Грунты в районах прокладки магистральных трубопроводов (МТ) не являются абсолютно сухими (всегда содержат определенный процент влажности), а большая часть районов с прокладки МТ находится в зонах с высокой влажностью. При прокладке магистральных трубопроводов на слабых водонасыщенных грунтах перемещаются значительные массы грунта, из которого формируется техногенный рельеф. При значительных повреждениях подземных магистральных трубопроводов под действием природных факторов в местах образования утечки нефти разрушается структура грунта, прилегающего к МТ. В этих случаях под действием веса грунта  происходит изменение естественного напряжённого состояния ниже лежащей грунтовой среды. Поэтому возникает необходимость в оценке критического давления, которое может выдержать слабая грунтовая среда.

В [2, 3] решена задача об оценке критического усилия в модели грунтовой среды в виде однородного, тяжёлого, упругого полупространства под действием внешней нагрузки, приложенной к полупространству, эпюра которой представляет прямоугольный треугольник.

В настоящей работе рассмотрено решение аналогичной задачи. Но модель грунтовой среды представлена двумя плоскопараллельными слоями, лежащими на поверхности полупространства (Рисунок 1). Внешняя нагрузка имитирует отрицательную форму техногенного рельефа в виде равнобокой трапеции. В этом случае напряжение в любой точке М (х,z) в полупространстве будет определяться  внешней техногенной нагрузкой Р и напряжением , создаваемым моделью модели и σ0х = σ0z = γ1 h 1+ γ2 h 2+ γ3[ z-(h1+ h2)].

В этих формулах z макс и Ркр зависят от физико-механических и геометрических характеристик модели. Придавая им различные значения, можно получить формулы для z макс и Ркр для различных вариантов моделей среды и эпюр внешней нагрузки. Например при в = 0, т. е. когда точки А, и А/ совпадут с 0, эпюра будет иметь другой вид симметричной нагрузки; придавая ширине базы нагрузки определенное конечное значение, можно получить эпюру для симметричной треугольной и ленточной нагрузки; при h 1 = h 2 = 0 и ширине базы нагрузки равной нулю получим формулу z макс и Ркр для полупространства с различными видами эпюр внешней нагрузки, например, как в [2, 3] для нагрузки в форме прямоугольного треугольника и т.д. На рис.2, а,б приведены зависимости Ркр от удельного веса полупространства, удельного сцепления С и угла полного внутреннего трения φ, на рис.3, а, б приведены зависимости глубин развития критического усилия zмакс от тех же характеристик. При расчете принято h 1 = h 2 = 0,3 м, γ1=15,05 кН/м3, γ2 =10,3 кН/м3, а = 2м, в = 1м, коэффициент Пуассона для всех вариантов грунтовой среды v = 0,13. Расчёт z макс и Ркр выполнялся при различных физико-механических характеристиках полупространства (табл.1) соответствующих пластичным супесям.

 Таблица 1

Физико-механические характеристики модели

Порода	Удельный вес γ, кН/м3	Угол внутреннег о трения φ,0	Удельное сцепление С, кПа	Модуль деформации Е, МПа	Максималь- ная глубина критического усилия z макс, м	Коэффи- циент упругого полупростр анства СZ, МПа
Супесь	16,9	13	9,0	15,8	0,75	16,07
пластичн	17,8	15	11,0	16,2	1,34	16,48
ая	18,8	16	12,0	16,6	1,73	17,00
	19,0	17	14,0	17,8	2,18	18,10

Из результатов расчётов следует, что

-зависимости Ркр от физико-механических характеристик полупространства являются квазилинейными, как и для случая, рассмотренного в [2, 3];

- с увеличением значений физико-механических характеристик происходит увеличение Ркр и z макс ;

-точки с координатами z макс, в которых усилие достигают критической величины (Ркр) находятся в полупространстве, поскольку всегда z макс> h 1 + h 2;

-для зависимости Ркр (γ) увеличения критического усилия происходит не только с ростом γ, но также с увеличением  φ и С; при этом угловой коэффициент (угол наклона графиков Ркр (γ) к оси абцисс) увеличивается с ростом φ и С;

-для зависимости Ркр (С) увеличение критического усилия происходит в основном только с ростом С; за счёт увеличения γ и φ критическое усилие изменяется не более чем на 10%; поэтому для всех рассмотренных значений γ и φ можно предложить единую (усредненную) зависимость Ркр (С).

При проектировании, строительстве и экспертизе промышленной безопасности магистральных трубопроводов [6, 7, 8], ввиду сейсмичности грунтовых масс, необходимо учитывать характеристики слабых ниже лежащих грунтов в траншее и максимальную нагрузку, которую могут выдержать эти грунты. Мы считаем, что данные научные исследования соответствуют требованиям концепции совершенствования государственной политики в области обеспечения промышленной безопасности с учетом необходимости стимулирования инновационной деятельности [1].

 

Список литературы

1.     Концепция  совершенствования  государственной  политики  в  области  обеспечения  промышленной безопасности с  учетом необходимости стимулирования инновационной деятельности.  Утверждена решением Коллегии федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) от 26.09.2011.

2.     Кравченко Т.И., Филатов В.В. Оценка предельного критического усилия на упруго–пластическую грунтовую среду от действия треугольной нагрузки. // Изв. Вузов. Горный журнал. 2012, №5.С. 68÷72.

3.     Кравченко Т.И. Изучение и оценка предельного напряжённого состояния слабых грунтов оснований инженерных сооружений: дис... канд. техн. наук. - Екатеринбург, 2013. -131с.

4.     Маслов Н.Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. М.: Высшая школа,1968.- 629с.

5.     Маслов Н.Н. Прикладная механика грунтов. М.: Машстройиздат, 1949.-328с.

6.     СНиП2.02.01-83. Основание и фундаменты. М.: Госстройиздат,1975.- 40 с.

7.     Федеральный    закон    от     21.07.1997    г.     №     116-ФЗ     «О     промышленной     безопасности    опасных производственных объектов».

8.     Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности». Утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) от 14.11.2013 г. № 538.

9.     Цытович Н.А. Механика грунтов. 4 - е изд. М.: Высшая школа,1983. - 281с.