Источник: ISM XIII International Congress (section 3)
THE ALLOWABLE CONDITIONS FOR UNDERMINING OF BUILDINGS AT COAL DEPOSITS
Для определения деформированного состояния подрабатываемых зданий предложен критерий обобщенных структурных деформаций расслоения стен, который является универсальным и позволяет оценить влияние подработки на здания при любых деформациях земной поверхности. Разработаны деформационные схемы подрабатываемых зданий и получены формулы для определения расчетных показателей деформаций зданий, которые учитывают отношение длины зданий к их высоте, переменные по высоте структурные деформации наружных стен от вертикального сдвига при кривизне выпуклости и вогнутости, а также горизонтального сдвига при сжатии земной поверхности. Определены зависимости максимального раскрытия трещин в наружных стенах зданий от расчетных показателей деформаций. Предложен новый показатель для оценки технического состояния подрабатываемых зданий – остаточный деформационный ресурс.
Ключевые слова: подрабатываемые здания, расчетные показатели деформаций, нормативные допустимые показатели деформаций, остаточный деформационный ресурс.
При подземной добыче угля ежегодно из-за сдвижения земной поверхности в Украине деформациям подвергаются тысячи жилых и общественных зданий городов и поселков, производственных зданий промышленных предприятий. В процессе влияния горных работ нарушается взаимодействие зданий с их основанием, что приводит к деформациям и повреждениям конструкций. В связи с этим особую актуальность приобретают проблемы ресурса и безопасности эксплуатации зданий на подрабатываемых территориях. Согласно Правилам подработки [1] рациональную выемку угля под эксплуатируемыми зданиями устанавливают путем сравнения расчетных и допустимых показателей деформаций. Рациональная подработка предусматривает максимально возможную выемку угля под существующими зданиями с гарантией их безопасности и использования по назначению. Следовательно, при рациональной подработке не требуется применение мер защиты зданий от влияния горных выработок, т.е. они должны сохранить эксплуатационную пригодность за счет присущего им деформационного ресурса по отношению к влияющим на них деформациям земной поверхности.
Для оценки деформированного состояния зданий при подработке получены новые расчетные показатели суммарных и сосредоточенных деформаций, определяемые с учетом характера деформаций земной поверхности (растяжение и кривизна выпуклости, сжатие и кривизна вогнутости, образование уступа) и размеров зданий, а также – с учетом деформаций вертикального сдвига и неравномерного распределения деформаций горизонтального сдвига стен при сжатии.
В зависимости от вида и знака деформаций земной поверхности они по-разному влияют на эксплуатируемые здания (рис. 1). При горизонтальных деформациях растяжения в стенах образуются наклонные трещины, расположенные симметрично относительно центра здания. Кривизне выпуклости соответствуют вертикальные трещины от изгиба и наклонные – от вертикального сдвига. Трещины от изгиба характерны 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. Трещины сдвига образуются всегда, причем для зданий высотой в три этажа и выше они более характерны, чем трещины от изгиба. При горизонтальных деформациях сжатия и кривизне вогнутости в стенах образуются наклонные и горизонтальные трещины, расположенные симметрично относительно центра здания в виде треугольника или трапеции. Сосредоточенным деформациям земной поверхности с образованием уступов, как правило, соответствуют наклонные трещины, которые располагаются компактно, направлены в сторону уступа и приурочены к его началу.
Опыт эксплуатации зданий в сложных горно-геологических условиях показал, что при воздействии деформаций земной поверхности в каменных зданиях, представляющих самый массовый вид застройки, неизбежно образуются структурные деформации, т.е. суммарное расслоением стен в состоянии предельного равновесия. При этом принимаются допущения: рассматривается плоская деформация здания в продольном или поперечном направлении; стены представляют собой однородное изотропное деформируемое тело; принимается ненарушенный контакт фундамента здания с деформирующимся основанием; применяется принцип независимости влияющих факторов: отдельно определяются структурные деформации горизонтального сдвига, вертикального сдвига и изгиба стен, вызванные горизонтальными и вертикальными деформациями земной поверхности. Применение принципа независимости позволяет оценить влияние каждого фактора и применить для определяющего вида структурных деформаций стен понятие чистого сдвига, при котором его плоскость расположена под углом 45° к линии действия горизонтальных и вертикальных деформаций земной поверхности, а структурные деформации, перпендикулярные плоскости сдвига, имеют экстремальные значения.
На основании выполненного анализа разработаны деформационные схемы, по которым определены расчетные показатели деформаций зданий: суммарных – при плавных деформациях земной поверхности и сосредоточенных – при деформациях земной поверхности с образованием уступов.