Диссертация. Расчет тоннелей на сейсмические воздействия
 Скачать 4.33 Mb.
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» МГУПС (МИИТ) На правах рукописи Ма й Дык Минь РАСЧЕТ ТОННЕЛЕЙ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ 05.23.02 – «Основания и фундаменты, подземные сооружения» Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор Е.Н. Курбацкий Москва – 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 4 ГЛАВА 1 ПОВРЕЖДЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ ............... 8 1.1 Общие замечания ................................................................................................ 8 1.2 Сейсмические волны........................................................................................... 8 1.3 Анализ повреждений подземных сооружений при землетрясениях ........... 11 1.4 Существующие методы оценки воздействия землетрясений на тоннели . 17 1.5 Сейсмические условия во Вьетнаме и нормы проектирования сооружений на сейсмостойкость ............................................................................. 18 ГЛАВА 2 МЕТРОСТРОЕНИЕ В ХАНОЕ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ, ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И СЕЙСМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ .................. 22 2.1 Введение ............................................................................................................. 22 2.2 План городской транспортной системы в Ханое ........................................... 22 2.3 Предполагаемые формы поперечных сечения тоннелей, которые будут использоваться при строительстве метро в Ханое ................................................ 24 2.4 Инженерно-геологические условия и сейсмические условия в Ханое ...... 25 2.5 Выводы по главе ................................................................................................ 28 ГЛАВА 3 АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ....................................................................... 29 3.1 Введение ............................................................................................................. 29 3.2 Параметры, характеризующие движения грунта при землетрясениях ....... 30 3.3 Оценка поперечных деформаций тоннельных обделок при сейсмических воздействиях, без учѐта влияния тоннельной обделки на окружающий массив грунта .......................................................................................................................... 34 3.4 Расчѐт поперечных деформаций тоннельных обделок с учѐтом взаимодействия с грунтом, когда деформации тоннельной обделки отличаются от деформаций свободного поля ........................................................ 43 3.5 Выводы по главе ................................................................................................ 59 3 ГЛАВА 4 АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НАПРАВЛЕННЫХ ВДОЛЬ ОСИ ТОННЕЛЕЙ........................ 60 4.1 Введение ............................................................................................................. 60 4.2 Метод, основанный на совпадении деформаций тоннеля с деформациями «свободного поля» .......................................................................... 60 4.3 Метод расчѐта балок на упругом с использованием с использованием интегрального преобразования Фурье и обобщенных функций ......................... 66 4.4 Метод расчѐта, учитывающий разницу деформаций тоннельной обделки и массива грунта ....................................................................................................... 68 4.5 Метод расчѐта, учитывающий эффекты взаимодействия тоннеля с грунтом, характеризующимся двумя коэффициентами постели ......................... 72 4.6 Пример расчета тоннельных обделок на сейсмические воздействия, характерные для условий Ханоя .............................................................................. 74 4.7 Расчѐт сборных тоннельных обделок на сейсмических воздействиях........ 78 4.8 Выводы по главе ................................................................................................ 86 ГЛАВА 5 РАСЧЕТ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ, ПЕРЕСЕКАЮЩИХ ЗОНЫ АКТИВНЫХ РАЗЛОМОВ ............................................................................... 87 5.1 Введение ............................................................................................................. 