Contribution to Design of Primary Tunnel Lining from Steel-Shotrete Structure

Práce představuje alternativní postup, který dovoluje při návrhu primárního ostění realizovaného pomocí numerického modelování zohlednit jeho specifické vlastnosti. Primární ostění, tak, jak je konstrukčně chápáno dle základních principů Nové rakouské tunelovací metody (NRTM) se vyznačuje časově závislou pracovně-deformační charakteristikou, která je daná jeho konstrukcí. Hlavním konstrukčním prvkem je stříkaný beton, který již krátce po aplikaci zajišťuje statické spolupůsobení s obklopujícím masivem, které se během ražby díla vyvíjí do doby dosažení rovnovážného napěťo-deformačního stavu systému „hornina – ostění“. Během této doby se zmíněné statické spolupůsobení mění v závislosti na tuhnutí stříkaného betonu, reologických vlastnostech masivu a dalších okolnostech. Způsob vyztužení primárního ostění je specifický rozložením ocelové výztuže v ploše průřezu. Kromě výztužných sítí, které jsou v průřezu ostění rozloženy rovnoměrně, se používají také výztužné obloukové nosníky. Tyto nosníky jsou osazovány s osovou vzdáleností většinou totožnou s délkou zabírky, následkem čehož dojde k nerovnoměrnému vyztužení průřezu. Takovouto konstrukci pak není možné, v případě nutnosti zohlednění výztužných ocelových oblouků, posoudit jako konstrukci železobetonovou běžným postupem dle EC2. Situace je alternativně řešena užitím principů využívaných při návrhu spřažených ocelobetonových konstrukcí, nebo jinými alternativními postupy. Postup představený v práci dovoluje zohlednění výše zmíněných specifik primárního ostění uživatelsky přívětivou alternativou. V rámci řešení je využíván software Homogenizace, který vznikl na půdě Fakulty stavební, Katedry geotechniky a podzemního stavitelství. Tento software dovoluje zohlednění heterogenní struktury ostění formou jeho nahrazení průřezem homogenním. Do numerických modelů tak vstupují parametry primárního ostění homogenního, ve kterém je zohledněna přítomnost ocelové výztuže a časově závislých vlastností stříkaného betonu.The paper presents an alternative procedure that allows the specific characteristics of primary lining implemented using numerical modelling to be taken into account during its design. Primary lining, as it is structurally construed in accordance with the fundamental principles of the New Austrian Tunneling Method (NATM), is characterized by a time-dependent deformation property, which is determined by its design. The main design element is shotcrete, which, shortly after its application, provides structural interaction with the surrounding rock mass, which develops during the excavation until reaching the equilibrium stress-strain state of “rock mass – tunnel lining”. During this time, the structural interaction varies depending on the hardening of shotcrete, the rheological properties of rock mass, and other circumstances. The method to reinforce the primary lining is specific due to the distribution of steel reinforcement over the cross-sectional area. In addition to reinforcement meshes, which are evenly distributed in the cross-section of the lining, use is also made of reinforcing arched beams. These beams are fitted with an axial distance which is generally identical to the length of the burden, which consequently leads to uneven reinforcement of the cross-section. If it is necessary to take account of the reinforcing steel arches, such a structure then cannot be assessed as a reinforced concrete structure under the common Eurocode 2 procedure. As an alternative solution, use is made of the principles applied in the design of composite steel and concrete structures, or other alternative procedures. The procedure introduced in the paper provides a user-friendly alternative to take account of the above specific properties of primary lining. The solution uses the software Homogenization, developed by the Faculty of Civil Engineering, Department of Geotechnics and Underground Engineering. This software allows taking account of the heterogeneous structure of the lining by its replacement with a homogenous cross section. As a result, the parameters of homogeneous primary lining, which takes account of the presence of steel reinforcements and the time-dependent property of shotcrete, are included in numerical models.224 - Katedra geotechniky a podzemního stavitelstvívyhově

Experimentally measurement and analysis of stress under foundation slab

Understanding of a load redistribution into subsoil below building foundation is an important knowledge for reliable design and its economy too. The article presents the results of a physical model of a foundation slab and its interaction with the subsoil. The interactions were investigated comprehensively by monitoring the developments of stress in the subsoil and foundation slab settlement during its loading. The load acting on the foundation was applied by strutting the hydraulic press against heavy steel frame which was established by the Department of Building Structures, Faculty of Civil Engineering of VSB -TU Ostrava for this purpose. The preparatory phase of the present experiment involved the homogenization of soil during which trio pressure cells in three horizons were gradually fitted. The quality of homogenization was checked on an ongoing basis through field tests: dynamic penetration load test, dynamic plate load test and seismic measurement of foundation slab response. Finally, the homogenized soil was subjected to mechanical analysis to determine the strength and deformation parameters for basic Mohr-Coulomb constitutive model.Web of Science133513512

Numerical model of the dynamic load response in the soil using Latin Hypercube Sampling Method

