Диссертация на соискание ученой степени доктора
геолого-минералогических наук. — Санкт-Петербург: Петербургский
государственный университет путей сообщения Институт
архитектурно-строительного проектирования, геотехники и
реконструкции (ПИ «Геореконструкция»), 2011. — 399 с.
Специальность 25.00.08 - "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение" Цель исследования заключается в выявлении закономерностей и разработке методологии прогнозирования деформационного поведения оснований, сложенных водонасыщенными глинистыми отложениями различного генезиса и возраста малой и средней степени литификации, при строительстве зданий и подземных сооружений для обеспечения безопасной эксплуатации окружающей застройки. Основная научная идея: деформации основания, сложенного водонасыщенными глинистыми отложениями малой и средней степени литификации, при техногенных нагрузках, связанных со строительной деятельностью, в значительной мере обусловлены процессами формоизменения (деформациями сдвига), скорость которых возрастает при нарушении природных структурных связей. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Установлено, что деформации формоизменения вносят существенный вклад в развитие деформаций оснований зданий и сооружений (включая подземные сооружения), который необходимо учитывать в расчетах.
Получено математическое описание закономерностей вязкопластического деформирования водонасыщенных глинистых отложений малой и средней степени литификации при техногенных квазистатических нагрузках, реализованное в вязкопластической модели, использующей стандартные испытания деформационного поведения грунтов и позволяющей с одним и тем же набором параметров моделировать существенно различающиеся по продолжительности квазистатические воздействия.
Предложена численная реализация вязкопластической модели, позволяющая отказаться от искусственного ограничения активной зоны и локализовать ее естественным образом, что дает возможность моделировать в рамках одной расчетной схемы взаимное влияние зданий на разнотипных фундаментах, а также зданий и глубоких котлованов.
Обоснована применимость предложенной модели для оснований, сложенных водонасыщенными глинистыми грунтами малой и средней степени литификации, путем сравнения результатов прогноза с данными лабораторных и полевых испытаний грунта, а также натурных исследований оснований при техногенных нагрузках на опытных площадках.
Сформулирован интегральный критерий обеспечения безопасности застройки, прилегающей к площадкам строительства зданий и подземных сооружений, от всей совокупности техногенных воздействий на грунты основания, который положен в основу научно-практического сопровождения нового строительства и реконструкции в условиях плотной городской застройки.
Разработана методология проектирования глубоких котлованов на урбанизированной территории, основу которой составляют расчеты конструкции ограждения и системы крепления по двум группам предельных состояний не только для обеспечения надежности этих конструкций, но и для обеспечения безопасности прилегающей застройки; для этого рассматривается два крайних случая состояния массива грунта: грунт сохраняет природную структуру (в этом случае расчет осуществляется по деформациям, с использованием интегрального критерия обеспечения безопасности соседней застройки); структурные связи в грунте нарушены (в этом случае проводится расчет по прочности соседней застройки и выбирается конструкция котлована, исключающая ее обрушение). Защищаемые научные положения:
В инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга для обеспечения безопасной эксплуатации городской застройки, в том числе архитектурно-исторических памятников и старинных зданий, при строительстве зданий и устройстве глубоких котлованов необходимо учитывать вязкопластический характер деформаций водонасыщенных глинистых отложений различного генезиса и возраста малой и средней степени литификации при обязательном ограничении развития дополнительных деформаций земной поверхности от совокупности наиболее значимых техногенных нагрузок.
Деформационное поведение водонасыщенных глинистых отложений малой и/или средней степени литификации в основании зданий и сооружений определяется не только процессом фильтрационной консолидации, но в значительной степени явлением формоизменения толщи грунтов в активной зоне, интенсивность которого зависит от степени разрушения структурных связей в деформирующихся грунтах.
Разработанная вязкопластическая модель позволяет повысить точность прогноза деформаций оснований зданий и сооружений благодаря независимому описанию поведения водонасыщенных глинистых грунтов при уплотнении и формоизменении и учету вязкости как функции их напряженного состояния.
