Методика расчета и проектирования противооползневых сооружений для защиты дорожного земляного полотна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Ниязбеков, Саидмурад Саидрасулович

• Ниязбеков, Саидмурад Саидрасулович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ниязбеков, Саидмурад Саидрасулович

Введение.

1 Оползни и их образование на транспортных объектах.

1.1 Оползневые явления как опасные геологические процессы и природные катастрофы.

1.2 Виды классификаций оползней и их взаимосвязь.

1.2.1 Классификационные признаки.

1.2.2 Классификация оползней по блокам.

1.2.3 Оползни течения (потоки).

1.2.4 Механизм формирования оползней в лессовидных породах.

1.3 Структурная схема классификационных признаков оползневых процессов.

1.4 Выводы по главе.

2 Противооползневые мероприятия и защита от оползневых процессов.

2.1 Виды противооползневых мероприятий.

2.1.1 Удерживающие сооружения.

2.1.2 Сооружения, регулирующие сток поверхностных и подземных вод.

2.1.3 Изменение конфигурации склона.

2.1.4 Профилактические мероприятия.

2.2 Конструирование защиты от оползневых процессов.

2.2.1 Влияние оползневых явлений на транспортные объекты в

Средней Азии.

2.2.2 Принципы конструирования защиты от оползневых процессов.

2.3 Выводы по главе.

3. Методика расчета и проектирования противооползневой защиты дорожного земляного полотна.

3.1 Компьютерное моделирование и расчеты устойчивости земляного полотна на оползнеопасных склонах.

3.1.1 Расчетные предпосылки.

3.1.2 Расчет устойчивости оползневого массива по предельному состоянию.

3.1.3 Расчет по круглоцилиндрической поверхности скольжения.

3.1.4 Расчеты по деформациям откосов земляного полотна железных и автомобильных дорог.

3.1.5 Коэффициент запаса устойчивости откосов.

3.2 Проектирование комплексов противооползневых защитных мероприятий.

3.3 Методика расчета и проектирования противооползневой защиты.

3.3.1 Алгоритм методики расчета и проектирования защитных комплексов.

3.3.2 Методические рекомендации по расчету и проектированию защиты от оползней.

3.4 Выводы по главе.

4 Реализация комплексной защиты от оползней на транспортных объектах.

4.1 Проект противооползневой защиты участка Серебряноборских транспортных тоннелей в Москве.

4.1.1 Формирование комплекса конструкционно-технологической противооползневой защиты щитовой проходки и последующей эксплуатации участка транспортных тоннелей на пересечении оврага р. Б. Гнилуша.

4.1.2 Расчеты оползневых склонов и грунтового пригруза на тоннельном пересечении оврага р. Б. Гнилуша.

4.2 Противооползневая защита участка 73-74 км железной дороги Туапсе - Адлер.

4.2.1 Противооползневой комплекс мероприятий при проектировании реконструкции Сочинского участка железной дороги Туапсе - Адлер (73-74 км).

4.2.2 Расчеты устойчивости склона и проектные предложения по реконструкции участка железной дороги на Мамайском оползне в г. Сочи.

4.3 Противооползневая защита перевального участка железной дороги Карламан - Белорецк.

4.3.1 Назначение комплекса противооползневых сооружений на портальной выемке и над порталом Зуяковского тоннеля.

4.3.2 Расчеты устойчивости откосов и проектные решения по оползневой защите портальной выемки Зуяковского тоннеля на ж. д. линии Карламан - Белорецк.

4.3.3 Конструирование и расчет армогрунтовой подпорной стены с гофрированными металлическими структурами.

4.4 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика расчета и проектирования противооползневых сооружений для защиты дорожного земляного полотна»

Оползневые явления являются одним из наиболее распространенных природных физико-механических процессов, нарушающих непрерывность и безопасность движения железнодорожного и автомобильного транспорта. Они проявляются практически во всех горных и предгорных районах бывшего СССР, в т. ч. в Российской Федерации и в республиках Средней Азии. В этих районах с очень сложным геологическим строением и неблагоприятными гидрогеологическими условиями транспортные коммуникации подвергаются разрушительному воздействию опасных геологических процессов (ОПТ).

