Комплексное расчетное обоснование проектов строительства, эксплуатации, реконструкции сооружений в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе в стесненной городской застройке, стало невозможным без использования современных компьютерных программ. В работе рассмотрены общие подходы и результаты моделирования напряженно-деформированного состояния грунтового массива при постадийном сооружении котлована для строительства одного из гидротехнических сооружений Санкт-Петербурга под защитой конструкции «стена в грунте».
Рассмотрены результаты моделирования работы двух вариантов многофункционального подземного комплекса, являющегося фундаментом многоэтажного высотного здания. Комплекс играет роль комбинированного фундамента. Моделирование выполнено с учетом поэтапного строительства подземной и наземной частей здания.
Представлен краткий анализ причин деформирования грунтового массива в окрестности полузаглубленных сооружений. Выполнено численное моделирование строительства типового полузаглубленного сооружения под защитой ограждающей конструкции. Сделаны выводы о применимости типовых геомеханических моделей грунта для описания процессов в окрестности полузаглубленного сооружения.
Рассматривается вариант многофункционального подземного комплекса, являющегося частью многоэтажного высотного здания. Комплекс располагается в подземной части здания и играет роль фундамента, заменяя собой обычный плитно-свайный фундамент. Выполнены предварительные расчеты методом конечных элементов с учетом этапности строительства подземного комплекса и наземного высотного здания. В результате расчетов получены распределение вертикальных смещений и их значения.
Выполнено численное моделирование методом конечных элементов двух вариантов свайных фундаментов для высотного здания. Задача решалась в объемной постановке с учетом этапности приложения нагрузок. По результатам расчетов построены эпюры изменения вертикальных перемещений на различных этапах строительства. Выполнен анализ мульды оседания.
Выполнена постановка задачи и численное моделирование в плоской постановке смещений грунтового массива при строительстве заглубленного подземного сооружения. Выявлено влияние граничных условий по контакту «грунт – конструкция», заделки стены, ее толщины и анкерного крепления на деформирование грунтового массива.
Выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния пилонной станции с чугунной обделкой метрополитена глубокого заложения. Сложная геометрия станции и последовательная проходка тоннелей с поэтапной разработкой на полное сечение потребовали применить трехмерное моделирование с учетом технологии возведения станции.
Излагаются основные особенности геомеханических процессов, происходящих в массиве горных пород при проходке тоннелей и выработок подземных сооружений. Приведены принципы организации математического моделирования процессов сдвижений и деформаций горных пород для оценки вредного влияния подземного строительства на здания и сооружения. Изложены основные недостатки известных подходов к моделированию геомеханических процессов, даны рекомендации по решению ключевых задач расчета сдвижений в породном массиве. Представлены основные результаты применения комплексного подхода к прогнозной оценке сдвижений и деформаций при обеспечении строительства городских подземных сооружений в Санкт-Петербурге.
Рассмотрены проблемы, связанные с геомеханическим прогнозом напряженно-деформированного состояния станций глубокого заложения. Показан комплексный подход изучения статической работы станций, включающий натурные исследования на различных этапах их строительства и численное моделирование методом конечных элементов.
Рассмотрено напряженно-деформированное состояние одного из станционных комплексов Санкт-Петербургского метрополитена, испытывающего взаимное влияние от расположенного над ним торгово-развлекательного комплекса.
По результатам численного моделирования напряженно-деформированного состояния рудно-кристаллического массива дана качественная оценка закономерности распределения напряжений в искусственном защитном перекрытии на начальном этапе отработки массива богатых железных руд.
Выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния рудно-кристаллического массива до начала ведения горных работ. Приведены результаты анализа закономерностей формирования поля напряжений нетронутого массива. Установлено, что распределение напряжений в рудно-кристаллическом массиве, включающем руды и породы с различными физико-механическими свойствами (разница до двух порядков), существенно отличается от распределения по Диннику.
Выполнено геомеханическое обоснование высоты водозащитной потолочины между верхним горизонтом отработки рудной залежи и карбоновой толщей водонасыщенных пород и оценка толщины и прочности искусственного защитного перекрытия при их совместном взаимодействии с учетом порядка отработки очистных камер.
Методом конечных элементов исследована динамика смещений рудного массива на различных этапах строительства защитного перекрытия и отработки панели. Выполнено моделирование варианта отработки нижней части панели камеры второй очереди с увеличенной высотой и шириной камер. Порядок отработки рассмотрен поэтапно, получены параметры напряженно-деформированного состояния для каждого этапа отдельно и для варианта отработки в целом. Даны качественная и количественная оценка результатов моделирования.
Рассмотрены результаты численного моделирования напряженно-деформированного состояния (НДС) массива пород при отработке руд в сложных горно-геологических условиях. Выявленные закономерности влияния наличия и толщины искусственного защитного перекрытия на НДС вмещающего массива позволяют уточнить представления о роли защитного перекрытия при разработке богатых руд.
Рассмотрены закономерности формирования свода смещений при строительстве выработок защитного перекрытия.
Приведены результаты исследований плоского (двумерного) напряженно-деформированного состояния массива пород вокруг перегонного тоннеля Санкт-Петербургского метрополитена: расчетная схема, результаты расчетов. Выявлены причины и механизм оседаний дневной поверхности и контакта четвертичных отложений с наносами.
