Геомеханическая оценка надежности оснований шахтных копров в системе «Копер - фундамент - ствол (устье) - основание» (стр. 3 )

где g - удельный вес грунта; H - глубина заложения фундамента; d - ширина фундамента; gф - удельный вес материала фундамента; Q1 - нагрузка от шахтного копра и др., передаваемая через фундамент на основание; Q2 - нагрузка от собственного веса фундамента, за вычетом веса грунта, замещенного фундаментом.

Третья отличительная особенность - собственно расчет надежности основания по фактору устойчивости, реализующий метод Монте-Карло: 1 - положение пучка из пяти биарков задается варьируемой координатой xC; 2 - для каждого биарка вычисляются коэффициент запаса устойчивости и записывается в память ЭВМ; 3 - последовательно с принятым шагом D xC задаются положения других пучков семейства поверхностей скольжения с выполнением операций п. 2; 4 - по завершении цикла операций пп. 1, 2, 3 находится минимальный коэффициент запаса устойчивости и фиксируются параметр xC min, определяющий положение наиболее опасной призмы выпирания; 5 - при фиксированном значении xC min выполняется имитационное моделирование; 6 - если полученные показатели не устраивают пользователя, изменяются глубина заложения или размеры фундамента и расчет надежности повторяется.

Особенность моделирования - многократное обращение к подпрограмме численного вычисления определенных интегралов. В табл. 8 приведены результаты детерминированных расчетов

Таблица 8

К оценке несущей способности системы «Копер - фундамент - ствол

(устье) - основание» по фактору устойчивости

xC, м	Номер биарка	Параметры биарка	nз
R1, м	x01, м	y01, м	R2, м	x02, м	y02, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
30	1	117,7	66,8	96,9	12,5	21,3	2,00	2,880
2	69,2	39,3	57,0	10,9	22,6	1,1	2,836
3	52,9	30,1	43,6	9,0	24,2	0,0	2,760
4	44,7	25,4	36,8	6,5	26,2	- 1,4	2,658
5	39,7	22,5	32,7	3,0	29,0	- 3,4	2,551
25	6	106,2	60,3	87,4	9,7	18,6	0,4	2,377
7	61,8	35,1	50,8	8,3	19,7	-0,4	2,338
25	8	46,8	26,6	38,5	6,5	21,2	- 1,4	2,279
9	39,3	22,3	32,3	4,2	23,1	-2,7	2,206
10	34,7	19,7	28,5	1,1	25,6	- 4,5	2,153
20	11	94,7	53,6	78,0	7,0	15,8	- 1,2	1,929
12	54,3	30,8	44,7	5,7	16,9	- 1,9	1,892
13	40,7	23,1	33,5	4,0	18,2	- 2,8	1,851
14	30,8	19,2	27,8	2,0	19,9	- 4,0	1,812

Окончание таблицы 8

1	2	3	4	5	6	7	8	9
15	15	83,2	47,2	68,5	4,2	13,1	- 2,7	1,520
16	46,8	26,6	38,5	3,0	14,0	- 3,4	1,499
17	34,6	19,6	28,5	1,6	15,2	- 4,2	1,484
12,5	18	77,4	44,0	63,7	2,8	11,7	- 3,5	1,338
19	43,1	24,5	35,5	1,7	12,6	- 4,15	1,328
20	31,5	17,9	25,9	0,3	13,7	- 4,9	1,333
10	21	71,7	40,7	10,3	1,4	59,0	-4,3	1,177
22	39,3	22,5	11,2	0,4	32,4	- 4,9	1,187
7,5	23	65,9	37,4	54,3	0,07	8,9	- 5,1	1,049

Демонстрационные результаты имитационного моделирования призмы выпирания с фиксированным значением xC min приведены в табл. 9.

Таблица 9

Коэффициенты запаса устойчивости

0,820 0,838 0,839 0,840 0,850 0,859 0,860 0,865 0,876 0,877 0,886 0,889 0,893 0,900 0,904 0,909 0,911 0,919 0,922 0,932 0,935 0,942 0,943 0,948 0,957 0,961 0,966 0,969 0,970 0,972 0,973 0,980 0,980 0,984 0,988 0,992 0,994 0,999 0,999 1,000 1,002 1,010 1,010 1,016 1,019 1,019 1,024 1,025 1,030 1,035 1,036 1,038 1,039 1,047 1,048 1,049 1,050 1,053 1,056 1,058 1,060 1,062 1,062 1,064 1,067 1,073 1,078 1,081 1,083 1,086 1,093 1,095 1,097 1,100 1,100 1,105 1,110 1,110 1,113 1,114 1,115 1,115 1,116 1,117 1,118 1,118 1,120 1,121 1,123 1,130 1,130 1,130 1,133 1,139 1,142 1,145 1,147 1,155 1,155 1,158 1,160 1,164 1,165 1,166 1,167 1,170 1,178 1,186 1,191 1,197 1,197 1,210 1,234 1,244 1,247 1,247 1,250 1,252 1,254 1,255 1,261 1,271 1,274 1,294 1,297 1,299 1,302 1,303 1,310 1,318 1,333 1,350 1,357 1,378 1,457

Надежность 0,711

Поскольку надежность недостаточна, проведено дополнительное моделирование системы с увеличением глубины заложения фундамента до 3,5 и 4,0 м. Соответствующие уровни надежности составляют 0,933 и 1,00.

