Теоретические исследования напряженно- деформированного состояния грунтового основания после инъекционного закрепления

Abstract

RU: Цель. В настоящее время данные о напряженно-деформированном состоянии (НДС) грунтового основания после инъекционного закрепления носят разрозненный характер в виду неточностей существующих способов моделирования и характера предоставления выходной информации. В этой связи требуется разработать методику исследования НДС грунта основания после инъекционного закрепления с использованием численного моделирования на основании метода конечных элементов с целью применения комплексного подхода при оценке достоверности результатов физического моделирования. Методика. Предложенная методика исследования НДС грунта основания после инъекционного закрепления в ПК Plaxis базируется на определении общих деформаций, горизонтальных и вертикальных перемещений в массиве грунта, а также подъема его поверхности. Для моделирования механических процессов цементации основания использована опция Объемная деформация (Volumetric strain), учитывающая объем закачанного раствора и давление его нагнетания в грунтовый массив. Результаты. Разработана модель и расчетная схема процесса закрепления песчаного основания методом высоконапорной цементации, на основании чего установлены характер распределения плотностей основания, зависимость общих деформаций и подъема поверхности грунта от объема закачанного раствора, подтверждена эффективность предварительного увлажнения основания и применения пластифицирующей добавки для повышения инъектируемости песка. Научная новизна. На основании выполненного численного моделирования процесса высоконапорной цементации основания получены экспериментальные данные о характере распространения раствора и закономерностей изменения физических характеристик основания для различных состояний по влажности с учетом водоцементного отношения раствора, вида и дозировки пластифицирующей добавки. Практическая значимость. Разработанная методика при использовании плоской версии (2D) ПК Plaxis и упруго-пластической модели грунта позволяет достоверно оценить характер распространения раствора и НДС грунта после инъекционного закрепления (относительная погрешность при сравнении с экспериментальными данными до 7,5%) и, следовательно, может найти дальнейшее применение при проектировании натурного усиления.

UK: Мета. На наш час дані про напружено-деформований стан (НДС) ґрунтової основи після ін’єкційного закріплення мають розрізнений характер через неточність існуючих способів моделювання та характеру надання вихідної інформації. В наслідок цього необхідно розробити методику дослідження НДС ґрунту основи після ін’єкційного закріплення з використанням чисельного моделювання на основі методу скінчених елементів з метою застосування комплексного підходу до оцінки вірогідності результатів фізичного моделювання. Методика. Запропонована методика дослідження НДС ґрунту основи після ін’єкційного закріплення в ПК Plaxis базується на визначенні загальних деформацій, горизонтальних та вертикальних переміщень в масиві ґрунту, а також підйому його поверхні. Для моделювання механічних процесів цементації основи застосована опція Об’ємна деформація (Volumetric strain), що враховує об’єм закачаного розчину і тиск його нагнітання в ґрунтовий масив. Результати. Розроблено модель та розрахункова схема процесу закріплення піщаної основи методом високо напірної цементації, в результаті чого встановлено характер розподілення щільності основи, залежність загальних деформацій та підйому ґрунту від об’єму закачаного розчину, підтверджено ефективність попереднього зволоження основи та застосування пластифікуючих домішок для підвищення ін’єктування піску. Наукова новизна. На основі виконаного чисельного моделювання процесу високонапірної цементації основи отримані експериментальні дані про характер розповсюдження розчину та закономірності зміни фізичних характеристик основи для різного її стану по вологості з урахуванням водоцементного відношення розчину, виду та дозування пластифікуючої домішки. Практична значимість. Розроблена методика за умови застосування плоскої версії (2D) ПК Plaxis та пружно-пластичної моделі ґрунту дозволяє вірогідно визначити характер розповсюдження розчину та НДС ґрунту після ін’єкційного закріплення (відносна похибка в порівнянні з експериментальними даними до 7,5%), а отже може знайти подальше застосування при проектуванні натурного підсилення.

EN: Purpose. At present information about ground deflected mode after cementation is mostly disembodied because of inaccuraces of existent modeling methods and output information mode.Therefore it is necessary to develop principles of ground deflected mode after cementation investigation with computational modeling which based on finite-element method. There is a need to use comprehensive approach for simulation physical veracity evaluation. Methodology. Proposed principles of ground deflected mode after cementation in Plaxis were based on determination of total deformation, horizontal and vertical displacement in ground mass and raising of it’s dayligth. Volumetric strain option was used for modeling the mechanical process of cementation. It also take into account volume of injected grout and injection pressure. Findings. Model and loading diagram of sand bed high pressure cementation were developed. As a results soil density distribution, relations between total deformation, soil dayligth raising and grout volume were established and effectiveness of sand prior damping and plasticizer application for increasing the sand injection ability were verifyied. Originality. Based on the results of high-pressure cementation computational modeling experimental data of injection radius, sand physical characteristic modification for different damp state taking into account water-cement ratio of grout, plasticizer type and dosage were received. Practical value. Taking into account flat version (2D) Plaxis and elasto-plastic ground model developed principles can estimate for certain injection radius and ground deflected mode after cementation (ratio error is aout 7.5%) and thus can used for real strengthening designing.