Деформационное взаимодействие панельных жилых домов с грунтом в зоне техногенного воздействия
Автор: Гусев Георгий Николаевич, Шардаков Игорь Николаевич, Барях Александр Абрамович, Глот Ирина Олеговна
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.16, 2023 года.
Бесплатный доступ
Проектирование, строительство и эксплуатация зданий в условиях техногенного воздействия, которое является следствием разработки полезных ископаемых, - комплекс сложных и наукоемких задач. В рамках исследования этого направления требуется осуществлять решение как задач математического моделирования процессов взаимодействия сооружений с грунтовым массивом в области подрабатываемых территорий, так и задач верификации численных решений посредством сравнения с данными мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) систем «здание-фундамент-грунтовое основание». Помимо всего прочего, решение задач осложняется наличием большого числа типов строительных сооружений, характер взаимодействия которых с грунтовым основанием существенным образом разнится. Более того, отличается деформационный отклик и сооружений на техногенное воздействие на подрабатываемой территории. В данной работе анализируется состояние строительных сооружений - панельных жилых домов, находящихся в зоне подрабатываемых территорий Верхнекамского месторождения калийных солей (г. Березники, Пермский край). Представлена математическая модель НДС системы «здание-фундамент-грунтовый массив», описывающая возможность упругого и неупругого деформирования, неидеальный контакт между фундаментом и грунтовым массивом. Также модель учитывает упругопластические свойства грунтового основания. В численном эксперименте установлены многопараметрические зависимости НДС в элементах панельных строительных конструкций от параметров деформирования земной поверхности, которое провоцируется техногенными процессами разработки горных пластов при добыче полезных ископаемых. Полученные зависимости делают более обоснованным определение максимально допустимых горизонтальных деформаций грунта, при которых в элементах здания достигается предельное НДС.
Техногенное воздействие, деформационное состояние, эксплуатационная безопасность, численное моделирование, максимальные допустимые горизонтальные деформации грунта, предельные напряжения конструкции
Короткий адрес: https://sciup.org/143180093
IDR: 143180093 | УДК: 004.94, | DOI: 10.7242/1999-6691/2023.16.1.3
Deformation interaction of panel residential buildings with the soil in the zone of technogenic impact
The design, construction and operation of buildings under conditions of technogenic impact caused by mining represents a system of complex and knowledge-intensive tasks. As part of research in this direction, it is required to solve the problems of mathematical modeling of the interaction between the structure and the soil mass in the zone of undermined territories, as well as the problems of verifying the numerical solutions by comparison with the data of monitoring the stress-strain state (SSS) of the "building-foundation-soil mass" systems. Furthermore, the solution of these problems is complicated by a large number of types of building structures, the nature of interaction of which with the soil foundation differs significantly. In addition, the deformation response of the structure itself to the man-made impact caused by mining is different. The paper analyzes the state of building structures, namely, panel residential buildings located in the zone of undermined territories of the Verkhnekamsk potassium salt deposit in the city of Berezniki, Perm Territory. A mathematical model of the SSS of the "building-foundation-soil mass" system is presented. This model describes the possibility of elastic and inelastic deformation of the system elements and the non-ideal contact between the foundation and the soil mass. It also takes into account the elastic-plastic properties of the soil foundation. In the numerical experiment, the multi-parameter dependences of the strain-state state of panel structure elements on the parameters of soil mass surface deformation provoked by technogenic processes during mining were calculated. The obtained dependences make it more reasonable to determine the maximum horizontal deformations of the soil, at which the limiting stress in the elements of the building is reached.
Список литературы Деформационное взаимодействие панельных жилых домов с грунтом в зоне техногенного воздействия
- Гусев Г.Н., Епин В.В., Цветков Р.В. Результаты многолетних наблюдений неравномерных осадок зданий, находящихся на территории Верхнекамского калийного месторождения в г. Березники // Изв. УГГУ. 2022. № 3(67). С. 80-89.
- Жуков А.А., Колесников В.П., Ласкина Т.А. Мониторинговый контроль физического состояния среды методами электрометрии на потенциально опасных участках образования деформаций земной поверхности // ГИАБ. 2015. № 4. С. 163-171.
- Гришко С.В. Результаты спутникового мониторинга территории Верхнекамского месторождения калийных солей // Master's Journal. 2015. № 1. С. 231-237.
- Камшилин А.Н., Казначеев П.А. Активный геоэлектрический и сейсмоэлектрический мониторинг состояния геологической среды // ГИАБ. 2015. № 12. С. 234-242.
- Бабаянц И.П., Барях А.А., Волкова М.С., Михайлов В.О., Тимошкина Е.П., Хайретдинов С.А. Мониторинг оседаний на территории г. Березники (Пермский край) методами спутниковой радарной интерферометрии. I. Дифференциальная интерферометрия // Геофизические исследования. 2021. Т. 22, № 4. С. 73-89. https://doi.org/10.21455/gr2021.4-5
- Глебов С.В. Геофизическое обеспечение разработки Верхнекамского месторождения солей // ГИАБ. 2004. № 9. С. 89-92.
- Михайленко А.Н. Ретроспективный анализ результатов сейсморазведочных исследований на шахтном поле БКПРУ-1 ОАО "Уралкалий" // ГИАБ. 2010. № 7. С. 362-365.
- Усанов С., Усанова А. Охрана городской техносферы от деформационных процессов при ликвидации горных выработок // Инженерная защита. 2016. № S2(13). С. 100-108.
- Усанов С.В., Усанова А.В. Сдвижение земной поверхности при затоплении железорудной шахты // Проблемы недропользования. 2015. № 1(4). С. 55-64.
- Указания по допустимым условиям подработки эксплуатируемых зданий и сооружений на Верхнекамском месторождении калийных солей (с изменениями от 2008 г.). СПб., 2008. 45 с.
- СП 21.13330.2012. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах.
- СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.
- СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений.
- СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия.
- ТСН 22-301-98. Здания на подрабатываемых территориях Верхнекамского месторождения калийных солей. Назначение строительных мер защиты.
- Руководство по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. Часть II. Промышленные и гражданские здания. М.: Стройиздат, 1986. 304 с.
- Gusev G., Shardakov I. Research and prediction of the stress-strain state of construction facilities in the undermined territories // Procedia Structural Integrity. 2022. Vol. 37. P. 425-430. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.01.105
- Ермаков В.В., Патраков А.Н. Мониторинг несущих строительных конструкций жилых зданий, построенных на подрабатываемых территориях без конструктивных мер защиты // Вестник ПГТУ. Строительство и архитектура. 2010. № 1. С. 63-71.
- Методика определения горизонтальных деформаций земной поверхности для условий шахтных полей СКРУ-1 и СКРУ-2. Березники, 2013.
- Методические рекомендации к «Указаниям по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей». СПб., 2014.
- Борзаковский Б.А., Мараков В.Е., Тенисон Л.О. Прогноз негативного влияния затопления рудника БКПРУ-1 ОАО "Уралкалий" на городскую и промышленную застройку г. Березники // ГИАБ. 2009. № 7. С. 381-396.
- Барях А.А., Тенисон Л.О., Самоделкина Н.А. К определению горизонтальных деформаций подработанных территорий // ГИАБ. 2021. № 11. С. 5-18. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_11_0_5
- Писаренко Г.С., Можаровский Н.С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести. Киев: Наукова думка, 1981. 496 с.
- Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975. 400 c.
- Drucker D.C., Prager W. Soil mechanics and plastic analysis for limit design // Quarterly of Applied Mathematics. 1952. Vol. 10. P. 157-165.