По аналогичной схеме проведено имитационное моделирование оснований шахтных копров, расположенных вблизи откосов, и оснований с поверхностями ослабления (рис. 8).

Рис. 8. Построение линий скольже­ния в откосе с поверхностью ослабления: минимальный коэффициент запаса устойчивости 1,04; надежность 0,59

4.3. Оценка оседаний системы «Копер - фундамент - ствол (устье) - основание», сопровождающих формирование мульды сдвижения

вследствие дренирования грунтовых вод

Методика расчета максимальных оседаний мульды сдвижения при понижении уровня грунтовых вод (мульды депрессии) применительно к строящимся и эксплуатируемым подземным объектам разработана проф. . Для определения надежности оседания системы «Копер - фундамент - ствол (устье) - основание» вследствие формирования воронки депрессии использована откорректированная программа УГГУ «MULDER». Особенность коррекции состоит в цикличной имитации исходной модели, учитывающей развитие воронки депрессии во времени. О целесообразности такого подхода свидетельствуют следующие данные об оседаниях и надежности (нормативное предельно допустимое оседание составляет 0,08 м): Rd = 25 м, S0 = 0,023 м, надежность 1,0; Rd = 50 м, S0 = 0,046 м, надежность 1,0; Rd = 100 м, S0 = 0,088 м, надежность 0,997; Rd = 500 м, S0 = 0,101 м, надежность 0,997.

Исследования, выполненные в рамках четвертой главы с реализацией имитационного моделирования надежности оснований шахтных копров в системе «Копер - фундамент - ствол (устье) - основание» с учетом ее отличительных особенностей, позволили сформулировать второе и третье защищаемые научные положения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена задача оценки надежности оснований шахтных копров в системе «Копер - фундамент - ствол (устье) - основание», имеющая существенное значение при проектировании и строительстве надшахтных сооружений и зданий.

Основные результаты диссертации состоят в следующем.

1. Доказана возможность, целесообразность и универсальность имитационного моделирования для оценки надежности оснований шахт­ных копров.

2. Установлены пути совершенствования методов получения информации, отражающей нестабильность массива, слагающего основание шахтных копров, нагрузок и воздействий на основания, характеристик конструкционных материалов.

3. Разработаны обобщенные методики оценки надежности оснований по несущей способности и деформациям по методу Монте-Карло в системах «Копер - фундамент - ствол (устье) - основание», предусматривающие генерацию физико-технических характеристик грунтов оснований, нагрузок и воздействий по универсальному закону распределения Грамма-Шарлье или Эджворта и экспоненциальному закону; показателей перегрузки и условий работы сооружения по левому и правому срезанным нормальным распределениям в «трех-сигмовом» интервале; плотности и удельного веса грунтов, характеристик конструкционных материалов и геометрических параметров конструкций по нормальному закону.

4. Установлено, что геомеханическая надежность системы «Копер - фундамент - ствол (устье) - основание» должна проверяться дифференцированно по характеру передачи нагрузок от копра, окружающих зданий и сооружений на основание и устье ствола с учетом степени асимметрии нагружения.

5. Разработана методика оценки несущей способности оснований шахтных копров по фактору устойчивости по системам (пучкам) криволинейных поверхностей скольжения (ограничивающих призмы выпирания или скольжения), составленных из двух сопряженных круглоцилиндрических поверхностей, имеющих равную производную в точке касания.

6. Реализованы имитационные модели оценки надежности оснований шахтных копров в системах «Копер - фундамент - ствол (устье) - основа­ние», в т. ч. в геомеханических ситуациях, отражающих отличительные особенности систем «Копер - фундамент - ствол (устье ствола) - основание».

7. Разработаны модели, алгоритмы и программы для проведения имитационного геомеханического анализа оснований шахтных копров, в т. ч. исходной табличной и графической информации нормативного характера.

8. Результаты выполненных исследований предназначены для организаций и предприятий, ведущих проектирование, строительство и эксплуатацию шахтных копров на подземных рудниках, шахтах и подземных сооружениях различного назначения.

9. Результаты диссертации направлены проектным организациям г. Екатеринбурга: , .

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

- статья в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном ВАК:

1. Таиров, Т. Н. Оценка надежности оснований шахтных копров по методу Монте-Карло [Текст] / , // Известия вузов. Горный журнал№ 3. - С.;

- статьи в материалах конференций:

2. Таиров, Т. Н. Оценка надежности оснований подземных частей высотных зданий и городских подземных сооружений, возводимых открытым способом [Текст] / // Материалы Уральской горнопромышленной декады, апреля 2006 г. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. - С. 20, 21.

3. Половов, Б. Д. Оценка надежности оснований шахтных копров [Текст] / , // Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений: труды II Международной конференции, г. Екатеринбург,мая 2007 г. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2007. – С.

4. Таиров, Т. Н. Имитационное моделирование оснований шахтных копров [Текст] / // Материалы Уральской горнопромышленной декады,апреля 2008 г., г. Екатеринбург. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008. - С. 104, 105.

Подписано в печать 26.03.2009 г. Формат 60´84 1/16. Бумага офсетная. Печ. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ.

Отпечатано с оригинал макета в лаборатории множительной техники изд-ва ГОУ

ВПО «Уральский государственный горный университет».

0.

* ЭВМ «Fujitsu Siemens AMILO XI» (Intel Core (TM) 2Duo CPU 2,1 GHz RAM 2046 Mb).