Системный подход к оценке и учету геодеформационных воздействий на протяженные технические объекты
На правах рукописи
БЫКОВА Наталья Михайловна СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ И УЧЕТУ ГЕОДЕФОРМАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОТЯЖЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (информатика, вычислительные машины и автоматизация;
энергетика)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Братск 2009
Работа выполнена в ГОУ ВПО Иркутском государственном университете путей сообщения
Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор Елисеев Сергей Викторович
Официальные оппоненты: доктор геолого – минералогических наук, профессор, академик АН республики Соха Имаев Валерий Сулейманович доктор физико-математических наук, профессор Мартьянов Владимир Иванович доктор технических наук, профессор Садович Марк Ашерович
Ведущая организация: ЗАО «Востсибтранспроект
Защита состоится “” _ 2009 г. в 10 часов в аудитории 3203 на заседа нии диссертационного совета Д 212.018.01 при ГОУ ВПО «Братский государст венный университет» по адресу: 665709, Иркутская обл., г. Братск, ул. Мака ренко, 40.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать ученому секретарю диссертационного совета Д 212.018.01.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Братский государственный университет».
Автореферат разослан «» _2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент Игнатьев И.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Формирование материально-технической ос новы экономики современной России сопровождается созданием и содержани ем сложных технических объектов промышленного, транспортного и социаль ного назначения. Безопасность таких, часто уникальных по своим размерам объектов, во многом определяется и зависит от места их расположения относи тельно геодинамически активных структур земной коры. Особо актуальной яв ляется безопасность протяженных технических объектов (нефте- и газопрово ды, железные и автомобильные дороги), пересекающих территории с различ ной геодинамической активностью.
Геодинамические воздействия отражают системный характер проявле ния активности земной коры в виде медленных направленных и циклических волновых тектонических движений, внезапных энергоемких сейсмических со бытий, а также экзогенных процессов. Хотя нормами предусмотрено проекти рование сооружений с учетом их защиты при сейсмической геодинамике (СНиП II-7-81*), многие вопросы требуют постоянного внимания, доработки и корректировки методик расчета и проектирования. Серьезные трудности, как правило, возникают при проектировании сооружений, расположенных в зонах разломной тектоники. В этом случае геодинамические процессы сопровожда ются геодеформационными воздействиями – смещениями грунтов различной направленности. Для обеспечения безопасности и надежности технических объектов необходимы модели и методы, оценивающие генетику развития раз ломов, углы их простирания относительно продольных осей трасс, прогноз ак тивности и характер влияния геодеформационных воздействий на конструк тивные элементы транспортных сооружений, технологии учета этих воздейст вий с целью создания необходимого эксплуатационного ресурса. Эти вопросы изучаются как на стадии проектирования и создания объектов, так и на стадии их эксплуатации, тогда для обеспечения безопасности особую значимость при обретает разработка систем мониторинга параметров внешней среды и техни ческого объекта.
В представленной диссертации внимание концентрируется на раскрытии причинно-следственных связей механизмов формирования сложного напря женного состояния протяженных технических объектов в условиях проявления геодеформационных воздействий, что требует создания достаточно разветв ленной системы моделей (от феноменологических до математических). Пони мание причин, вызывающих угрозу сбоя нормальной работы объекта или его разрушения, является основой обеспечения эффективности предупредитель ных мероприятий.
Большая роль принадлежит информационным технологиям, использова ние которых придает всему комплексу упомянутых проблем необходимую системность в реальном масштабе времени. В этом плане обеспечение безо пасной эксплуатации сложных технических объектов всегда сопровождается применением автоматизированных систем управления технологическими про цессами (АСУ ТП). Решение этих проблем также невозможно без правильного представления о реальном характере функциональных нагрузок, изменении свойств материалов и конструктивных связей во времени.
В целом обеспечение безопасности конструктивно-технологических сис тем протяженных технических объектов представляет комплексную проблему, в которой важным является системное осмысление внутренних взаимодейст вий основных фрагментов системы и их увязки с учетом сложившихся и необ ходимых для нормальной деятельности системы информационных, организа ционно-технических связей в их современных формах практической реализа ции.
Цель диссертации – повышение эффективности систем обеспечения безопасности протяженных технических объектов при их проектировании и эксплуатации за счет разработки и развития научно-методологических основ и технологий выявления, оценки и учета геодеформационных воздействий.
Для достижения цели декомпозиционно выбрано три направления: 1) ме тодология и технологии выявления факторов, влияющих на безопасность тех нических объектов, расположенных на геодинамически активных структурах;
2) разработка и совершенствование моделей и методов оценки и учета выяв ленных факторов при обеспечении эксплуатационного ресурса объектов;
3) развитие системных технологий мониторинга тех же факторов, данные которо го необходимы для построения прогностических моделей развития ситуаций и разработки систем поддержки производства. Первое направление охватывает:
системный анализ современных представлений о формировании земной по верхности и расположения на ней технических объектов;
методологию и тех нологию геодинамического районирования трасс протяженных технических объектов с примерами создания геодинамических карт Транссибирской и Бай кало-Амурской железнодорожных магистралей;
системный анализ закономер ностей расположения повреждений инженерных сооружений относительно геодинамических осложнений. Второе направление включает: системный ана лиз и совершенствование способов определения количественных параметров геодеформационных воздействий;
развитие методов математического модели рования работы мостов и тоннелей с учетом геодеформационных воздействий.
В третьем направлении развиваются технологии сбора и обработки информа ции с целью оценки ситуаций, прогноза их развития и управления безопасно стью объекта. При этом в междисциплинарном аспекте предполагается реше ние ряда задач.
1. Разработка методов системной комплексной увязки факторов различ ной природы, оценки и прогноза влияния этих факторов на ситуацию, ориен тированную на определение и формирование условий безопасной эксплуата ции протяженных технических объектов.
2. Разработка методов многоуровневого моделирования и последова тельного приближения к созданию системы адекватных представлений о дос таточности приемлемых мер безопасной эксплуатации объектов.
3. Разработка научной концепции систем мониторинга геодинамической ситуации в зонах расположения искусственных инженерных сооружений и крупных объектов промышленной деятельности, транспортных систем, желез нодорожных и автодорожных трасс.
4. Формирование методологии информационного обеспечения систем автоматического управления техническим состоянием объектов в плане науч но-методической поддержки системы подготовки и принятия решений.
5. Разработка организационно-технических основ системы инженерно технической поддержки необходимого уровня безопасности эксплуатации тех нических систем на основе оценки, прогнозирования и реализации предупре дительных мер поддержания приемлемых режимов работы.
Научная новизна заключается в разработке научно-методологических основ технологий системного подхода к оценке и учету геодеформационных воздействий в зонах с активной разломной тектоникой при формировании тех нических решений в период проектирования, строительства и эксплуатации протяженных технических объектов, в частности, транспортных сооружений.
На защиту выносятся:
- методология геодинамического районирования протяженных техниче ских объектов по признакам активности неотектогенеза и карты геодинамиче ского районирования Транссибирской и Байкало-Амурской магистралей;
-модель причинно-следственной взаимосвязи развития повреждений дли тельно эксплуатируемых искусственных сооружений и движений земной коры, подтверждаемая геодинамическим районированием, математическим модели рованием работы сооружений с учетом геодеформационных воздействий и со ответствующим развитием повреждений реальных сооружений;
-методология математического моделирования работы мостов и тонне лей с учетом геодеформационных воздействий в зонах с активной разломной тектоникой;
-закономерности изменения напряженно-деформированного состояния конструкций в результате геодеформационных воздействий, подтверждаемые данными натурных наблюдений, и рекомендации по конструктивной защите мостов, труб, тоннелей;
- система мониторинга геодинамической безопасности транспортных со оружений, результаты мониторинга Северо-Муйского тоннеля, рекомендации по его содержанию, ремонту и модернизации.
Объект исследования. Протяженные технические объекты (транспорт ные сооружения).
Методы исследования. В работе используются методы теории систем и прикладного системного анализа, теории вероятности и математической стати стики, факторного анализа, фрактального моделирования и другие специаль ные методы исследования. Для численных экспериментов применяются про граммные комплексы «COSMOS», «NASTRAN», «MIDAS/CIVIL», «PLAXIS 3D TUNNEL», собственные программные разработки.