Актуальность темы диссертации связана с проблемой защиты от оползневых явлений в условиях Средней Азии, где при широком распространении лессовидных грунтов и сложном горном и предгорном рельефе местности она приобретает наиболее острый и актуальный характер.

Высокий уровень опасности этих процессов, большая сложность достоверного прогнозирования их проявления, высокая стоимость и трудоемкость работ по устройству защитных сооружений требует дальнейшего совершенствовании средств и методов защиты от оползней. В последнее время в мировой практике созданы различные усовершенствованные типы противооползневых сооружений с использованием новых геосинтетических материалов. Тем не менее, проблема защиты железных и автомобильных дорог от оползневых явлений не потеряла своей актуальности.

Это предопределяет необходимость разработки основных положений проектирования и расчета конструкций и технологий строительства защитных сооружений и методики определения их конструктивных параметров, в том числе с дальнейшим расширением применения геосинтетики и использованием металлических гофрированных структур.

Целью данной работы является разработка научного обоснования методики расчета и проектирования защитных противооползневых сооружений дорожного земляного полотна на оползнеопасных территориях Средней Азии с использованием металлических гофрированных структур и армирования геотекстильными материалами. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

• провести анализ оползневых явлений и их параметров по основным классификационным признакам с оценкой возможных защитных мероприятий.

• выполнить применительно к транспортным объектам Средней Азии исследования с расчетами на компьютерных моделях условий предотвращения и защиты от оползневых явлений на характерных типах грунтовых массивов в естественном залегании на оползнеопасных склонах при пересечении их транспортными коммуникациями и на дорожном земляном полотне железных и автомобильных дорог.

• провести исследования условий воздействия наиболее характерных для Средней Азии оползней течения и блочных оползней на защитные сооружения при нарастании потери устойчивости оползневого массива.

• разработать конструктивные решения комплексов противооползневых сооружений с применением новых материалов (армогрунтовых блоков и металлических гофрированных структур).

• разработать методику расчета и проектирования конструктивных параметров противооползневых защитных сооружений на транспортных объектах с применением металлических гофрированных структур и армированного грунта с рекомендациями по технологии их сооружения.

• провести проверку на опытных объектах расчетных параметров комплексов защитных сооружений.

В диссертации применялись следующие методы исследования

• исследование системы «откос - защитное сооружение (армированная подпорная стена) - земляное полотно» с использованием принципов системного анализа, математических методов расчета и компьютерного моделирования;

• использование композитного метода конструктивно-технологических решений при синтезе конструкций противооползневой защиты железных и автомобильных дорог.

Научная новизна результатов диссертационной работы определяется тем, что:

1) выявлены наиболее характерные виды оползневых явлений (оползни течения, блочные оползни) для транспортных объектов в регионах Средней Азии;

2) обоснованы основные принципы комплексного подхода к защите дорожного земляного полотна железных и автомобильных дорог от оползней течения и блочных оползней;

3) разработаны алгоритм и методика расчета и проектирования комплексов защитных мероприятий земляного полотна железных и автомобильных дорог от оползневых явлений

Практическая значимость работы заключается:

• в разработке конструктивно-технологических решений по формированию комплексов активной и пассивной защиты от оползневого воздействия на транспортные объекты различного назначения в предгорной и горной местности;

• в разработке и определении области эффективного применения подпорной стены с применением гофрированных металлических структур и армированного грунта для защиты пути и проезжей части от оползневых процессов для различных значений высоты и крутизны откоса оползневого тела.