87 5.2 Расчѐт конструкция тоннеля при подвижке в зоне разлома, перпендикулярного его оси ...................................................................................... 87 5.3 Способы, уменьшающие воздействия на обделки тоннелей, пересекающих зоны активных разломов .............................................................. 103 5.4 Расчѐт тоннеля при воздействии разлома, направленного вдоль его оси 108 5.5 Выводы по главе .............................................................................................. 113 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ............................................................... 114 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................... 115 4 ВВЕДЕНИЕ Землетрясения - это стихийные бедствия, которым подвержены многие районы земного шара [ 14 ]. Последствиями таких грозных как землетрясения стихийных бедствий являются разрушения зданий, плотин, мостов, подземных сооружений, часто сопровождающиеся пожарами. Во многих случаях разрушения приводят к большим человеческим жертвам. Поэтому при строительстве в районах с повышенной сейсмической активностью необходимо создавать сейсмостойкие сооружения. Следует отметить, что изучать землетрясения нелегко, в связи с тем, что происходят они внезапно и продолжаются небольшой промежуток времени. Анализ повреждений конструкций, вызванных землетрясениями, являются важной задачей современной науки, так как позволяет критически подойти к проектированию новых сооружений. Подземные сооружения являются неотъемлемой частью инфраструктуры современных городов и используются в качестве транспортных сетей, подземных стоянок, хранилищ и т.п. Сооружения, построенные в районах, с повышенной сейсмической активностью должны выдерживать и сейсмические нагрузки. В диссертации приводится краткая информация о разрушениях тоннелей, вызванных землетрясениями, описываются современные методы расчѐта тоннелей на сейсмостойкость. Описываются инженерные подходы, используемые для количественной оценки сейсмического воздействия на подземные сооружения. Актуальность проблемы. Подземные сооружения в меньшей мере подвержены разрушениям, по сравнению с наземными. Однако сильные землетрясения, произошедшие в последние годы, повредили, а иногда и разрушили и подземные сооружения. Вьетнам расположен в районе с повышенной сейсмической активностью. На территории страны в период с 1948 года произошло 26 разрушительных землетрясений, которые привели к тяжелым экономическим и социальным последствиям. В связи с этим во Вьетнаме вопросам сейсмостойкости сооружений уделяется большое внимание. В 1997 5 года во Вьетнаме введены нормы сейсмостойкого строительства. Однако в этих нормах отсутствуют разделы по сейсмостойкому строительству тоннелей. Поэтому разработка методов оценки и защиты от сейсмических воздействий тоннелей является актуальной проблемой в настоящее время. Цель и задачи работы: выполнить анализ разрушений подземных сооружений при землетрясениях; выполнить анализ существующих методов расчѐта подземных сооружений на сейсмические воздействия; разработать упрощенные аналитические способы расчета сейсмостойких подземных сооружений; разработать методику оценки напряженно-деформированного состояния тоннелей, пересекающих зоны разлома; разработать методику расчета способов, уменьшающих повреждения тоннельных обделок. В работе представлены результаты теоретических исследований, выполнен анализ и сравнение решений, полученных разными методами. Методика исследований включает построение математических моделей рассматриваемых систем, их численный и аналитический анализ; сопоставление получаемых результатов; разработку предложений по использованию полученных результатов в инженерной практике. Научная новизна: 1) предложен упрощенный метод определения усилий в тоннельных обделках, вызванных сейсмическими землетрясении, соответствующих инженерно – геологическим условиям города Ханоя; 2) предложен метод определения эквивалентной жѐсткости сборных обделок для расчѐта тоннелей при воздействии волн, направленных вдоль оси тоннелей; 3) разработаны методики определения внутренних усилий в обделках тоннелей, пересекающих зоны разлома; 6 4) разработаны методики решения задач, учитывающих взаимодействие тоннельных обделок и массива грунта с билинейными характеристиками; 5) предложен способ, позволяющий уменьшить уровень воздействия