Достоверность материалов исследования подтверждается статистиче ской обработкой данных о состоянии длительно эксплуатируемых искусствен ных сооружений на территории большой протяженности в пределах Восточной Сибири (Транссибирская – 2074 км и Байкало-Амурская – 1865 км магистра ли), результатами математического моделирования и данными натурного ин струментально-визуального обследования.
Практическое внедрение. Результаты работы внедрены на Краснояр ской и Восточно-Сибирской железных дорогах - филиалах ОАО РЖД, проект ном институте Востсибтранспроект, Дирекции по строительству мостового пе рехода через реку Ангара в г. Иркутске. К ним относятся: геодинамические карты районирования по признакам активности неотектогенеза – показателям риска и безопасности для трасс Транссибирской и Байкало-Амурской магист ралей;
банк данных деформационных параметров искусственных инженерных сооружений Транссибирской и Байкало-Амурской магистралей;
системы мо ниторингов уникальных протяженных технических объектов на примере Севе ро - Муйского тоннеля, мостового перехода через реку Ангара;
методика рас четов конструкций и сооружений с учетом геодеформационных воздействий;
рекомендации по конструктивной защите и содержанию мостов и тоннелей, расположенных на активных геологических структурах.
Личный вклад автора состоит в постановке всех задач исследования, в сборе и обработке необходимой информации, организации проведения поле вых экспериментальных работ и обработке материалов, в составлении матема тических моделей, в руководстве и участии при проведении всех видов мони торинга.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано свыше 80 науч ных работ, в том числе 3 монографии. На предлагаемые технические решения получено 8 патентов на изобретения. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции (НТК) “Транспортные про блемы Сибирского региона” (Иркутск: ИрИИТ, 1995), II международной НТК «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (Москва:
МИИТ, 1996), Юбилейной НТК (Новосибирск: СГУПС, 1997), международном симпозиуме «Информационное обеспечение технических и организационных систем на железнодорожном транспорте» (Москва: МАИ, 1998), международ ном симпозиуме «Геокриологические проблемы строительства в восточных районах России и Северного Китая» (Чита, 1998), международной НТК «Сейс мостойкость крупных транспортных сооружений в сложных инженерно геологических условиях» (Москва: ЦНИИС, 1998), IV и V Российской конфе ренции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию (Сочи, 2001,2003), НТК «Повышение эффективности работы железнодорожно го транспорта Сибири» (Иркутск, 2000), IV НТК “Безопасность движения поез дов (Москва, 2003), семинарах кафедр ИрГУПС (Иркутск, 1996 - 2009), СГУПС (Новосибирск, 1998), МГУПС (Москва, 1999), С-ПГУПС (Санкт Петербург,1999), Всероссийском совещании по проблемам современной сейс могеологии и геодинамики центральной и восточной Азии (Иркутск, ИЗК СО РАН, 2007), Конференции по использованию ПК PLAXIS (Санкт-Петербург, 2007), НТК по проблемам безопасности критичных инфраструктур территорий и муниципальных образований (Екатеринбург, 2007), Fall Conference of the Korean Society for railway (Корея, 2007), Национальной конференции «Безопас ность регионов – основа устойчивого развития» (Иркутск, 2007), Конференции «Проблемы и перспективы изысканий и проектирования строительства и экс плуатации Российских железных дорог» (Иркутск,2008), Innovation & Sustain ability of modern Railway Proceedings of ISMR’2008 (Китай,2008), 4-th International Symposium on Environmental Vibration: Prediction, Monitoring and Evaluation (Китай,2009), Всероссийском совещании «Разломообразование и сейсмичность в литосфере: тектонофизические концепции и следствия» (Ир кутск, ИЗК СО РАН, 2009).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа содержит 395 страниц текста, 80 рисунков, 18 таблиц, 389 наименований использован ных источников.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении рассмотрены вопросы актуальности, общие проблемы ис следования, сформулированы цели и задачи диссертационной работы.
В первой главе диссертации выполнен системный обзор и дана концеп ция оценки влияния на поведение сложных технических объектов движений земной поверхности. Современное состояние вопроса рассмотрено в междис циплинарном комплексе проблем, связанных с необходимостью обеспечения надежности и безопасности эксплуатации технических систем, работающих в условиях труднопредсказуемого внешнего нагружения.
Следует отметить, что в развитии системного анализа и его приложениях большую роль сыграли ученые: Л. Берталанфи, Е.С. Вентцель, В.В. Волкова, Д. Клиланд, В. Кинг, Э.Х. Лийв, С.П. Никаноров, С. Оптнер, Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко, В.С. Симанков, В.Н. Спицнадель, А.И. Уемов. В области ин формационного моделирования существенный вклад внесли К. Дейт, Е.Ф.Коуд, Д. Мартин, П. Чен,, а также российские ученые: В.М. Глушков, В.В.Бойко, А.М. Вендров, Г.Н. Калянов и др.
Сложный протяженный технический объект представляет собой ком плекс взаимодействующих между собой автономных подсистем организаци онно – технического плана. Вместе с тем, взаимодействие подсистем объеди няется общей целью – обеспечение надежного и безопасного выполнения ос новных функций системы, будь то перевозка грузов и пассажиров, передача энергетических ресурсов, нефтепродуктов или иная промышленно производственная деятельность. Это означает, что процесс нормального функ ционирования сложного технического объекта (или системы) требует соответ ствующего управления состоянием, что предполагает поиск рационального решения и возможностей его реализаций доступными средствами.
Последовательность и поэтапность изучения объектов отражается в сме не моделей, привлекаемых для уточнения схем развития контролируемых про цессов. В этом плане большую роль играют системы инженерного мониторин га, позволяющие получать необходимую информацию о различных сторонах работы объектов, параметрах их состояния, что позволяет ориентироваться на формирование прогностических представлений и системы мер упреждения нежелательных отклонений.
Закономерным этапом в развитии системных подходов, в отношении безопасности сложных систем, становится создание соответствующей научной и информационной базы для систем подготовки и принятия решений (СППР).
По-существу, для нормального управления состоянием объекта, который нахо дится под действием большого числа факторов различной степени сложности и влияния, необходима оперативная обработка информации и выбор из систе мы имеющихся средств рационального минимума управления, который бы обеспечил дальнейшую возможность эффективной эксплуатации технических объектов.
Научной основой такой системы и ее методологической базы является понимание того, что безопасность закладывается на всех этапах жизни слож ного технического объекта: на стадии проектирования, строительства и экс плуатации. Особую важность при этом обретают вопросы оценки роли и влия ния главных внешних факторов и тех деструктивных процессов, незнание или недоучет которых могут привести к нежелательным последствиям.
Принципиальная схема технологии системного подхода к оценке и учету геодеформационных воздействий на протяженные технические объекты изо бражена на рис.1. При создании технического объекта формируются модели системного анализа: геодинамическое районирование территорий расположе ния технических объектов, ретроспективный анализ отказов объектов в при вязке к геодинамическим картам, определение количественных смещений зем ной поверхности, расчетно-конструктивные методы обеспечения эксплуатаци онного ресурса объектов.
Задачи управления представляют собой модели системного синтеза: про гноз поведения объекта на основе обработки информации данных мониторинга и модели управления в виде регламента режимов эксплуатации, содержания, ремонта или реконструкции объекта. При этом критерии безопасности закла дываются на всех стадиях проектирования, строительства или эксплуатации объекта.
Научные основы современных представлений о формировании земной поверхности и создании на ней сложных технических систем заложены труда ми отечественных ученых и специалистов в области геодинамики (Флоренсов Н.А., Логачев Н.А., Леви К.Г, Шерман С.И. и др.), проектирования, строитель ства и эксплуатации транспортных сооружений (Альбрехт В.Г., Бокарев С.А., Булычев Н.С., Власов Г.М., Круглов В.М., Курбацкий Е.Н., Носарев А.В., Рев зон А.Л., Уздин А.М., Фотиева Н.Н., Фролов Ю.С., Шестоперов Г.С., Яковлева Т.А. и др.).
