05 марта 2016г.
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.