на обделки тоннелей, пересекающих зоны разлома. Достоверность и обоснованность. При разработке метода решения задач используются известные положения теории упругости и теории распространения волн, а также интегральные преобразования. Выполнено сравнение результатов, полученных по разработанной методике, с результатами, полученными с помощью известных программных комплексов PLAXIS 8.5 и SAP2000 V14. Аналитические решения и исследования задач выполнены с помощью программного комплекса MATLAB R2009b. Достоверность исследований подтверждается хорошим совпадением результатов, полученных с использованием аналитических и численных методов, а также с результатами, полученными другими авторами. Практическая значимость и реализация работы. Полученные результаты можно использовать для оценки воздействия землетрясений на подземные сооружения и для разработки нормативного документа республики Вьетнам. Результаты работы предполагается использовать при проектировании и строительстве первой линии метро в Ханое Вьетнама. Апробация работы. Основные научные результаты докладывались: 1. на научно-практической конференции «Неделя науки-2013. Наука МИИТа - транспорту» в МИИТ г. Москва 25 апреля 2013. 2. на VI научно-практического семинара «Надежность и безопасность зданий и сооружений при сейсмических и аварийных воздействиях» - 24 октября 2012 г. в Московский государственный строительный университет (МГСУ); Публикации: по материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ. 1. Май Дык Минь. Расчет тоннелей, расположенных в упругопластических грунтах, пересекающих зоны разлома, на сейсмические воздействия / Май 7 Дык Минь // Строительство и реконструкция. – 2013. – N 1 (45) январь- февраль. – с.19-25. 2. Зайнагабдинов Д. А., Май Дык Минь. Модели для расчета тоннелей, пересекающих активные разломы / Д. А. Зайнагабдинов, Май Дык Минь // Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ). – Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». – 2013. - N3 (16). 3. Курбацкий Е.Н., Май Дык Минь. Расчет фундаментов зданий и сооружений с двумя упругими характеристиками основания с использованием свойств изображений Фурье финитных функций // Вестник МГСУ. 2014. №1. С. 41–51. 4. Май Дык Минь. Расчет свай пересекающих зоны разлома в районах с повышенной сейсмической активностью / Май Дык Минь // Инженерные сооружения на транспорте: Сборник трудов/под общ. ред. проф. Ю. И. Романова. МИИТ. – Москва, 2012. – вып. 4. – с.88-92. 5. Курбацкий Е. Н., Май Дык Минь. Эквивалентная жесткость сборной обделки при изгибе перпендикулярной оси тоннеля / Е. Н. Курбацкий, Май Дык Минь // Перспективы развития строительного комплекса: Материалы VI Международной научно-практической конференции профессорско- преподавательского состава, молодых ученых и студентов. 28-31 октября 2013 г. / под общ. Ред. В. А. Гутмана, А. Л. Хареньяна. – Астрахань: ГАОУ АО ВПО «АИСИ». – 2013. – Т. 2. – с.3-6. 6. Май Дык Минь, Курбацкий Е. Н. Расчет балки на основании с двумя упругими характеристиками, основанный на свойствах изображений фурье финитных функций / Май Дык Минь, Е. Н. Курбацкий // Потенциал интеллектуально одаренной молодежи – развитию науки и образования. – Материалы II Международного научного форума молодых ученых, студентов и школьников. – ISBN 978-5-93026-014-4. – Астрахань. – 2013. – с.130-135. 8 ГЛАВА 1 ПОВРЕЖДЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ 1.1 Общие замечания Equation Chapter 1 Section 1 Сейсмические волны давно служат предметом исследований. Их систематическое изучение имеет большое значение для обеспечения безопасности населения, а также для исследования строения и эволюции Земли. Повреждения сооружений, наблюдающиеся во время землетрясений, определяются рядом свойств землетрясений, среди которых одним из основных является пространственный характер сейсмического воздействия, определенный его волновой природой и векторная многокомпонентность. Эффекты волнового движения грунта при землетрясениях могут проявиться в виде остаточных деформаций грунта, и особенно в виде деформаций протяжѐнных линейных объектов (железнодорожных и трамвайных путей и т.п.). 1.2 Сейсмические волны Землетрясениями обычно называют колебания земной поверхности, вызванные внутри земными процессами. Колебания, вызванные землетрясением, распространяются во все стороны от его очага (гипоцентра) в виде волн напряжений, которые носят название сейсмических волн. В грунте могут распространяться два типа объемных волн, которые при достижении поверхности отражаются и генерируют поверхностные волны. 