Технологии системного подхода оценки и учета геодеформационных воздействий на сложные технические объекты в зонах с активной разломной тектоникой Геодинами- Статистиче- Определение Расчеты.
ческое рай- ский анализ количествен- Конструиро онирование отказов техни- ных смеще- вание.
(карты раз- ческих объек- ний поверх- Проект.
ломов) тов ности Земли Строительство.
Система управления контрольными параметрами при эксплуатации Мониторинг Прогноз Регламент Ремонт.
эксплуата- работы содержания Усиление.
ционных техническо- техническо- Реконст го объекта параметров го объекта рукция Рисунок 1. Схема технологии системного подхода к оценке и учету геодеформационных воздействий на протяженные технические объекты Земная поверхность представлена равнинами, возвышенностями и впа динами и имеет блоковую систему сложной иерархии. Современная норматив ная база, практика проектирования сложных инженерно-технических сооруже ний, как отечественная, так и мировая, безусловно, учитывают характер рабо ты объектов в условиях геодинамических воздействий. В большей мере обра щается внимание на сейсмическую (землетрясения) и экзогенную (сели, осыпи, обвалы и т.п.) геодинамику в связи с катастрофическими последствиями этих воздействий.
Меньше учитываются другие виды геодинамики в связи с недостаточной изученностью их влияния на работу сооружений. Позиция автора заключается в акцентировании внимания на обстоятельствах, связанных с пониманием воз можностей учета влияния на состояние сложных технических систем таких факторов, которые до определенного момента времени не рассматривались. В связи с этим представляет интерес изучение регионального неотектогенеза.
Масштаб раздробленности земной коры различен. Так, на Бурятском участке БАМ ранжировано несколько типов разломов. Генеральные разломы располо жены через 50-75 км, региональные – через 20-50 и 10-15 км, локальные - через 1-5 км. Блоки имеют размеры от десяти и менее до десятков тысяч км2. Графики скоростей современных вертикальных движений и их горизонтальных градиен тов отчетливо выявляют блоковый характер проявления вертикальных движе ний. На границах блоков значения градиентов резко возрастают, в три-четыре раза превышая средние значения. Наиболее активными участками являются уз лы пересечения региональных разломов, в которых фиксируется высокая диф ференциация современных вертикальных движений и максимальные значения горизонтальных градиентов скоростей. Развитие разломов имеет пульсацион ный характер. Установлено сосредоточение максимальных напряжений непо средственно над разломами. В результате проявления всех форм геодинамики изменяются свойства горных пород, структура, место и характер проявления подземных вод, газов, температур, электромагнитных полей. Геодинамика во влекает в свой процесс также и технические сооружения. Большую роль играют добавляемые напряжения растяжения, сжатия, изгиба и кручения. Анализ ава рийности протяженных технических объектов на разломах (разрывы трубопро водов, сходы поездов) свидетельствуют о том, что максимальные количествен ные показатели комплексного геодинамического воздействия вполне могут стать причиной внезапного или постепенного наступления предельных состоя ний и разрушения конструкций.
Для оценки работы протяженных технических объектов необходимо знать, имели ли место подвижки земной поверхности за период срока службы транспортных сооружений, существовали ли они в ближайшие годы в про шлом, проявляются ли они в настоящее время, возможны ли в обозримом бу дущем. Исходя из прикладных требований, автором предлагается различать досовременные - ранние и современные неотектонические движения. Послед ние из них - это такие движения, которые происходили, и будут происходить в наблюдаемый период срока службы сооружения.
Системный обзор и анализ вопросов оценки влияния геодинамических воздействий на сложные технические объекты позволили сделать следующие выводы :
1. Сложные протяженные технические объекты I и II уровня ответствен ности - транспортные сооружения (нефтегазопроводы, железные, автомобиль ные дороги) выполняют свое функциональное назначение, пересекая террито рии с различными геоструктурами и проявлениями геодинамической активно сти.
2. Системный анализ известных динамических проявлений на земной по верхности позволяет подразделить геодинамику на сейсмические воздействия, волновую циклическую динамику земной коры, экзогенную геодинамику и ди намику формирования рельефа, изучаемую геоморфологией. Максимальные количественные показатели деформаций поверхности земной коры при всех видах геодинамики представляют опасность для сооружений в случае неучета этих воздействий при проектировании.
3. Нормативная база и практика проектирования сложных технических объектов наиболее широко рассматривают геодинамические воздействия при землетрясениях и экзогенных процессах. Дополнительные напряжения в про цессе рельефообразования и волновые циклические движения земной коры в нормах не рассматриваются. Максимальные количественные деформационные показатели геодинамических воздействий любых форм вполне могут стать при чиной внезапного или постепенного наступления предельных состояний и раз рушения конструкций.
4. Анализ аварийности протяженных транспортных сооружений дает ос нование полагать существование высокой вероятности разрушения конструк ций по причине проявления геодинамических воздействий.
На основании обзора и сравнительного анализа формулируется цель ра боты и задачи, решение которых необходимо для ее достижения.
Вторая глава диссертации «Обоснование и концепция построения сис темы геодинамического районирования протяженных транспортных сооруже ний по признакам геодинамики» посвящена разработке принципов и положе ний, необходимых для практической реализации методов фрактального моде лирования при геодинамическом районировании территорий, и создания мето дической базы для практических приложений. Автором разработана концепция геодинамического районирования трасс протяженных транспортных сооруже ний (ПТС) с построением геодинамических карт регионов, районов и более мелких фрагментов территорий.
Высокая балльность сейсмичности территории - один из важных показа телей активности современного тектогенеза, но формы активности геодинами ки могут проявляться не только при землетрясениях и не только в районах с высокой сейсмичностью. Для более объективной оценки условий безопасной эксплуатации необходимо работу различных сооружений рассматривать в ком плексе и учитывать, что экзогенные процессы порой являются вторичной це почкой региональных и локальных геодинамических процессов. Объективную картину работы сооружения в течение многих лет эксплуатации можно полу чить, изучив особенности проявления неотектогенеза в районе его расположе ния.
Для проведения геодинамического районирования трасс протяженных технических объектов необходима информация: о характере формирования вертикальных движений блоков земной коры (восходящие или нисходящие движения);
характере горизонтальных движений (сжатие, растяжение, сдвиг);
о направленности границ блоков относительно продольной оси сооружения;
об особенностях возможных неотектонических подвижек по этим границам. Гра ницами блоков земной коры чаще всего являются разломы. Классификация ме тодов геодинамического районирования трасс по признакам активности неотек тогенеза приведена на рис. 2. Для оценки неотектонической активности из фун даментальной геологии систематизированы методы: геоморфологические (строение рельефа и речных долин), геологические (анализ мощности и струк туры четвертичных отложений, подземных вод и газов), гидрологические (уро венный режим озер, наледи), геофизические (электрические и магнитные поля), инструментальные (наземные и дистанционные) и анализ экзогенных процес сов. Дополнительно учитываются геотехнические методы в виде анализа харак терных отказов сооружений, которые также могут служить признаком скрытой геодинамики.
Проявления неотектогенеза, воздействующего на протяженный техниче ский объект и его основание, весьма различны, что требует конкретного подхо да в каждой ситуации. Предлагаемая концепция и технология ее реализации опираются на следующую структуру геодинамического районирования терри торий расположения объектов: регион - район - участок – километр. Такой подход, по-существу, является фрактальным моделированием в представлении системы формирования земной поверхности. Основное условие районирования по регионам базируется на необходимости учета размеров структур с однотип ной геолого-тектонической структурой.
МЕТОДЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ГЕОАКТИВНОСТИ ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ Четвертичные отложения Подземные воды и газы Строение рельефа Строение речных долин ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ Электрические поля Магнитные поля Уровень озер Наледи ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ Отказы сооружений Наземные Дистанционные Рисунок 2. Классификация методов геодинамического районирования по признакам активности неотектогенеза Регион включает наиболее крупные тектонические структуры платфор менного или горно-складчатого типа. Районы - выделяются в границах региона и охватывают систему блоков одной направленности движения земной коры и разделяющих их разломов. Участок - отражает разную ориентацию трассы от носительно положения и движения блока, разлома или системы блоков и раз ломов с близкой интенсивностью неотектонической активности. Километр – участок трассы, в пределах которого проявляется определенный признак не отектонической активности. Признаком неотектонической активности предла гается считать: спокойное место, поднятие, опускание, разлом, сопряжение разнонаправлено перемещающихся блоков. По сути - разлом и сопряжение – это зона тектонического нарушения.