Апробация работы прошла на ряде научно-практических, научно-технических конференций и семинаров, включая международные: Международная научно-техническая конференция «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов». Москва, 2003; Международная конференция «Опыт применения новых материалов, технологий, техники и оборудования в дорожно-мостовом хозяйстве» в рамках VI Московской международной выставки

Доркомэкспо. Дорожно-мостовое хозяйство-2004». Москва, 2004; Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути и инженерных сооружений. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований», посвященной 100-летию со дня рождения профессора Г.М. Шахунянца. Москва, 2004; Научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов Научно-исследовательского института транспортного строительства, посвященная 70-летию образования организации. Москва, 2005. Научно-практическая конференция молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве». Москва, 2006; Общероссийская конференция изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации». Москва, 2006.

Содержание диссертации изложено в четырех главах с введением, основными выводами и приложением на 254 страницах текста с 12 таблицами и 105 рисунками.

Методика расчета и проектирования противооползневых сооружений для защиты дорожного земляного полотна представлена в составе алгоритма, анализа возможных нагрузок и воздействий на защитные сооружения, основных положений расчета вероятностных величин устойчивости склонов и откосов насыпей и выемок, принципов конструирования и методических рекомендаций по детальному проектированию защиты от оползневых процессов с примером расчета удерживающих стен с применением новых технических решений.

Опыт применения разработанных методических рекомендаций по расчетам и проектированию комплекса защитных противооползневых мероприятий с оценкой экономической эффективности проведен на примере рабочего проектирования защиты от оползневых процессов транспортных объектов на 71 км линии Карламан - Белорецк Куйбышевской ж.д.

Основные результаты исследования опубликованы в 13 научных статьях и 2 приоритетных справках на полезную модель.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Ниязбеков, Саидмурад Саидрасулович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В

СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Ниязбеков С.С. Обеспечение безопасности земляного полотна на участках склоновых процессов в среднеазиатском регионе. / Труды ЦНИИС. Вып. 220. - М., ЦНИИС, 2004, с. 151.

2. Ниязбеков С.С. Мероприятия для проходки тоннелей под руслом притока Москва-реки в условиях оползнеопасности. / Транспортное строительство № 8, 2004.

3. Ниязбеков С.С. Противооползневые мероприятия на участке железнодорожной линии Карламан-Белорецк Куйбышевской ж. д. / Труды международной научно-технической конференции «Безопасность движения поездов». - М. МИИТ, 2004.

4. Ниязбеков С.С. Выбор противооползневых мероприятий для проходки тоннелей под руслом притока реки Москвы. / Труды международной научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути и инженерных сооружений. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований», посвященной 100-летию со дня рождения профессора Г.М. Шахунянца. М., МИИТ, 2004.

5. Ниязбеков С.С. Защита Зуяковского тоннеля от оползневых процессов. / Транспортное строительство № 9, 2005.

6. Ниязбеков С.С., Кузнецова Л.И., Казаркина В.И. Конструктивные решения грунтового пригруза для безопасной проходки серебряноборских тоннелей под оползневым оврагом р. Б. Гнилуша. / Труды ЦНИИС. Вып. 229. - М., ЦНИИС, 2005, с. 114.

7. Ниязбеков С.С. Первоочередные работы по защите земляного полотна 7374 км ж.д. линии Туаспе - Адлер от оползнеопасных явлений. / Материалы научно-практической конференции молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве». М., ФГУП «ПНИИИС», 2006.

8. Ниязбеков С.С. Защита Зуяковского тоннеля и подходной выемки от оползневых явлений. / Материалы первой Общероссийской Конференции изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации». М., ФГУП ПНИИИС, 05. 2006 г.

9. Ниязбеков С.С. О защите от оползневых опасности на 73 - 74 км участка железной дороги Туапсе - Адлер. / Труды ЦНИИС. Вып. 231. - М., ЦНИИС, 2006, с. 133.