Příspěvek se zabývá problematikou odezvy dynamického zatížení v horninovém prostředí s využitím metod matematického modelování a stochastických simulačních metod. Modelově jsou vyhodnocovány odpovídající hodnoty amplitud rychlostí kmitání v deseti různých vzdálenostech od zdroje. K modelování je využit dynamický modul softwaru Plaxis, pro generaci stochastických hodnot vstupních parametrů byl pak využit softwarový modul GLHS. Celkem bylo generováno pro každý vstupní parametr 20 hodnot, získané modelové hodnoty amplitudy rychlosti kmitání byly v každé analyzované vzdálenosti statisticky zpracovány, byly stanoveny základní statistické charakteristiky získaného statistického souboru odezvy modelu a na základě této analýzy byly pak zpracovány útlumové křivky rychlosti kmitání. Z výsledků stochastického modelování dynamické odezvy lze pak stanovit rozsahy, v nichž se budou rychlosti kmitání v různé vzdálenosti od zdroje kmitání s určitou pravděpodobností pohybovat.The paper deals with the dynamic load response in rock mass using both the methods of mathematical modelling and stochastic simulation methods. Based on the mathematical modelling results the velocity amplitude of vibration response in the rock mass corresponding to the different distances from the source are then evaluated. The modelling is performed by application of Plaxis dynamic module and for the generation of random values of stochastic input parameters there was used software GLHS. For each input parameters there were generated 20 input values, obtained calculating amplitudes of velocities were statistically analyzed in each distance (there were evaluated the basic statistical characteristics). On the basis of this stochastic analysis the attenuation curve of the vibration velocity with the certain level of probability were determined

THE EFFECT OF SOIL GRAIN SIZE ON THE DEFORMATION PROPERTIES OF REINFORCED GEOCELL LAYERS

The effect of backfill material grading on the behaviour of geocell reinforced layers was experimentally investigated in this study. A series of loading tests were performed on a model with geocell reinforced and unreinforced layers. Five types of crushed aggregates were used as backfill materials in the experiment. The results showed that geocell reinforcement increased the deformation parameters. The rate of increase of the deformation characteristics depended on the backfill material grading

EXPERIMENTALLY MEASUREMENT AND ANALYSIS OF STRESS UNDER FOUNDATION SLAB

ABSTRACT: Understanding of a load redistribution into subsoil below building foundation is an important knowledge for reliable design and its economy too. The article presents the results of a physical model of a foundation slab and its interaction with the subsoil. The interactions were investigated comprehensively by monitoring the developments of stress in the subsoil and foundation slab settlement during its loading. The load acting on the foundation was applied by strutting the hydraulic press against heavy steel frame which was established by the Department of Building Structures, Faculty of Civil Engineering of VSB -TU Ostrava for this purpose. The preparatory phase of the present experiment involved the homogenization of soil during which trio pressure cells in three horizons were gradually fitted. The quality of homogenization was checked on an ongoing basis through field tests: dynamic penetration load test, dynamic plate load test and seismic measurement of foundation slab response. Finally, the homogenized soil was subjected to mechanical analysis to determine the strength and deformation parameters for basic Mohr-Coulomb constitutive model

Foundation engineering under water

Import 25/11/2009Prezenční224 - Katedra geotechniky a podzemního stavitelstvíNeuveden

Buildings on Mine Affected Grounds

Import 01/09/2009Prezenční224 - Katedra geotechniky a podzemního stavitelstvívelmi dobř

Work diagram of the shotcrete lining and lattice profiles

Ocelobetonové tunelové ostění je jediným typem stabilizační konstrukce, která je staticky činná již ve fázi její výstavby, která následuje bezprostředně po provedení výrubu. Tato okolnost ji předurčuje k stabilizaci výrubu v součinnosti s horninovým masivem. Deformační charakteristiku ocelobetonového ostění určuje proměnlivá tuhost průřezu ostění během výstavby a krátce po jeho dokončení a je dána procesem výstavby ostění. Proměnlivá tuhost konstrukce ostění umožňuje řízené uvolnění napěťového stavu horninového masivu po provedení výrubu. Předložený článek analyzuje činnost tunelového ostění ze stříkaného betonu a ocelových příhradových nosníků. Deformační charakteristika je stanovena na základě vzájemné interakce mezi ostěním a horninovým prostředím v průběhu konstrukčních etap budování ostění, které jsou určeny geometrickými parametry průřezu ostění a stavem tvrdnutí jednotlivých vrstev stříkaného betonu.Shotcrete steel tunnel lining is the only type of support structure competent to carry load in the phase of construction, which follows immediately after an opening excavation. This feature makes it suitable for stabilizing excavation in corporate work with the rock mass. Work diagram of the shotcrete steel lining is determined by stiffness variation of the lining cross section during construction and shortly after completion, which is given by the construction process of the lining. The variable stiffness of the lining allows for controlled release of the rock mass stress state around the excavation. The article on display analyzes the performance of a tunnel lining built of shotcrete and lattice profiles. The work diagram is drawn from the corporate work of the lining and rock ground during the all lining construction phases, which are conditioned with the lining cross-sectional geometric parameters and the hardening development of lining shotcrete shells