В местах наиболее активных разломов и сопряжений возможны попере менное опускание или поднятие земных недр, продольные или поперечные го ризонтальные смещения, что особенно опасно для инженерных сооружений, расположенных на поверхности. Места с нулевыми амплитудами неотектони ческих движений обозначены, как спокойное место. Горизонтальные переме щения самих блоков, в связи с плохой изученностью и отсутствием достаточ ных для анализа данных, не рассматривались. Точность километровых карт ориентировочно составляет 1-2 км. Границы блоков, зон разломов и сопряже ний корректируются детальными исследованиями с применением буровых, геофизических и других инструментальных методов.
Предложенная технология была опробована при геодинамическом рай онировании Транссибирской магистрали (ст. Мариинск – ст. Горхон, 2074 км) и Байкало – Амурской магистрали (ст. Тайшет – ст. Хани, 1865 км). Регионально выделены однотипные геолого-тектонические структурные области: более спо койные: Западно-Сибирская платформа и Сибирская платформа, максимально активной геодинамики - Прибайкалье и средней активности – Забайкалье (рис.3).
Отрезок Байкало-Амурской магистрали (рис.4) проходит вдоль северо восточной ветви Байкальского рифта, который формируется в настоящее время и характеризуется высокой современной тектонической активностью, что обу славливает весьма сложные условия ее эксплуатации. В диссертации приведено детальное описание геодинамических особенностей районов трасс железнодо рожных магистралей. Выделены наиболее сложные участки, например, для Байкало-Амурской магистрали они расположены во впадинах и на перемычках.
Каждому километру присвоен признак неотектонической активности – подня тие, опускание, разлом, сопряжение или спокойное место. Создан электронный банк геодинамических карт, который передан в ОАО РЖД.
Рисунок 3. Карта неотектоники южной части Сибирской платформы Рисунок 4. Карта районирования БАМ, ст. Кунерма – ст. Хани В третьей главе диссертации «Исследование взаимосвязи между состоя нием сооружений и современными движениями земной коры. Факторный ана лиз» представлена технология анализа повреждений сооружений в увязке с ос ложнениями на геодинамических картах, составленных и описанных во второй главе и в Приложении диссертации.
Рассматривались отказы пути: полные (перерыв движения поездов) и частичные (ограничения скоростей движения поездов) по причине непредви денных расстройств геометрии рельсовой колеи, повреждений труб, мостов, сходов поездов и другие. Автором диссертации для исследования были выбра ны отказы пути, причинами которых могли стать современные движения зем ной коры, в частности, рассмотрены сплывы, просадки, провалы и трещины насыпей, деформации выемок. По этой же причине к отказам пути отнесены повреждения и перемещения труб: повышенная неравномерная осадка или просадка звеньев и секций;
продольная растяжка с раскрытием межсекцион ных швов, крены и отрывы оголовков, поперечные и продольные трещины в теле трубы и оголовках, раздавливание звеньев;
расстройство каменной и блочной кладки. Относительно мостовых сооружений следует отметить, что речные долины, пересекаемые мостами, расположены обычно по простиранию разломов, поэтому можно ожидать, что вертикальные и горизонтальные сме щения крыльев разломов, в первую очередь, отражаются на напряженно деформированном состоянии опор мостов. Деформационные воздействия со стороны основания становятся причинами дополнительных напряжений, в ре зультате которых происходят повреждения опор в виде трещин, расстройств кладки, разрушений подферменных площадок, отрыва шкафных, передних и задних стенок устоев, а также, перемещения опор в виде осадок, сдвигов, кре нов. Через опоры дополнительные напряжения передаются на конструкции опорных частей и пролетных строений. На рис.5 приведены примеры харак терных разрушений мостов, труб и насыпей, в диссертации представлен де тальный анализ наиболее неблагоприятных участков дороги.
Рисунок 5. Примеры повреждений и деформаций искусственных сооружений смещения мостов, деформации насыпи;
раскол трубы Автором из первичной документации Дистанций пути собрана статисти ческая информация по отказам пути Транссибирской и Байкало-Амурской ма гистралей за весь период эксплуатации дорог, и информация по сходам поездов на Транссибирской магистрали за период 1999-2004 г.г. в пределах Краснояр ской, Восточно-Сибирской (ВСЖД) и Забайкальской железных дорог.
Все данные обрабатывались с помощью специально разработанной про граммы. Вероятностная частота повторяемости отказов определялась путем на ложения статистической информации о расположении отказов пути на кило метры с определенными признаками неотектонической активности. В таблицах 1,2 приведены вероятностные частоты появления повреждений опор, переме щений опорных частей, сдвигов пролетных строений мостов и деформаций земляного полотна на участках с разными признаками тектонической активно сти (числитель – ВСЖД, знаменатель – Красноярская железная дорога). Транс сибирская магистраль эксплуатируется свыше 100 лет. В ходе сбора информа ции обращала на себя внимание резкая неоднородность расположения повреж дений труб при близких конструктивных данных и режимах эксплуатации. Ве роятностный анализ показывает, что из 544 труб 38 % поврежденных сооруже ний приходится на участки поднятия, 62 % - на участки тектонических наруше ний (разломы и сопряжения), повреждения труб на опускающихся участках блоков земной коры - отсутствуют.
Из 556 мостов - 51 % случаев повреждений мостов приходится на участки опускания, 48 % - на участки разломов и сопряжений, и практически поврежде ния отсутствуют на участках равномерного поднятия блоков земной коры. В местах разломов и сопряжений наблюдались перекосы опорных частей, сдвиг балок пролетных строений, эксцентриситет между осью моста и осью пути, упор балок в шкафные стенки устоев, трещины и разрушения кладки опор мос тов, деформации подходов к мосту.
Сплывы, просадки, провалы насыпей проявляются практически только в местах тектонических нарушений. Здесь же фиксируются до 70% расстройств геометрии рельсовой колеи и до 90 % - сходов порожнего подвижного состава.
Обращает на себя внимание высокий процент сходов именно порожнего под вижного состава, возможно, что вес груженного состава в какой-то мере гасит неблагоприятную динамику комплекса воздействий и сил при движении поез да.