Ю.Ниязбеков С.С., Банова Н.Н., Орлов Г.Г. Обеспечение безопасности движения транспорта на автомобильных дорогах защитой от скальнообвальных явлений кольчужными сетками. / Труды ЦНИИС. Вып. 231. -М., ЦНИИС, 2006, с. 133.

H.Ниязбеков С.С., Володин В.В., Кириллов Г.А., Зуев Е.Н. Сооружение земляного полотна с устройством постоянного отвода р. Модут. / Транспортное строительство № 8, 2006.

12.Ниязбеков С.С., Переселенков Г.С., Банова Н.Н., Орлов Г.Г., Плужников В.В., Юдин В.О. Защита автомобильной дороги от скально-обвальных и осыпных процессов сетками. / Транспортное строительство № 1, 2007.

П.Ниязбеков С.С., Воробьев В.Я., Банова Н.Н., Орлов Г.Г. Организационно-конструкторско-технологические требования к опалубке при бетонировании защитных сооружений от опасных геологических процессов. / Труды ЦНИИС. Вып. 237. - М., ЦНИИС, 2007, с. 48.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ниязбеков, Саидмурад Саидрасулович, 2007 год

1. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология. -М.: Высш. школа, 1980. 271 с.

2. Казакбаев К.К., Смирнов С.Н. Устойчивость откосов выемок на косогорах. -Ташкент, Изд-во «Фан» УзССР, 1975. 128 с.

3. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М., Госстройиздат, 1952, 260 с.

4. Гольдштейн М.Н. Оползни и инженерная практика. / Пер. с англ. М.: «Трансжелдориздат МПС», 1960, 268 с.

5. Корольков Н.М., Еремин B.J1. Путь и сооружения на горных железных дорог. М.: Транспорт, 1968, 336 с.

6. Петров Н.Ф. Классификация оползней по механизму развития с целью их освоения // Воспроизводство плодородия малопродуктивных почв. Кишинев: Тимпул, 1983, с. 79-90.

7. Проблемы классифицирования склоновых гравитационных процессов. -М.: Наука, 1986.

8. Петров Н.Ф. Оползневые системы. Простые оползни (аспекты классификации). Кишинев: Штиинца, 1987.

9. Гельднер К. Кибернетика и ее будущее. М.: Радио и связь, 1983.

10. Тер-Степанян Г.И. Типы составных и сложных оползней на природных склонах // Проблемы геомеханики. Ереван, 1982. № 8. С. 9-22.

11. Дранников A.M. Оползни, типы, причины образования, меры борьбы. Киев, 1956.

12. Кюнтцель В.В. Закономерности оползневого процесса на европейской территории СССР и его региональный прогноз. М.: Недра, 1980.

13. Пальшин Г.В., Тржцинский Ю.В. Оползни на склонах Южного Приангарья // Геология и геофизика. 1964. № 6.

14. Печеркин И.А. Геодинамика побережий Камских водохранилищ // Геологические процессы. Пермь: 1969. 4.2. С. 159-206.

15. Петров Н.Ф. Оползневые системы. Сложные оползни (аспекты классификации). Кишинев: Штиинца, 1988.

16. Ниязов Р.А. Оползни в лессовых породах. Ташкент, 1974. - 148с.

17. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов. М., Недра, 1972,310 с.

18. Шадунц К.Ш. Оползни-потоки. М., Недра, 1983. 120 с.

19. Маслов Н.Н. Инженерная геология. М., Госстройиздат, 1941, 432 с.

20. Маслов Н.Н. К вопросу об условиях проявления ползучести глинистых грунтов в основании подпорных сооружений. Научные доклады высшей школы, «Строительство», 1958, № 1. 120 с.

21. Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними). М.%: Стройиздат. 1977. 320 с.

22. Добров Э.М. Обеспечение устойчивости склонов и откосов в дорожном строительстве с учетом ползучести грунтов. М., Транспорт, 1975, 216 с.