1.2.1 Объемные волны К первому виду объѐмных волн относится продольная волна (волна Р), при распространении которой частицы грунта перемещаются в направлении распространения волны. Среда, в которой распространяется этот вид волн, испытывает напряжения сжатия – растяжения с изменением своего объема. При распространении второго типа волн смещения частиц среды происходит перпендикулярную направлению распространения. Эти волны называется 9 поперечными (волна S); они сопровождается изменением формы среды, но с сохранением объема. Иногда их называют волнами искажения. Смещения в продольных ( P C ) и поперечных ( S C ) волнах ориентированы соответственно вдоль и ортогонально направлению распространения волн. Величины скоростей определяются выражениями: 1 (1 )(1 2 ) P E C ; 1 2(1 ) S E C , (1.1) где - плотность материала среды, 3 / кг м ; E - модуль упругости материала среды, 2 / КН м ; - коэффициент Пуассона материала среды. Отношение их зависит только от коэффициента Пуассона: 1 2 2(1 ) S P С v С v (1.2) Отсюда следует, что в сплошной среде, для которой выполняется закон Гука, S P С С не может быть больше 1 2 ( ≥ 0). Рисунок 1.1 Вид деформаций среды при распространении волн. Продольная волна (a) и поперечная волна (b) Продольные волны распространяется быстрее поперечных волн и поэтому они раньше достигает поверхности Земли. Скорость продольных волн в земной коре достигает 7÷8 км/с, а скорость поперечных волн – примерно 4÷4,5 км/с [ 14 ]. 10 В продольных волнах движение частиц грунта при передаче колебаний всегда происходит в направлении луча. В поперечных волнах частицы могут двигаться в различных направлениях в плоскости, перпендикулярной лучу. Плоскость, проходящая через луч и направление смещения поперечной волны, называется плоскостью поляризации. Различают два типа поперечных волн (SH и SV), поляризованных в горизонтальной и вертикальной плоскостях. 1.2.2 Поверхностные волны Вблизи поверхности Земли возникают колебания грунта, которые проявляются только в поверхностных слоях и быстро затухают в более глубоких. Эти волны образуются в результате отражения от границы среды. В сейсмологии используются два основных типа поверхностных волн, различающихся по ориентации плоскости поляризации: волны Рэлея, поляризованные в вертикальном направлении, и волны Лява с поляризацией в горизонтальном направлении, т.е. в волнах Рэлея частицы среды движутся вдоль, а в волнах Лява – перпендикулярно плоскости распространения волн. По многочисленным экспериментальным данным, а также теоретическим расчетам, в случае поверхностного либо приповерхностного источника на образование волн Рэлея и Лява расходуется 60% энергии очага [ 24 ]. Скорость распространения поверхностных волн Рэлея С R меньше скоростей распространения P и S – волн. В зависимости от упругих свойств грунта скорость распространения этих волн бывает различной. Например, для скальных пород – 3,5÷5,6 км/с, для глинистых и песчаных грунтов – 0,7÷1,6 км/с, а для насыпных и почвенных оснований – 0,2÷0,5 км/с [ 14 ]. Волны Рэлея переносят большую часть энергии землетрясения; вызывают интенсивные колебания поверхности и являются главной причиной разрушения сооружений [ 1 ]. Для научного анализа процессов сейсмических колебаний проводятся инструментальные измерения. Многолетними инструментальными наблюдениями в разных сейсмических зонах было установлено, что закономерности 11 сейсмических колебаний имеют региональный характер, т.е. колебания грунта в разных сейсмических областях различны. 1.3 Анализ повреждений подземных сооружений при землетрясениях Известно, что тоннели, так же как другие подземные конструкции, менее подвержены разрушениям при землетрясениях, чем наземные конструкции. Тем не менее, сейсмическими воздействиями на тоннели нельзя пренебрегать. Во время недавних сильных землетрясений, некоторые подземные конструкции получили серьезные повреждения и даже были разрушены [ 39 ]. В результате статистического анализа повреждений тоннелей при различных землетрясениях было установлены следующие полезные соотношения. Тоннели при землетрясениях не повреждаются, если пиковое ускорение частиц грунта 0,19 g a g и пиковая скорость движения частиц грунта v 20 / g см с ; тоннель будет незначительно повреждѐн, если пиковые ускорения находятся в пределах 0,19 0,5 g g a g и пиковые скорости: 20 / v 80 / g см с см с ; тоннель может получить серьезные повреждения, если пикове ускорения и пиковые скорости превышают следующие значения: 0,5 g a g и v 80 / g см с [ 36 ]. Для того, чтобы оценить реакцию тоннелей на землетрясения, был выполнен анализ повреждений тоннелей, для чего была использована доступная литературы, в которой были представлены повреждения тоннелей при землетрясениях. 