Таблица ЧАСТОТА ОТКАЗОВ МОСТОВ Наименование Зоны неотектонических подвижек опускание поднятие разлом сопряжение Деф. опорных частей 0.58 0.00 0.10 0. Повреждения опор 0.58 0.01 0.22 0. Сдвиг прол. строений 0.38 0.00 0.48 0. Таблица ЧАСТОТА ОТКАЗОВ ЗЕМПОЛОТНА (числитель -ВСЖД, знаменатель -Красноярская ж.д.) Наименование Зоны неотектонических подвижек опускание поднятие разлом Сопряжение Сплывы насыпей 0.00/0.00 0.00/0.00 0.66/0.94 0.34/0. Просадки насыпей 0.03/0.01 0.01/0.04 0.64/0.91 0.32/0. Обводненность з/п 0.11/0.00 0.00/0.00 0.89/1.00 0.00/0. Провалы насыпей 0.00/0.00 0.00/0.00 1.00/0.73 0.00/0. Деф. насыпь/труба 0.00/0.04 0.00/0.00 0.72/0.96 0.28/0. Подходы к мосту 0.49/0.02 0.00/0.00 0.42/0.96 0.09/0. Деформации выемок 0.00/0.09 0.36/0.82 0.00/0.00 0.64/0. Всего 0.17/0.02 0.05/0.06 0.50/0.85 0.28/0. Для изучения временных закономерностей проведено исследование мо дуляционного эффекта солнечно-земных связей. Обнаружена временная взаи мосвязь рядов отказов пути с индексами солнечной активности, а именно, 11 летняя повторяемость, совпадающая с повторяемостью чисел Вольфа, методом наложенным эпох – синхронность с протонными вспышками (период 3,5-4 го да). Проведен кросс – корреляционный и регрессионный анализ временных ря дов отказов мостов, труб и насыпей Транссибирской магистрали с 8 индексами солнечной активности. Коэффициент множественной корреляции превысил по казатель 0.95. Ранжированием выделены наиболее геоэффективные индексы:
число рентгеновских вспышек, число протонных вспышек в их составе и число Вольфа. Получены уравнения регрессии отказов мостов, труб и насыпей, обес печивающие точность прогноза 99% при относительной ошибке аппроксима ции 5-14%:
регрессия отказов пути по причине повреждений труб -Х У9=-124+1.6Х1+6.7Х2+0.03Х3-0.01Х4-0.03Х5+0.08Х6-3Х7+0.026Х8;
(1) регрессия отказов опор мостов по причине повреждений опор мостов Х У10=3+0.03Х1+4.78Х2-0.013Х3-0.0059Х4-0.0028Х5+0.024Х6-0.11 Х7-0.18 Х8;
(2) регрессия отказов пути по причине деформаций насыпей - Х У11=-88.6+1.2Х1+6.9Х2-0.02Х3-0.01Х4-0.0006Х5+0.05Х6-1.1Х7-0.14 Х8. (3) В формулах (1)-(3): Х1 - календарный год наблюдения (фаза 11-летнего цикла);
Х2 - число Вольфа;
Х3 - число активных областей на Солнце, характе ризующее степень стационарного уровня ультрафиолетового и рентгеновского излучения;
Х4 - число вспышек в линии Н-альфа, характеризующее степень спорадического ультрафиолетового и корпускулярного излучения;
Х5 - полное число рентгеновских вспышек - определяет уровень мягкого рентгеновского излучения (1-8А) и ионизацию верхних слоев атмосферы;
Х6- число мощных рентгеновских вспышек балла Х M;
Х7- число протонных вспышек N (P) вспышки, геоэффект которых достоверно зафиксирован в приполярных облас тях и в верхней атмосфере (уровень 500 мбар);
Х8 - суммарная энергия в еди ницах 1030 эрг, выделенная всеми рентгеновскими вспышками за год ( энерге тический индекс).
Взаимосвязь натурных рядов отказов инженерных сооружений и индек сов солнечной активности дает основание полагать, что между движениями земной поверхности и работой конструкций технических объектов существует определенное взаимодействие. Практическая ценность исследования циклов отказов на основе модуляционного эффекта солнечно-земных связей заключа ется в возможности прогнозирования наступления неблагоприятных периодов и корректировке стратегии управления содержанием и ремонтом сооружений.
В четвертой главе диссертации «Методы определения количественных показателей движений блоков земной коры и технологии дифференцированно го подхода к выбору мест расположения сложных технических систем и объек тов» развиты методические основы определения направлений и величин геоде формационных воздействий. В отличие от ярко выраженной геодинамики сейсмического характера, медленные движения земной коры выявить более сложно. Наблюдаемые перемещения на поверхности представляют собой инте гральный результат наложения движений различного происхождения и форм проявления. Характер движений может быть направленный, прерывистый, воз вратно - поступательный и волновой циклический, скорости при этом отлича ются в десятки раз. Принято допущение, что движения разных генетических типов, разной направленности и интенсивности, суммируются в некоторый «вектор» перемещений, отображаемый на неотектонических картах изогипсами деформаций поверхности выравнивания. При таком допущении предложен способ определения направления движения земной коры через проекции «век тора» перемещений на вертикальную и горизонтальную плоскости в месте про хождения трассы. Угловые проекции определяются с помощью изогипс дефор маций поверхностей выравнивания, отображаемых на тектонических картах.
Проекция на горизонтальной плоскости определяется по кратчайшему расстоя нию между двумя соседними точками, лежащими на изогипсах. При этом фик сируется острый угол между горизонтальной проекцией вектора перемещения и направлением меридиана (румб), указывается расположение угла по отноше нию к частям света: северо-восток (СВ), северо-запад (СЗ), юго-восток (ЮВ), юго-запад (ЮЗ). Проекция «вектора» перемещений на вертикальную плоскость определяется как разность суммарных амплитуд деформаций поверхности вы равнивания между ближайшими изогипсами по направлению горизонтальной проекции. Угол «вектора» перемещений i по отношению к горизонтальной плоскости определяется как величина уклона по формуле:
H, (4) i= L где Н – разность суммарных амплитуд соседних изолиний, м;
L – расстояние (длина горизонтальной проекции вектора) между двумя ближайшими изогип сами по кратчайшему расстоянию, м.
Необходимо учитывать, что определяемый «вектор» перемещений явля ется ориентировочным и уточняется в ходе инструментальных наблюдений.
Для расчета конструкций важно знать величину возможных количественных показателей геодеформационных воздействий. Величину подвижек можно оп ределить геологическими методами по мощности четвертичных отложений, ин струментальными методами, в том числе, геодезическими, по смещениям осно ваний инженерных сооружений, связанным именно с этим фактором. Перспек тивными являются дистанционные методы: аэрофото- и космосъемка. На сним ках земной поверхности отчетливо картируются тектонические нарушения и геоморфологические особенности горных структур. При этом охватываются большие территории, предоставляется возможность оценивать динамику изме нений сравнением снимков, выполненных в разное время.
Проведен системный анализ традиционных средств геодезии и геотехни ки и современных спутниковых технологий. Государственные геодинамические полигоны в Сибири были созданы в 1901 г. Многократные нивелирования по зволили оценить относительные скорости движения земной коры, в том числе, и по направлению железнодорожных трасс. Так, восточнее Красноярска ско рость поднятия блоков земной коры оценена в 3 мм/год, к Иркутску она соста вила 8 мм/год, в Прибайкалье до 20 мм/год, на разломах эти показатели фикси ровались в 3-4 раза выше фоновых значений. Однако период повторных ниве лирований – 20 лет не позволяет оценивать максимальные разовые смещения геоблоков. В литературе и Интернете широко освещаются результаты быстро развивающихся технологий спутниковой геодезии. Так, наблюдения за разлом ными зонами в месте простирания трубопроводов в Западной Сибири (публи кации Панжина А.А.) позволили установить смещения контрольных точек на 57 мм по горизонтали и 108 мм – по вертикали. По ретроспективным данным отказов пути Транссибирской магистрали и многократным нивелированиям проектных институтов известны разовые вертикальные смещения опор мостов на 100-150 мм.
В развитие существующих методов оценки смещений земной поверхно сти предложена инструментальная методика обследования и оценки состояния искусственных сооружений, опробованная при обследовании мостов и тонне лей Байкало-Амурской магистрали. Опоры мостов являются своеобразными «реперами», и наклоны опор вдоль и поперек моста также характеризуют дви жения земной поверхности в месте их расположения. При этом фиксируются специфические деформации опорных частей, изменение температурных зазоров вплоть до зажатия балок между шкафными стенками устоев и т.п. В 2003 г. при участии автора предложены основные положения проекта создания системы геодезического мониторинга для изучения смещений горных блоков в районе расположения Северо-Муйского тоннеля как подсистемы Автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП СМТ). Слежение в режиме реального времени за смещениями земной поверхности горной пере мычки над Северо-Муйским тоннелем могло бы позволить определять места и характер геодеформационных воздействий на тоннель и тем самым, в конечном итоге, обеспечить прогнозно-профилактический режим содержания тоннеля.
В 2008 г. под руководством и при участии автора диссертации разработа на и внедрена система мониторинга геодинамической безопасности (СМГБ) мостового перехода через реку Ангара. Основой СМГБ является геодезический мониторинг сети реперов и марок на территории расположения моста и мосто вых конструкциях с использованием комплекса геодезических методов (высо коточное нивелирование, GPS –съемки, лазерное сканирование). На рис. 6 по казан фрагмент цифровой модели моста, каждая точка из «облака точек» моста имеет абсолютные координаты, привязанные к государственной геодезической сети. Система мониторинга предназначена для отслеживания смещений земной поверхности в районе мостового перехода.
Рисунок 6. Фрагмент цифровой модели моста через реку Ангара в г. Иркутске Таким образом, систематизирован арсенал инструментально - измери тельных средств с участием авторских предложений для оценки направлений и количественных показателей геодеформационных воздействий, установлены возможные величины смещений применительно к объектам Восточной Сибири.