23. Benson R.P., Experiemce With instrumentation in Rock Slipes, Acres Consulting Engineers, Niagara Falls, N. Y., 1971,49

24. Goodman R.E., Methods of Geological Engineering in Discontinuous Rocks, West Publishing, St. Paul, 1976, 472.

25. Емельянова Е.П. Роль климатических факторов в оползневых процессах. «Сов. геология», № 9,1958.

26. Емельянова Е.П. Сравнительный метод оценки устойчивости склонов и прогноза оползней. Изд-во «Недра», 1971.

27. Hansen J.B. The Philosophy Desing, Desingn Criteria, Safety Factors, and Settlement Limits, In Proc. Vesic A.S., ed., Symposium on Bearing Capacity and Settlement of Foundations, Duke Univ., Durham, N. C., 1965, 1967, 9-14.

28. Taylor, D.V., 1937. "Stability of Earth Slopes", Journal of Boston Society of Civil Engineers, Vol. 24, pp 197 246.

29. Вялов С.С. Пластичность и ползучесть связной среды. В кн. «Доклады к VI Международному конгрессу по механике фунтов и фундаментостроению». М., Стройиздат, 1965, с. 45-55.

30. Сергеев З.А. Статически равновесный метод расчета свободных однородных откосов на сейсмостойкость. Ж. "Основания, фундаменты и механика фунтов", № 3,1977, с. 34 36.

31. Little A. L., Price V.E., The Use of an Elektronic Computer for Slope Stability Analysis, Geotechnique, 8, No. 3,1958,113-120.

32. Whitman R. V., Bailey W.A., Use of Computer for Slope Stability Analysis, Journal of Civil Engineers, New York, 93, No. SM4, 1967,475-498.

33. Sevaldson R.A., The Slide in Lodalen, October 6,1954, Geotechnique, 6, No. 4, 1956, 167-182

34. Bishop A.W., Morgenstern N.R., Stability Coefficients fir Earth Slopes, Geotechnique, 10, No. 4, 1960, 129-150.

35. Тейлор Д. Основы механики фунтов. М., Стройиздат, 1960, 598 с.

36. Шахунянц Г.М. Земляное полотно железных дорог. М.: Гос. транспортное издательство. 1953. - 827 с.

37. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М.: Транспорт, 1967. - 536 с.

38. Тер-Степанян Г.И. О длительной устойчивости склонов. Ереван, Изд-во АН Арм. ССР, 1961,42 с.

39. Переселенков Г.С., Штейн А.И. О некоторых особенностях методов определения устойчивости откосов грунтовых сооружений. Труды ЦНИИС. Вып. 214. М., ЦНИИС, 2002.

40. Добров Э.М. Оценка устойчивости земляного полотна с учетом реологических свойств грунтов. Труды Союздорнии, вып. 58(1). М., Изд-е Союздорнии, 1972, с. 4-45.

41. Hoek Е., Bray J. W., Rock Slope Engineering, institution of Mining and Metallurgy, London, 1974,309.

42. Spenser E., A Method of Analysis of the Stability of Embankments Assuming Parallel Inter-Slice Forces, Geotechnique, 17, No. 1, 1967, 11-26.

43. Desai C.S., Theory and Aplications of the In Aplication of the Finite Element Method in Geotechnical Engineering, A Symposium, Desai C.S., ed., U. S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Wicksburg, Miss., 1972, 3-90.

44. Dunlop P., Duncan J.M., Seed H.B., Finite Element Analyses of Slopes in Soil, Department of Civil Engineering, Univ. of California, Berkeley, Rept. TE-68-3, 1968.

45. Dunlop P., Duncan J.M., Development of Failure Around Excavated Slopes, Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, American Society of Civil Engineers, New York, 96, SM2, 1970,471-493.

46. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.

47. СНиП 32-01-95 Железные дороги колеи 1520 мм.

48. СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги.

49. Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог. М., Изд-е МИИТ, 1961, 14 с.