РАЗДЕЛ 2
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ ПОДРАБОТКИ ЗДАНИЙ
2.1 Обоснование направлений исследований
Участок земной поверхности, подвергшийся влиянию горной выработки, называют мульдой сдвижения, которая характеризуется граничными углами в наносах ?0 и коренных породах ?0, ?0, ?0, углами полных сдвижений ?1, ?2, ?3 и углом максимального оседания ?. Распределение горизонтальных деформаций ? и кривизны ?, определяющих деформации зданий при моноклинальном пологом и наклонном залегании пород и отсутствии в зоне влияния горной выработки разрывных тектонических нарушений, показано на рис. 2.1. Горизонтальные деформации и кривизна являются производными главного вектора сдвижения породного массива к центру выработки и поэтому проявляются на земной поверхности совместно в различных пропорциях. В мульде сдвижения различают положительные и отрицательные деформации: кривизну выпуклости +? и соответствующее ей растяжение +?, кривизну вогнутости -? и соответствующее ей сжатие -?. В зависимости от местоположения здания в мульде на него воздействуют положительные или отрицательные деформации земной поверхности.
При разработке свиты крутопадающих пластов в Центральном районе Донбасса вместо кривизны определяют высоту уступов hу, которые могут образовываться как в полумульде по падению, так и в полумульде по восстанию. Чаще всего уступы образуются в полумульде по падению и бывают двух видов: обращенные в сторону выхода пласта - прямые уступы и обращенные в сторону падения пласта - обратные уступы. Положение уступов по отношению к подрабатываемым зданиям устанавливают либо трассированием с соседних участков шахтного поля, на которых они образовались, либо путем инструментальных или визуальных наблюдений. Если расположение уступов не установлено, то предполагают, что они могут образоваться в любом месте.
а б
Рис. 2.1. Схемы распределения деформаций в главных сечениях
мульды сдвижения:
а - разрез вкрест простирания;
б - разрез по простиранию;
1 - оседания; 2 - горизонтальные деформации; 3 - кривизна;
4 - положение земной поверхности до подработки; 5 - угольный пласт;
6 - очистная выработка.
Современные методы прогноза деформаций земной поверхности [1] позволяют вычислить ожидаемые горизонтальные деформации ?? и кривизну ?? в любой точке мульды сдвижения в заданном направлении, а также - ожидаемую высоту уступа hу. Расчетные деформации земной поверхности, используемые для определения условий подработки зданий, получают путем умножения ожидаемых деформаций на коэффициенты перегрузки: n=1,4 для горизонтальных деформаций, n=1,8 для кривизны и n=1,4 для высоты уступа.
В зависимости от вида и знака деформаций земной поверхности они по-разному влияют на подрабатываемые здания. При горизонтальных деформациях растяжения в стенах образуются наклонные трещины [97, 108], расположенные симметрично относительно центра здания под углом 45? (рис. 2.2), характерным для чистого сдвига. Но из-за концентрации деформаций в углах проемов, в зависимости от их размеров и расположения, наклон трещин может отличаться от 45?, так как обычно они проходят от верхнего угла проема нижнего этажа к нижнему углу проема, расположенного этажом выше.
Рис. 2.2. Характер трещинообразования стены каменного дома при
горизонтальных деформациях растяжения
При кривизне выпуклости в стенах образуются вертикальные трещины от изгиба, характерные для гибких зданий, у которых длина превышает высоту более чем в три раза. Ширина раскрытия этих трещин увеличивается к верху и достигает максимума на уровне карниза. Кроме того, при кривизне выпуклости образуются наклонные трещины, обусловленные вертикальным сдвигом зданий над оседающим основанием (рис. 2.3). Трещины сдвига образуются всегда, причем для зданий высотой три этажа и выше они более характерны, чем трещины от изгиба. На трещины сдвига обращает внимание Г. Кратч [97], который указывает, что кривизна выпуклости может явиться причиной значительных повреждений зданий, в частности, клинообразных выломов стен при недостаточно жестких перекрытиях (например, деревянных).
Рис. 2.3. Характер трещинообразования стены каменного дома при
кривизне выпуклости
Трещины, обусловленные вертикальным сдвигом, аналогичны трещинам от влияния горизонтальных деформаций растяжения и при подработке зданий эти трещины суммируются. По существу, это одни и те же трещины: если при совместном влиянии горизонтальных деформаций растяжения и кривизны выпуклости первопричиной образования наклонных трещин являются горизонтальные деформации, то вертикальный сдвиг от кривизны будет способствовать дальнейшему раскрытию уже образовавшихся трещин. Или наоборот, если из-за конструктивных особенностей здания первопричиной образования наклонных трещин является вертикальный сдвиг от кривизны выпуклости, то от горизонтальных деформаций растяжения будет увеличиваться ширина раскрытия имеющихся трещин. Если же трещины образовались в стенах от предыдущей подработки, то при повторной с деформациями того же знака на ширину раскрытия трещин будут оказывать влияние и горизонтальные деформации и кривизна.
Для оценки деформированного состояния бескаркасных каменных жилых и общественных зданий при плавных деформациях земной поверх-ности (без образования уступов) в настоящее время применяют расчетный показатель суммарных деформаций [1], определяемый по формуле:
, (2.1)
где l - длина здания, мм;
? - расчетные горизонтальные деформации, 10-3;
m?, mK - коэффициенты условий работы, определяемые в зависимости от длины здания;
K - кривизна земной поверхности, 10-3 м-1;