В пятой главе диссертации «Особенности расчетов мостов с учетом гео деформационных воздействий» развиваются методологические подходы к ин женерно-техническому обеспечению безопасности эксплуатации сложных тех нических систем, что предполагает детализированное внимание к математиче скому моделированию и расчетам инженерных сооружений на стадиях проек тирования, строительства и эксплуатации. Крупные и, особенно, протяженные технические объекты, как было показано, могут находиться или часто находят ся в зонах формирования внешних воздействий со стороны земной коры.
Автор диссертации, в связи с этим, считает целесообразным обосновать и вычленить соответствующим образом механизмы деформаций земной коры.
Акцент делается на развитие научной концепции, позволяющей перевести «по нимание» происходящих процессов в инженерную практику создания и исполь зования технологий, реализующих на разных стадиях создания и эксплуатации технических объектов влияния новой системы факторов, способных привести к разрушению этих объектов. Задачами настоящей главы являются:
-оценка возможности и разработка рекомендаций применения сущест вующего расчетного аппарата определения напряженно - деформированного состояния конструкций в условиях не только силовых, но и геодеформацион ных воздействий;
-исследование методами математического моделирования изменения на пряженно-деформированного состояния сооружений от геодеформационных воздействий с целью построения рекомендаций и научного обоснования мето дологических подходов к прогнозированию безопасности и технического со стояния объектов.
Рисунок 7. Схема к определению напряжений в элементе переменной высоты Для мостовых конструкций, в общем случае переменного сечения, пред ложен приближенный способ определения напряженно-деформированного со стояния с использованием гипотезы цилиндрических сечений и учетом физиче ской нелинейности материалов.
Напряжения в цилиндрическом сечении в бетоне и арматуре (рис. 7) оп ределяются по формулам:
( M 1 + Poi eopi )r sin( 01 b ) ( N 1 Poi ) (t, b ) rb (t, b ) = cos( 01 b ) +,(5) C1 + C 2 cos b A1,red J 1,red (t, p ) ( M 1 + Poi eopi )r sin( 01 p ), ( N 1 Poi ) rp (t, p ) = cos( 01 p ) + C1 + C 2 cos p A1,red J 1,red где N1, M1 - продольное усилие и изгибающий момент от внешней нагрузки, вычисленные относительно центра тяжести в соответствии с рассматриваемой стадией нагружения;
Poi- абсолютное значение усилия предварительного обжатия бетона, определяе мое с учетом первых потерь в момент обжатия (Po1), в стадии эксплуатации с учетом полных потерь предварительного напряжения (Po1), eopi - эксцентриситет усилия обжатия Poi относительно центра тяжести приве денного сечения (абсолютное значение).
Геометрические характеристики A1,red, J1,red, A,red, J,red находятся из выраже ний:
1 (cos 2 A, red (sin 2 J, red ), A1, red = (6) cos 2 r.., 1 (cos 2 J, red (sin 2 A, red ).
J1, red = cos 2 r n p A p ( p ) cos 2 (0 p ) ( b ) cos (0 b )dA + A, red = C1 + C 2 cos b C1 + C 2 cos p ……, (7) A (b ) sin2 (0 b )dA 2 n p A p (p ) sin (0 p ) +r =r J,red., C1 + C2 cosb C1 + C2 cos p A а параметры цилиндрического сечения определяются соответственно:
sin 2 y cos y y C1 = ;
r= ;
= arctgy'.
;
= " (8) ;
C2 = y sin sin cos sin cos 2 sin Относительные модули упругости могут быть найдены в форме:
(b)=Eb(t,b)/Eb;
(p) = Ep(t,p)/Ep, (9) где Eb Ep –начальные модули упругости в бетоне и арматуре, Eb(t,b), Ep(t,p) – переменные модули упругости в бетоне и арматуре, b (t, b ) Eb (t, b ) =. (10) b (t, b ) b ( i, b ) + b ( i +1, b ) n )[ (t, i +1 ) (t, )] ( Eb (t ) i = Полная относительная величина деформации, наблюдаемая ко времени t от приложения единичного напряжения в момент времени при модуле упру гости Eb(), равна:
(t,)=C(t,)+1/ Eb(), (11) где С(t,) – мера ползучести бетона, определяемая по теории упруго-ползучего тела.
Составлен алгоритм и программа расчета неразрезных предварительно напряженных железобетонных балок на основе использования метода сил. Ма тематическое моделирование неразрезных предварительно напряженных желе зобетонных балок на базе предложенного способа показало, что неравномерное смещение опор перераспределяет усилия и напряжения в системе. Ползучесть бетона снижает этот эффект, но накопление остаточной части напряжений по мере проявления новых подвижек основания вполне может привести к наступ лению предельного состояния.
Приближенные способы не оценивают совместный характер работы со оружения с основанием. В этом случае расчет упругих деформируемых систем для практических расчетов рекомендуется выполнять в классе конечномерных моделей и методов. Система линейных уравнений равновесия включает матри цу жесткости элементов сооружения и грунтового основания - К, вектор внеш них сил –F и вектор перемещений –V:
KV=F (12) или k 11 k 12... k n v1 f k... k 2n v 2 f 2, (13) 21 k 22 =....
....
k n1 k n 2... k nn v n fn где n – порядок системы, kij – составляющие матрицы жесткости, vi – состав ляющие вектора перемещений, fi – составляющие вектора сил.
Решения линейных уравнений выполняются в ряде программно – вычис лительных комплексов (ПВК) на основе использования метода конечных эле ментов. Поскольку предметом изучения были закономерности изменения напряженно - деформированного состояния (НДС) при малых геодеформационных воздействиях, рассматривалась упругая модель работы материала для бетона и модель Кулона – Мора для грунтов. С использованием ПВК COSMOS/М проведен анализ работы наиболее распространенных сооружений: насыпи, малого моста, трубы. На рис.8 приведена геометрическая и конечно-элементная модель малого моста, а также, результирующие показа тели изменения НДС малого моста.
7 3 1 -10 см -10 см -7 см +10 см +7 см Рисунок 8. Геометрическая, конечно-элементная со смещением основания и деформируемая модели малого моста Численным моделированием работы однопролетного моста подтверждена гипотеза о влиянии смещений основания опор мостов на напряженно деформированное состояние сооружений. Закономерности изменения напря женно-деформированного состояния сооружений в результате деформацион ных воздействий со стороны оснований объясняют наблюдаемые повреждения и деформации сооружений.
В шестой главе диссертации «Методические разработки расчета тонне лей с учетом геодеформационных воздействий» рассматриваются возможности использования существующих методов и их модернизации для решения задач более адекватного учета влияния факторов и нагрузок на технические объекты.
Тоннели относятся к наиболее сложным техническим объектам, безопасность функционирования которых в процессе эксплуатации требует постоянного кон троля их состояния, определяемого действием многих трудно предсказуемых факторов.
С одной стороны, тоннель воспринимает функциональные нагрузки, осо бенности воздействия которых, также трудно оцениваются, хотя они и более предсказуемы, чем природные процессы. С другой стороны, тоннель воспри нимает нагрузки внешней среды и может рассматриваться как «вживленное» в земную поверхность искусственное сооружение, воспринимающее, как индика тор, все особенности геодинамических процессов. В сложных геологических условиях в горном массиве происходят изменения, связанные с региональными и локальными процессами рельефообразования, геодинамикой, гидрогеологией.
Развивающиеся деструктивные процессы при этом изменяют проектные усло вия работы сооружения, оно может внезапно перейти в область критических параметров и привести к аварийной ситуации. Для тоннелей БАМ, например, это может остановить движение по всему направлению, так как многие тоннели - однопутные и не имеют обходных путей. В этом плане предварительные ис следования, расчеты тоннеля с учетом прогноза развития геодинамических процессов, по сравнению с ситуацией, определенной на стадии проектирования, могут обеспечить необходимый запас или ресурс надежности, снижающий уро вень риска нежелательных явлений.
