6.7.3 Врахування гідродинамічного зусилля

Р озглянемо дію гідродинамічної сили в товщі ґрунту при наявності дільниць із перепадом напорів рис. 6.11. Де на довжині l є крута крива депресії.

Якщо рахувати задачу плоскою то на елементарну площадку dF вздовж лінії течії буде діяти гідродинамічна сила.

(6.61)

де і_z – нахил лінії течії до горизонту, тобто

(6.62)

Рисунок 6.11 – Схема зміни гідродинамічного нахилу при наявності тріщинуватої зони при нахиленій основі

Горизонтальна складова сили

. (6.63)

Повна величина горизонтального зусилля на ділянці депресійної кривої

. (6.64)

В ведемо деякі спрощення. Приймемо, що лінії течії на ділянці l у вигляді прямих, а нахилb виразимо через тангенси. Нахил поверхні зміщення . Тоді елементарна площадка dF рівна площі трикутника , тоді нахил лінії течії до горизонту буде . Підставляючи в (6.64) отримаємо

, (6.65)

де λ – коефіцієнт горизонтального тиску, рівний

. (6.67)

6.7.4 Поперечна дія ґрунту, що зсувається, на трубопровід

Нехай трубопровід прокладений прямолінійно в ґрунті, що зсувається, на ділянки довжиною l. Якщо на даній ділянки пройде поперечне переміщення ґрунту, то трубопровід до деякого моменту буде переміщуватися разом із ґрунтом, викривлюючись по формі жорсткої нитки під навантаженням інтенсивність q(x).

Так, як швидкість руху різни перетинів трубопроводу неоднакова то швидкість руху відносно рухомого трубопроводу для різних перетинів також буде неоднакова.

Якщо рахувати, що швидкість руху ґрунту, що зсувається, постійна у всіх перетинах, то при від перетину до перетину швидкість руху ґрунту v_гр відносно трубопроводу буде визначатися різницею між постійною швидкістю v_гр та зміною швидкістю переміщення трубопроводу v_гт тобто буде виконуватися умова

. (6.68)

Розрахункова схема для визначення напруженого стану трубопроводу при зсувних переміщеннях ґрунту на поперечному схилі представлена на рис. 6.12.

Рисунок 6.12 – Розрахункова схема для визначення напруже-ного стану трубопроводу при дії поперечного ґрунту, що зсувається

Значення фактичного розтягуючого зусилля Р визначають, використовуючи залежності

, (6.69)

, (6.70)

де М_о – значення згинаючого моменту в прилеглих ділянках ґрунту, що зсувається, визначається за формулою

, (6.71)

k,  – для скорочення запису відповідно позначили

, (6.72)

, (6.73)

w_o – прогин трубопроводу в точках прикладання зусилля від ґрунту, що зсувається, рівний

, (6.74)

U_o – повздовжнє переміщення кінців прилеглих ділянки трубопроводу під дією повздовжньої сили Р.

Значення повздовжніх переміщень кінців прилеглих ділянки трубопроводу визначається в залежності від характеру взаємодії трубопроводу із ґрунтом

При пружному зв’язку за формулою

. (6.75)

А при пружно-пластичному зв’язку відповідно за формулою

, (6.76)

де U_сл – видовження ділянки довжиною за рахунок “слабини”. Використовуючи досвід можна сказати, що на 100 м трубопроводу видовження знаходиться в межах (0,01 – 0,015) м.

Значення граничного повздовжнього зусилля при якому пружний зв’язок переходить в пружно-пластичний розраховується за формулою

. (6.77)

Задаючись кількома значеннями повздовжньої сили Р розраховуємо прогин трубопроводу за формулами ( 6.69, 6.70) будуємо графіки залежності f від P точка перетину визначить фактичне значення повздовжньої сили P_фак та прогин посередині ділянки f_фак на якій діє зсуваючий ґрунт (див. рис. 6.13).

Величина згинаючого моменту на середині навантаженої ділянки, рівна

. (6.78)

Для безвідмовної роботи трубопроводу перевірку міцності в повздовжньому напрямку необхідно проводити із врахуванням додаткових повздовжніх напружень виниклих в наслідок дії масиву ґрунту.

. (6.79)

Рисунок 6. 13 – Графічне визначення P_фак та f_фак