1.3.1 Особенности повреждений разных типов тоннелей Большое количество данных о разрушениях, наблюдаемых в тоннелях, которые подвергались сейсмическими воздействиями [ 61 ], позволило классифицировать виды разрушений и выделить три типа подземных сооружений, которые ведут себя по-разному во время землетрясений: тоннели, построенные закрытиям способом; тоннели, построенные открытым способом; стальные и пластмассовые трубопроводы. 12 Учѐные Dowding C.H. и Rozen A. [ 36 ] классифицировали повреждения, основываясь на форме сейсмических воздействий. Ими отмечено, что повреждения тоннелей, проявляется вследствие одной или комбинации следующих причин: повреждения, вызванные разрушениями окружающего грунта, такими как разжижение или оползни в тоннельных порталах; повреждения от смещения в зоне разлома; повреждения из-за колебаний грунта, возникающих при распространении сейсмических волн. Предвидеть возможные повреждения тоннелей, вызванные разрушением грунта можно с помощью геомониторинга. Повреждение тоннеля в зоне разлома можно предотвратить, используя специальные меры сейсмозащиты. Тоннель может испытывать три вида деформации при сейсмическом воздействии: продольные деформации (сжатая и растяжения), изгибные деформации и деформация сдвига. Повреждение тоннелей зависит параметров землетрясения, характера деформаций массива грунта около тоннеля и особенностей конструкции тоннельной обделки. В зависимости от соотношения жѐсткости тоннельной обделки и массива грунта тоннель будет либо деформироваться вместе с массивом грунта, либо сопротивляться деформациям. Если жѐсткость тоннеля превышает жѐсткость среды, в зоне контакта в грунте может образоваться пластическая зона. 1.3.2 Виды повреждений подземных сооружений Случаи повреждений тоннелей и их особенности представлены ниже. Для анализа повреждений использовались материалы, представленные в различных источниках: [ 74 , 80 , 42, 81 ]. 1.3.2.1 Разрушение обделок тоннеля при сдвиге Эта проблема возникает, если тоннели, пересекают активные разломы. Известно, что наибольшую опасность для тоннельных конструкций представляют большие смещения грунтовых массивов, возникающих вследствие 13 неустойчивости грунтовых условий (например, разжижение, оползни) или смещений грунта по разломам. Ниже приводятся примеры тоннелей повреждѐнных или получивших повреждения при землетрясениях: тоннель Танна при землетрясении Кита-Идзу 1930 года, тоннель Инатори в при землетрясении Идзу-Осима-Kinkai 1978 года; гидротехнический тоннель при землетрясении Наганокен-Сейбу 1984 года,; железнодорожный тоннель Райт при землетрясении Сан – Франциско 1906 года; тоннель Болу при землетрясении Дюздже 1999 года в Турции [ 42 ]; тоннель Шиганг при землетрясении Чи-Чи 1999 года на Тайване [ 74 ]. Можно отметить, что этот список не является полным. Рисунок 1.2 Разрушение тоннеля при сдвиге грунта в зоне разлома Практически невозможно рассчитать тоннели таким образом, чтобы они выдерживали большие перемещения грунта. Подходящими мерами по уменьшению повреждений тоннелей являются: стабилизация грунта, удаление и замена жестких грунтов вокруг тоннеля, изменение трассы или заглубление тоннеля. 1.3.2.2 Разрушение тоннеля при обрушении откоса Разрушения такого типа происходит, с тоннелями, которые располагаются параллельно склонам, на которых возможно возникновение оползней, проходящих через обделки тоннелей. При обрушении откосов во время землетрясения, тоннели могут быть повреждены. Усиление сейсмических волн происходит из-за отражения от свободной поверхности склонов, что приводит к 14 разрушениям. Причѐм тоннели в данном случае являются концентраторами напряжений. Рисунок 1.3 Форма повреждения - обрушение откоса вызвало разрушение тоннеля 1.3.2.3 Продольные трещины Продольные трещины в сводах тоннелей и трещины в стенах тоннельных обделок, направленные вдоль оси тоннелей, возникают при распространении поперечных волн под углом 45 0 градусов к оси тоннеля и при воздействии продольных волн вдоль оси тоннеля. В некоторых случаях такие