Проведен системный анализ существующих методов расчета транспорт ных тоннелей с точки зрения возможной их модернизации, отображенный на рис. 9. Расчеты тоннелей традиционно выполняют на основе методов строи тельной механики или механики сплошных сред. Для практических расчетов наиболее приемлемы дискретные модели расчетов на базе метода конечных элементов и допущений механики сплошных сред. Решение уравнений равно весия (5)-(6) реализовывается в пакетах прикладных программ. Для исследова ния был выбран лицензионный пакет PLAXIS 3D TUNNEL, позволяющий рас считывать подземные сооружения с использованием пяти видов физических моделей работы грунта. Отметим, что действующие нормы рекомендуют в раз ломах увеличивать толщину обделок тоннелей, но на практике расчетных мето дик по выполнению таких рекомендаций не существует. Автором рассмотрены различные случаи пересечения тоннелем разломов и предложены схемы учета горизонтальных и вертикальных геодеформационных воздействий (рис. 10).
Применяя эти схемы, расчет можно выполнять любыми известными методами и вычислительными пакетами. Проведено исследование работы обделки Севе ро-Муйского тоннеля длиной 2 км в IV-ой тектонической зоне с использовани ем ПВК PLAXIS 3D TUNNEL. Для бетона принята упругая модель работы ма териала, для грунтов – модель Кулона – Мора. Средняя часть модели представ ляла собой зону разлома с более мягкими грунтами, крайние части состояли из однородных скальных блоков (рис.11). Деформационные воздействия модели ровались в виде горизонтального продольного и поперечного сдвига, верти кальных поднятий и опусканий на величину 5-10 см. Исследованиями установ лено перераспределение полей напряжений в подземном сооружении в зависи мости от величины и направления геодеформационных воздействий. Получен ные расчетом продольные и касательные напряжения превысили расчетные со противления бетона, что вполне может стать причиной образования трещин в бетонных, не рассчитанных на такие воздействия, конструкциях.
Схема работы тоннеля Аппарат теории упругости:
Схема расчета тоннеля уравнения равновесия, -совместная работа совместности деформаций тоннеля и горного массива и физической взаимосвязи -методы механики между напряжениями и сплошных сред деформациями – решения для частных случаев Дискретные модели на базе метода конечных элементов Схема расчета тоннеля и допущений механики - плоская стержневая сплошных сред система в упругой среде - методы строительной механики ПВК PlAXIS 3D TUNNEL бетон – упругая модель (модуль упругости, коэффициент Пуассона) грунт – модель Кулона – Мора (модуль упругости, коэффициент Пуассона, сцепление, угол внутреннего трения) Рисунок 9. Системный анализ методов расчета транспортных тоннелей Рисунок 10. Схемы задания геодеформационных воздействий для различных случаев пересечения тоннелем зон разломов а) сдвиг вдоль тоннеля без поперечных разломов (план);
б) то же, с поперечным разломом (план);
в) поперечный сдвиг на плане тоннеля;
г) пересечение разломом типа взброса (профиль);
д) пересечение разлома типа сброса(профиль) Это подтвердила картина трещин в стенках обделки тоннеля (рис.12, б), полученная при обследовании тоннеля перед его вводом в эксплуатацию (позд нее трещины были «залечены»). Обращает на себя внимание ориентация тре щин в стенах тоннелей, близкая к очертанию траекторий зон дробления горной перемычки геологического разреза (рис.12,а). С использованием ПВК NASTRAN с участием автора создана пространственная математическая модель напряженно – деформированного состояния обделки тоннеля в горной пере мычке с приближением к реальным геометрическим и физическим данным гео логического разреза, которая позволяет прогнозировать поведение тоннельной обделки на разных участках в зависимости от изменения внешних воздействий, характеристик материалов и конструкций. На рис.12,в показаны вертикальные перемещения при расчете на полную нагрузку, хорошо виден просадочный ха рактер IV и III тектонических зон, подтверждаемый результатами нивелирова ния. Очевидно, что тоннели в зонах разломов испытывают сложное напряженно - деформированное состояние, требующее специальной конструктивной защиты.
Касательные напряжения Деформируемый вид обделки на границе разлома -17 МПа тоннеля в IV зоне Продольные напряжения на границах разломов (синий цвет +12 Нормальные напряжения (синий МПа, красный -26 МПа) цвет 0 МПа, красный -16 МПа) Рисунок 11. Деформируемый вид и напряжения в бетонной обделке Северо-Муйского тоннеля в IV тектонической зоне а) IV тектониче III тектоническая ская зона б) На в) Рис. 12. Геологический разрез Северо-Муйского тоннеля – а), схема трещин в стенах обделки до герметизации – б), вертикальные перемещения математической модели горного массива с тоннелем – в).
В седьмой главе диссертации «Методология мониторинга протяженных транспортных сооружений на примере Северо-Муйского тоннеля» изучаются технологии мониторинга факторов, влияющих на безопасность технических объектов, расположенных на геодинамически активных структурах. Природно техническая среда представляет собой совокупность форм и состояний взаимо действия компонентов природной среды с инженерными сооружениями на всех стадиях их функционирования от проектирования до реконструкции. Протя женные технические объекты в виде транспортных магистралей, пересекающие территории с различной геодинамикой, не только испытывают на себе воздей ствия геологической среды, но и сами влияют на эту среду, как в период строи тельства, так и в течение всей эксплуатации.
Определено понятие геотехническая надежность строительных объектов как свойство объектов сохранять в установленных пределах времени значения всех параметров, характеризующих их способность выполнять требуемые функции в заданных режимах в условиях нагружения, технического обслужи вания и взаимодействия с геологической средой. Геотехническая надежность является составляющей частью эксплуатационной надежности. Обеспечение геотехнической надежности протяженных транспортных сооружений преду сматривает комплекс мер для сохранения стабильного равновесия между геоло гической средой и инженерными сооружениями, результатом применения ко торых является не только безотказная работа сооружений, но и создание опти мального режима реакции геологической среды.
Автором предложена концепция диагностического прогнозно профилактического мониторинга (ДППМ) транспортных сооружений (рис.13).
В основе его лежит геоинформационная система, включающая начальный банк данных геологической среды и сооружения, формируемый на стадии ввода со оружения в эксплуатацию, мониторинг геодинамической безопасности и гео технический мониторинг. На базе мониторинга геодинамической безопасности корректируется информационная модель горного массива (данные космиче ской погоды и климата, геологический, гидрогеологический, геофизический, геодезический виды мониторингов).
Геоинформационная система (ГИС) начальный банк данных геологической среды и сооружения Мониторинг геодинамической Геотехнический мониторинг безопасности Косми- Геодези Геофизи Геологи Дефект Состоян Нагруз- Ремонт ческий ческий матер. Содерж.
ческий ческий констр. ки Геологическая модель горного Информационная модель массива сооружения Диагностический прогнозно-профилактический мониторинг Информация – Модели – Прогноз - Управление Эффективность Безопасность Технические нормы Долговечность Стратегия управления 1. Режим движения транспорта 2. Режим работы персонала 3. Режим содержания конструктивных и технологических систем 4. Ремонтно-восстановительные работы 5.Профилактические работы Рисунок 13. Блок-схема диагностического прогнозно – профилактического мониторинга На базе геотехнического мониторинга уточняется информационная мо дель сооружения (данные о состоянии материалов, конструкций, режимах функциональных нагрузок, проведенных ремонтах и усилениях). В блоке ди агностического прогнозно-профилактического мониторинга происходит обра ботка данных двух информационных потоков, на базе которых строятся про гностические феноменологические, математические и экспертные модели и осуществляется подготовка для реализации стратегии управления через требо вания нормативных документов, критерии безопасности, эффективности и долговечности. При этом устанавливаются режимы работы транспорта и пер сонала, содержания конструктивно-технологических систем, ремонт, реконст рукция или профилактические работы. Для построения моделей оценки ситуа ций используются идентификационные методы технической диагностики, ма тематического моделирования работы сооружений, регламентируемые пара метры нормативной документации, экспертные оценки специалистов. Такая технология ДППМ реализована на ряде важных транспортных объектов: мос товой переход через реку Ангара, Коршуновский, Байкальский и Северо Муйский тоннели.