Научно-практическое сопровождение строительства и реконструкции зданий и сооружений в пределах освоенных территорий при использовании предлагаемой расчетной модели в сочетании с инженерно-геологической информацией о природе прочности и деформируемости водонасыщенных глинистых грунтов малой и средней степени литификации в условиях квазистатического нагружения и/или разгрузки обеспечивает безопасность функционирования эксплуатируемых зданий в процессе освоения подземного пространства мегаполиса, при этом предлагается учитывать два состояния грунтов по величине вязкости, изменяющейся от исходного значения при сохранении природных структурных связей до минимального при их нарушении. Введение
Анализ особенностей инженерно-геологических условий города как факторов риска для строительства, реконструкции и эксплуатации зданий и сооружений
Исследования изменения напряженно-деформированного состояния водонасыщенных глинистых грунтов в процессе их статического нагружения и разгрузки в натурных условиях
Водонасыщенный глинистый грунт как вязкопластическая среда
Методологические основы расчета оснований и сооружений для повышения безопасности их строительства и эксплуатации
Специальность 25.00.08 - "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение" Цель исследования заключается в выявлении закономерностей и разработке методологии прогнозирования деформационного поведения оснований, сложенных водонасыщенными глинистыми отложениями различного генезиса и возраста малой и средней степени литификации, при строительстве зданий и подземных сооружений для обеспечения безопасной эксплуатации окружающей застройки. Основная научная идея: деформации основания, сложенного водонасыщенными глинистыми отложениями малой и средней степени литификации, при техногенных нагрузках, связанных со строительной деятельностью, в значительной мере обусловлены процессами формоизменения (деформациями сдвига), скорость которых возрастает при нарушении природных структурных связей. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Установлено, что деформации формоизменения вносят существенный вклад в развитие деформаций оснований зданий и сооружений (включая подземные сооружения), который необходимо учитывать в расчетах.
Получено математическое описание закономерностей вязкопластического деформирования водонасыщенных глинистых отложений малой и средней степени литификации при техногенных квазистатических нагрузках, реализованное в вязкопластической модели, использующей стандартные испытания деформационного поведения грунтов и позволяющей с одним и тем же набором параметров моделировать существенно различающиеся по продолжительности квазистатические воздействия.
Предложена численная реализация вязкопластической модели, позволяющая отказаться от искусственного ограничения активной зоны и локализовать ее естественным образом, что дает возможность моделировать в рамках одной расчетной схемы взаимное влияние зданий на разнотипных фундаментах, а также зданий и глубоких котлованов.
Обоснована применимость предложенной модели для оснований, сложенных водонасыщенными глинистыми грунтами малой и средней степени литификации, путем сравнения результатов прогноза с данными лабораторных и полевых испытаний грунта, а также натурных исследований оснований при техногенных нагрузках на опытных площадках.
Сформулирован интегральный критерий обеспечения безопасности застройки, прилегающей к площадкам строительства зданий и подземных сооружений, от всей совокупности техногенных воздействий на грунты основания, который положен в основу научно-практического сопровождения нового строительства и реконструкции в условиях плотной городской застройки.
Разработана методология проектирования глубоких котлованов на урбанизированной территории, основу которой составляют расчеты конструкции ограждения и системы крепления по двум группам предельных состояний не только для обеспечения надежности этих конструкций, но и для обеспечения безопасности прилегающей застройки; для этого рассматривается два крайних случая состояния массива грунта: грунт сохраняет природную структуру (в этом случае расчет осуществляется по деформациям, с использованием интегрального критерия обеспечения безопасности соседней застройки); структурные связи в грунте нарушены (в этом случае проводится расчет по прочности соседней застройки и выбирается конструкция котлована, исключающая ее обрушение). Защищаемые научные положения:
В инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга для обеспечения безопасной эксплуатации городской застройки, в том числе архитектурно-исторических памятников и старинных зданий, при строительстве зданий и устройстве глубоких котлованов необходимо учитывать вязкопластический характер деформаций водонасыщенных глинистых отложений различного генезиса и возраста малой и средней степени литификации при обязательном ограничении развития дополнительных деформаций земной поверхности от совокупности наиболее значимых техногенных нагрузок.
Деформационное поведение водонасыщенных глинистых отложений малой и/или средней степени литификации в основании зданий и сооружений определяется не только процессом фильтрационной консолидации, но в значительной степени явлением формоизменения толщи грунтов в активной зоне, интенсивность которого зависит от степени разрушения структурных связей в деформирующихся грунтах.
Разработанная вязкопластическая модель позволяет повысить точность прогноза деформаций оснований зданий и сооружений благодаря независимому описанию поведения водонасыщенных глинистых грунтов при уплотнении и формоизменении и учету вязкости как функции их напряженного состояния.
Научно-практическое сопровождение строительства и реконструкции зданий и сооружений в пределах освоенных территорий при использовании предлагаемой расчетной модели в сочетании с инженерно-геологической информацией о природе прочности и деформируемости водонасыщенных глинистых грунтов малой и средней степени литификации в условиях квазистатического нагружения и/или разгрузки обеспечивает безопасность функционирования эксплуатируемых зданий в процессе освоения подземного пространства мегаполиса, при этом предлагается учитывать два состояния грунтов по величине вязкости, изменяющейся от исходного значения при сохранении природных структурных связей до минимального при их нарушении. Введение
Анализ особенностей инженерно-геологических условий города как факторов риска для строительства, реконструкции и эксплуатации зданий и сооружений
Исследования изменения напряженно-деформированного состояния водонасыщенных глинистых грунтов в процессе их статического нагружения и разгрузки в натурных условиях
Водонасыщенный глинистый грунт как вязкопластическая среда
Методологические основы расчета оснований и сооружений для повышения безопасности их строительства и эксплуатации