АННОТАЦИЯ к диссертации на соискание ученой степени доктора философии (PhD)

АННОТАЦИЯ
к диссертации на соискание ученой степени доктора философии (PhD)
по специальности «6D072900 – Строительство»
УТЕПОВ ЕЛБЕК БАХИТОВИЧ
«Оценка результатов численного моделирования, полевых и модельных
испытаний грунтов сваями в центрифуге»
Актуальность темы исследования. Как правило, испытания свай
проводят для проверки соответствия их несущей способности расчетным
нагрузкам, принятым в проекте. Определение несущей способности свай –
важный этап в проектировании свайных фундаментов. На сегодняшний день
существует два основных метода полевого испытания свай: динамической и
статической нагрузками. Оба метода имеют как преимущества, так и
недостатки. Например, статические испытания подходят для большинства
типов свай, но отнимают много времени, и являются более трудоемкими, а
также требуют значительных денежных затрат. Динамические испытания, в
классическом представлении, относительно быстрее, но менее надежны, и
применимы только для забивных свай.
Наряду с этим существуют альтернативные методы определения
несущей способности свай, такие как центробежное и численное
моделирования.
Первый осуществляется с применением специального оборудования,
называемого «Геотехническая центрифуга». Центрифуга применяется для
моделирования геотехнических и инженерных конструкций и сооружений в
целом, находящихся под действием силы тяжести с целью качественного и
количественного исследования их основных характеристик. Чаще всего,
центрифуга используется для изучения грунтовых сооружений или
сооружений, взаимодействующих с грунтом (сваи, откосы, насыпи, дамбы,
фундаменты и т.д.). Это относительно новая технология, которая пока еще не
нашла широкого применения в строительстве в Казахстане.
Второй метод основан на методе конечных элементов (МКЭ). Он
позволяет в достаточной степени реалистично моделировать и решать целый
ряд геотехнических задач, в том числе проблемы свайных фундаментов.
Несмотря на то, что вышеизложенные альтернативные методы относятся
к косвенным, они являются вполне надежными и имеют ряд достоинств:
независимость от времени проведения испытаний, возможность проводить
большое количество испытаний параллельно, низкие финансовые затраты и
относительно менее трудоемки. Высокие темпы строительства в настоящее
время в нашей стране и широкое применение свайных фундаментов
обусловили проведение исследования на данную тему и разработку
комплексной методики оценки несущей способности свай, так как она может
иметь важное значение в строительстве и предотвратить значительные
финансовые затраты. Все вышесказанное указывает на то, что исследования в
данном направлении очень актуальны.
Цель и задачи исследований. Целью является исследование
центробежного и численного моделирования свай в грунтовом массиве, а
также сравнительный анализ результатов испытаний с традиционными
экспериментальными методами определения несущей способности свай и,
впоследствии, разработка методики комплексной оценки несущей
способности свай. Для достижения поставленной цели были определены
следующие задачи:
1. Обзор существующих традиционных и альтернативных методов
определения несущих способностей свай;
2. Выбор строительной площадки для проведения инженерногеологических изысканий, а также полевых испытаний грунтов сваями;
3. Расчет несущей способности свай по грунту согласно СНиП,
используя данные инженерно-геологических изысканий строительной
площадки.
4. Численный анализ взаимодействия свай с грунтом для прогноза их
несущей способности.
5. Моделирование натурных испытаний свай статической нагрузкой в
центрифуге;
6. Сравнительный анализ результатов различных методов и разработка
методики комплексной оценки несущей способности свай.
Предмет исследования: Взаимодействие сваи с грунтовыми
основаниями.
Научная новизна исследования:
- Разработана новая методика комплексной оценки несущей способности
свай, отличающаяся использованием в ней численного и центробежного
моделирования;
- Впервые в строительстве в Казахстане для исследования работы свай в
грунте была предпринята попытка использования и внедрения технологии
центробежного моделирования;
- Разработана и адаптирована методика определения несущей
способности свай численным и центробежным моделированием.
Методы исследования. Для изучения работы свай в грунтовом массиве
и определения их несущей способности были использованы следующие
методы:
- Расчетный метод определения несущей способности свай;
- Полевые испытания свай;
- Центробежное моделирование;
- Численное моделирование.
Надежность и достоверность результатов данной исследовательской
работы обеспечивается использованием современной геотехнической
центрифуги Колумбийского университета (Нью-Йорк, США), которая
является наиболее передовой среди университетов США с точки зрения
размера и мощности. А также, для численного моделирования был применен
сертифицированный пакет программного обеспечения для трехмерного
анализа. Степень надежности основных результатов, экспериментов и
рассмотренных расчетов контролировалась путем сравнения с их натурными
характеристиками.
Апробация исследования. Основные положения и результаты
исследовательской работы докладывались на следующих форумах:
- 7-ая Азиатская конференция молодых инженеров-геотехников, 14 – 17
Сентября, 2012, Токушима, Япония;
- 18-ая Международная конференция по механике грунтов и геотехнике,
30 Августа – 4 Сентября, 2013, Париж, Франция;
- Международная конференция – Геотехника Беларуси: Наука и
Практика, 22 – 24 Октября, 2013, Минск, Белоруссия;
- Международная научно-техническая конференция, посвященная 80летию кафедры геотехники СПбГАСУ, 7 – 8 Февраля, 2014, СанктПетербург, Россия.
Сведения о публикациях. Основные положения и результаты
исследовательской работы были опубликованы в 34 научных статьях, из них:
9 – в изданиях, рекомендованных ККСОН МОН РК; 2 – в международных
изданиях с ненулевым импакт-фактором, входящих в базы данных компаний
Thomson Reuters и Scopus; 19 – в материалах Международных конференций,
в том числе 15 – в материалах зарубежных конференций; 2 – в материалах
Республиканских конференций; 2 – в зарубежных научных журналах.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения и
основной части, включающей 5 глав, заключения, списка литературы и
приложения. Список литературы включает в себя 78 источников. Работа
изложена на 106 страницах печатного текста и содержит 38 рисунков и 17
таблиц.