моделирования с использованием реальных почв оползнеопасного склона и критериев подобия. Практическая значимость. Авторы разработали и запатентовали метод укрепления оползнеопасных склонов с помощью грунтоцементных свай, объединенных бетонным ростверком, расположенных перпендикулярно вектору движения тела оползня.
ENG: Purpose. The article proposes a method for determining the rational parameters of supporting structures made of soil-cement piles on landslide-prone slopes. Methodology. To achieve this purpose, the authors performed comparative calculations of finite-element models of landslide-prone layered slope with the arrangement of supporting structures of soil-cement piles: vertical, located at an angle to the vertical axis, combined with a concrete grillage, with-out grillage, with different diameters, with different distances between piles, but of the same length, which is justi-fied by the location determined by preliminary calculations of the sliding surface. Findings. According to the results of calculating the contact problem of the interaction of the soil mass and the supporting structure, the regularities of formation of strength and stability of the reinforced landslide-prone slope were obtained, which makes it possible to predict its geomechanical stability depending on the possible location of the sliding surface curve. The method of increasing the stability coefficient of the soil slope depending on the variation of the parameters of the soil-cement supporting pile structure is substantiated. Numerical calculations substantiate the parameters of soil-cement pile supporting structures – the length of the piles, their diameter, the distance between the piles, the angle of their inclination and the feasibility of combining the piles with a concrete grillage. Originality. For the first time, the formation regularities of strength and stability of soil-cement supporting structure for strengthening the landslide-prone slopes are obtained, which makes it possible to predict their geomechanical stability depending on the possible location of the sliding surface curve. For the first time, the dependences of changes in absolute displacements, relative deformations, coefficients of strength, stability, as well as Mises stresses in the elements of supporting structures of soil-cement piles on the angle of their inclination, distance between piles and the presence of a concrete grillage that joins them. Methods for assessing and predicting the landslide danger of soil slopes were further developed, which allowed to substantiate the method of increasing the strength coefficient depending on the variation of the parameters of the soil-cement supporting structure. For the first time, the parameters of the method of increasing the stability of landslide-prone slopes with pile supporting structures based on the complex mathematical and centrifugal modeling using real landslides and similarity criteria are substantiated. Practical value. The authors have developed and patented a method of strengthening landslide slopes with the help of soil-cement piles, combined with a concrete grillage, located perpendicular to the movement vector of the landslide body.
Description
О. Тютькін: ORCID 0000-0003-4921-4758; Д. Ігнатенко: ORCID 0000-0001-6805-6703
Keywords
ґрунтоцементні палі, бетонний ростверк, скінченно-елементне моделювання, зсувонебезпечний схил, коефіцієнт стійкості схилу, грунтоцементные сваи, бетонный ростверк, конечно-элементное моделирование, оползнеопасный склон, коэффициент устойчивости склона, soil-cement piles, concrete grillage, finite element modeling, landslide slope, slope stability coeffi-cient, КМТ
Citation
Тютькін О. Л., Ігнатенко Д. Ю. Визначення раціональних параметрів підпірних конструкцій із ґрунтоцементних паль на зсувонебезпечних схилах. Наука та прогрес транспорту. 2020. № 6 (90). С. 97–105. DOI: 10.15802/stp2020/225281.