воздействия вызывают разрушения сводов тоннелей. Рисунок 1.4 Форма повреждения - продольные трещины 1.3.2.4 Поперечные трещины Поперечные трещины возникают в том случае, когда в тоннельной обделки отсутствуют или недостаточно прочные продольные связи между кольцами. При распространении продольной волны вдоль оси тоннелей в сечениях возникают напряжения растяжения сжатия, которые приводят к раскрытию трещин. Примеры таких повреждений приведены ниже. 15 Рисунок 1.5 Форма повреждений - поперечные трещины 1.3.2.5 Наклонные трещины Кроме поперечных и продольных трещин могут образовываться и наклонные трещины, которые обычно наклонены под углом 30-60 0 к горизонту. Трещины появляются на одной стороне тоннеля и прерываются на границах колец. Рисунок 1.6 Форма повреждения - наклоненные трещины 1.3.2.6 Трещины основания тоннеля При некоторых воздействиях происходит разрушение лотковой части тоннельной обделки, которое представляет собой протяжѐнные трещины, а также волнообразные деформации поверхности основания. Такие деформации могут иметь большую протяжѐнность и большие амплитуды вертикальных перемещений ( рисунок 1.7). Рисунок 1.7 Форма повреждения – трещины на лотке тоннеля 16 1.3.2.7 Деформации стен Деформация стен происходит из-за уменьшения размеров обратного свода вследствие его разрушения. Такое повреждение обделки приводит к деформации боковых стен, а так же возникновению многочисленных трещин в бетонной обделке. Рисунок 1.8 Форма повреждения –деформация стен 1.3.2.8 Трещины в зонах ниш и соединений Очень часто трещины развиваются около разного рода ниш: вентиляционных, пожарных и так далее. Примеры таких трещин показаны на рисунке 1.9. Обычно эти трещины имеют протяжѐнность несколькими десятков сантиметров. Однако, в некоторых случаях при больших нишах, трещины могут простираться в обе сторон и объединиться. Рисунок 1.9 Форма повреждения – трещины около ниш 1.3.2.9 Вид повреждений тоннелей прямоугольного сечения Большинство тоннелей с прямоугольными поперечными сечениями это тоннели мелкого заложения, которые строятся открытым способом. При землетрясениях в таких тоннелях повреждаются колонны, а также соединения в 17 верхних и нижних углах тоннельных обделок. Вид повреждений станции метро Дайкай в Кобэ (1995 Япония) представлен на рисунке 1.10. Анализ повреждений показывает, что конструкция была подвергнута большей деформации сдвига во время землетрясения, вызывая перераспределение напряжений, которые привели к разрушению центральных колонн, обрушению перекрытий и осадке грунта над тоннелем [ 54 ]. Рисунок 1.10 Форма повреждения прямоугольного тоннеля 1.4 Существующие методы оценки воздействия землетрясений на тоннели При расположении тоннелей в однородных грунтах обычно рассматриваются два случая: когда тоннель находится в жѐстких грунтах и когда тоннель находится в мягких грунтах. В каждом случая используются различные методы. Если тоннель расположен в жѐстких грунтах, то деформации тоннельной обделки и окружающего его массива грунта не отличаются. В таком случае деформации и напряжения в тоннельной обделке можно определить, используя параметры распространяющихся в грунте волн. Тоннель рассматривается как полость в упругой среде и напряжения в обделке определяются как напряжения на границе этой полости. При расположении тоннелей в мягких грунтах для учѐта взаимодействия тоннелей с грунтом и учѐта смещений тоннеля относительно грунтового массива. В этом случае часто используется модель балки на упругом основании. Грунт представляется пружинами с соответствующей жѐсткостью, зависящей от характеристик грунта и размеров поперечного сечения тоннеля, а тоннель 18 моделируется балкой с соответствующей жѐсткостью. Для учѐта рассеивания энергии к пружинам добавляются демпферы. При расчѐтах тоннелей на сейсмостойкость применяются и аналитические, и численные методы анализа, в которых используются различные программные комплексы. 1.5 Сейсмические условия во Вьетнаме и нормы проектирования сооружений на сейсмостойкость Вьетнам расположен на Евразийской плите вблизи границы с плитой Суматры-Андаман-Мьянмы. Северный Вьетнаме пересекает много разломов. Самым активным разломом, генерирующим землетрясения с максимальной интенсивностью 8-9 (по шкале MSK-64) является разлом «Лай Чау - Дьен Бьен - Шонг Ма - Шон Ла». Этот разлом расположен в Северо-западной части Вьетнама [37] . В Северо-западных областях Ханоя в 1983 произошло большое количество землетрясений с силой от 5 до 7 балов. Землетрясения незначительно повредили некоторые здания. Тем не менее, эти землетрясения вызвали неприятные ощущения и беспокойство у многих людей. Можно отметить такую особенность сейсмических воздействий в районе Ханоя: интенсивность землетрясений на поверхности возрастает из-за резонансного усиления колебаний в верхних мягких глинистых слоях (50м глубиной). 1.5.1 Данные сейсмической активности Вьетнама Результаты научно-исследовательской работы Вьетнамского Института Геофизики (ВИГ), «Исследование прогноза землетрясений и колебаний грунта во Вьетнаме», показывают, что в соответствии с историческими архивами с 114 года по 2003 год произошло более 2000 землетрясений. В настоящее время имеются записи 1645 землетрясений с магнитудой, равной 3 и более по шкале Рихтера. С 1900 по 2001 были зарегистрированы очень сильные землетрясения на Севере Вьетнама. Это землетрясение Дьен Бьен Фу в 1935, землетрясение Туан Гяо в 1983 и землетрясение Дьен Бьен Фу в 2001. Все эти землетрясения произошли на Северо-западе Вьетнама, близко к китайской провинции Юнэну и Лаосу. 19 Сейсмические исследования ВИГ-а позволили разработать базу данных для карты зонирования для максимальных вероятных землетрясений для Вьетнама ( рисунок 1.11 ). Рисунок 1.11 Максимальные возможные значения магнитуд на территории Вьетнама Магнитуда землетрясения по шкале Рихтера, которое произошло на юго-западе города Дьен Бьен Фу 1 ноября 1935 года составила величину, равную М = 6,8. Это было самое сильное землетрясение, произошедшее за последние 100 лет во Вьетнаме. Интенсивность землетрясения составила от VIII и IX баллов по шкале MSK-64. При землетрясении Туан Гяо от 24 июня 1983 в области Лай Чау с магнитудой 6.7 интенсивность колебаний достигала VIII баллов. При этом землетрясении было разрушено и повреждено много зданий и других сооружений. При землетрясении Дьен Бьен Фу 2001 года, которое произошло 19 февраля 2001, с эпицентром в Наме Уне (Лаос), приблизительно 15 км от города Дьен Бьен Фу, величина магнитуды составила 5.3 по шкале Рихтера, а интенсивность порядка VII – VIII баллов. Было отмечено более сотни толчков. Землетрясение 20 повредило почти все конструкции, выполненные из каменной кладки. Воздействия на конструкции были очень внушительными: 130 зданий были повреждены и требовали восстановления, 1044 зданий необходимо было усилить или модернизировать. Землетрясение оказало очень серьезное социально- экономическое влияние на людей и органы власти [ 47 ]. В 2005 году было зарегистрированно много землетрясений, не только на Севере, но также и на Юге Вьетнама, где сейсмическая активность считалась очень низкой, и воздействия землетрясений на зданиях, и другие сооружения, никогда не принимались в расчѐт. Ранее Вьетнам считался безопасным районом с точки зрения возникновения землетрясений. Однако землетрясения, которые произошли на Севере и Юге Вьетнама изменили отношение к этой проблеме. В настоящее время правительство и общество уделяет большое внимания исследованиям в области сейсмических воздействий и разработке сейсмостойких конструкций. Если сильные землетрясения произойдут в плотно населенных районах, таких как Ханой и Хошимин, убытки и потери, могут быть намного больше, чем убытки вызванные тайфунами и другими стихийными действиями. 1.5.2 Обзор современных вьетнамских норм по проектированию сейсмостойких сооружений До недавнего времени во Вьетнаме не существовало собственных нормативных документы по расчѐту на сейсмостойкость, поэтому для проектирования сооружений в сейсмически активных областях была разработана Инструкция Государственного Института Геологии (Национальному Центру Естествознания и Технологий). Кроме того, были официально приняты нормативных документов: Российские нормы СНиП II 7-1981 и нормы UBC (США). Позднее во Вьетнаме были разработаны Нормы проектирования сейсмостойкойких конструкций TCXDVN 375:2006, утверждѐнные .Министерством строительства. Однако, в этих нормах отсутствует раздел по расчѐту подземных сооружений. 21 В нормах TCXDVN 375:2006, сейсмическая опасность оценивается значением пикового ускорения грунта. При разработке этих норм использовались положения Еврокода 8. К нормам прилагается корта сейсмического районирования, которая была результатом долгосрочных исследований ВИГ. Рисунок 1.12 Карта сейсмического районирования в единицах пиковых горизонтальных ускорений для территории Вьетнама 22 |