Научный интерес представляют материалы геодинамического, гидрогео логического, геофизического и деформационного мониторинга Северо Муйского тоннеля – 15-километрового подземного сооружения, внедренного в горную перемычку между двумя развивающимися рифтовыми впадинами, под робно описанные в ряде публикаций и в приложении диссертации. Опыт экс плуатации железнодорожного тоннеля в столь сложных геодинамических усло виях имеет высокую ценность в рамках мирового опыта проектирования и строительства подземных сооружений.
На базе полученной информации сформирована модель деформирования тоннеля как целого сооружения в горном массиве и во взаимодействии с путе выми конструкциями, выявлены характерные причины развития деструктивных процессов, места их расположения, прогноз развития, разработаны рекоменда ции и проекты по содержанию и ремонту конструктивно-технологических сис тем, получен ряд патентов на технические решения по их модернизации. Лич ный вклад автора заключается в формировании постановки задач мониторинга, участии в проведении полевых работ, диагностике результатов, разработке мо делей прогноза развития ситуаций и разработке технических решений по ста билизации ненормативных ситуаций.
Управление сложными техническими системами в настоящее время ос новано на применении автоматизированных систем управления технологиче скими процессами (АСУ ТП), в которых система инженерного мониторинга в различных ее формах и взаимосвязи подсистем, является важнейшей компо нентой. Вместе с тем, необходимо отметить также значение для достижения целей управления создание системы подготовки принятия решений (СППР).
Без особого преувеличения можно отнести СППР к верхнему уровню АСУ ТП, который аккумулирует в себе не только всю информацию, поступающую от системы мониторинга, но и обрабатывает ее, соотнося с имеющимися ресурса ми изменение обстановки. Прогнозирование возможных ситуаций аварийного плана и разработка сценариев развития событий по упреждению их наступле ния и ликвидации последствий тесно связаны с работой СППР. Чем более раз витой является система мониторинга и обработки информации, тем более де терминированно и вариантно проработаны сценарии упреждения возникнове ния отклонений, тем меньшими будут риски в оценке показателей безопасной работы. По-существу, такая прогнозно-профилактическая или прогностиче ская работа ведется постоянно и является важнейшим звеном в работе органов, управляющих эксплуатацией протяженных транспортных систем.
Выводы На основе проведенных исследований в целом по работе можно сделать ряд общих выводов.
1. Сформулирована феноменологическая модель геодинамической безо пасности протяженных технических объектов как синтеза напряженно - де формированного состояния конструкций, развивающихся процессов образова ния рельефа, сейсмических воздействий, волновой, экзогенной и разломной геодинамики. Выдвинута гипотеза о существенном влиянии на работу соору жений и их безопасность малозаметной скрытой геодинамики, связанной с медленными движениями земной коры, особенно, в зонах разломной тектони ки. Накапливаемые деструктивные процессы в материалах конструкций в ре зультате дополнительных, не предусмотренных проектом напряжений, могут внезапно или постепенно перевести работу сооружения в зону критических параметров.
2. Предложена концепция геодинамического районирования территорий расположения протяженных технических объектов по признакам неотектониче ской активности. Технология структурного районирования «регион - район участок - километр» как разновидность метода фрактального моделирования позволила развить методические приемы при анализе уникальных геодинами ческих ситуаций в ходе составления геодинамических карт Транссибирской и Байкало-Амурской железнодорожных магистралей.
3. Разработана методика выявления пространственно – временной взаи мосвязи между отказами протяженных технических объектов и геодинамиче скими факторами с учетом составленных геодинамических карт на основе при менения вероятностных методов. Пространственная взаимосвязь устанавлива ется путем анализа частот повторения отказов объектов на местах тектониче ских нарушений. Временная связь исследуется и прогнозируется с помощью модуляционного эффекта солнечно-земных связей с использованием индексов солнечной активности.
4. Обнаружена устойчивая вероятностная взаимосвязь появления повре ждений мостов, труб и деформаций земляного полотна на участках активной разломной тектоники. Установлена высокая корреляционная взаимосвязь на турных рядов отказов инженерных сооружений и индексов солнечной активно сти, косвенно подтверждающая взаимодействие движений земной коры и рабо ты конструкций технических объектов. Предложен метод прогнозирования ин тенсификации отказов сооружений с целью обеспечения мер безопасности.
5. Разработаны научно – методические основы инструментально - изме рительных методов определения величин смещений земной поверхности, включающих традиционные средства геодезии и геотехники, современные средства спутниковых, лазерных технологий, а также, специфичные инстру ментальные методы оценки и анализа изменения параметров инженерных со оружений. На основе фрактального анализа тектонических карт предложен способ определения «вектора» движения блоков земной коры относительно траектории трасс ПТС, расположенных на блоках земной коры и проходящих по их границам. На основе системного анализа материалов наблюдений геоди намических государственных полигонов, проектных институтов, ретроспектив ных данных повреждений протяженных технических объектов и собственных наблюдений установлены скорости и максимальные подвижки земной поверх ности в Восточной Сибири.
6. Предложены технологии расчета транспортных сооружений в зонах разломной тектоники с разработкой и использованием различных методов, мо делей и программных комплексов. Численные исследования напряженно – де формированного состояния мостов и тоннелей выявили ряд закономерностей, объясняющих характер наблюдаемых в эксплуатации повреждений транспорт ных сооружений, построенных в зонах разломов.
7. Разработана научная концепция систем мониторинга геодинамической ситуации в зонах расположения искусственных инженерных сооружений и крупных объектов промышленной деятельности, транспортных систем, желез нодорожных и автодорожных трасс. В основу этой концепции положено фор мирование информационной модели сооружения на основе начальных пара метров из геоинформационной системы, мониторинга геодинамической безо пасности для отслеживания геологической модели горной среды и геотехниче ского мониторинга условий функционирования конструктивно технологических систем. Завершающей формой предложен диагностический прогнозно-профилактический мониторинг, в рамках которого реализуется тех нология обеспечения безопасности через прогноз изменений информационной модели и реализацию соответствующей стратегии управления.
8. Разработаны методы комплексной увязки факторов различной приро ды, оценки влияния этих факторов на формирование условий безопасной экс плуатации сложных технических систем. Применение технологий геодинами ческого районирования в сочетании с анализом отказов протяженных техниче ских объектов, методами математического моделирования и информационными прогностическими моделями, создаваемыми системами мониторингов, позво лило выявить особую значимость для безопасности протяженных технических объектов фактора разломной геодинамики.
9. Сформирована методология информационного обеспечения систем ав томатического управления техническим состоянием объектов в плане научно методической поддержки системы подготовки и принятия решений. Информа ционное обеспечение закладывается предложенными системами мониторинга, инструментальными методами фиксации изменяемых параметров, методами математического моделирования работы сооружения и окружающей горной среды.
10. Разработаны организационно-технические основы поддержки необхо димого уровня безопасности технических систем на основе оценки, прогнози рования геодинамической ситуации и изменения состояния сооружений, а так же реализации предупредительных мер с учетом требований нормативно – тех нической базы и использованием экспертных систем.
Монографии 1. Быкова, Н.М. Неотектонические движения земной коры и деформа ции дорожных сооружений [Текст] / Н.М. Быкова. - Иркутск, 1998. - 136 с.
2. Быкова, Н.М. Северо-Муйский тоннель – из XX в XXI век [Текст] /Н.М. Быкова, С.И. Шерман. - Новосибирск: Наука, 2007. - 186 с.
3. Быкова, Н.М. Транспортные сооружения на активных геоструктурах.
Технологии системного подхода [Текст] / Н.М. Быкова. – Новосибирск: Наука, 2008. – 212 с.
Список основных опубликованных работ по теме диссертации в изданиях перечня ВАК:
1. Власов, Г.М. Приближенный способ определения напряженного состояния элементов с переменной высотой сечения из упругопластического материала [Текст] / Г.М. Власов, Н.М. Быкова //Известия вузов: Строительство и архитектура. - 1979. - № 11. - С. 42-45.
2. Дзюба, А.А. Современные подвижки земной поверхности и горно геологические условия железнодорожных трасс [Текст] / А.А. Дзюба, Н.М.
Быкова //Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций. 1996. - № 5-6. - С. 18 - 20.
3. Быкова, Н.М. Деформации железнодорожного пути и тектонические процессы [Текст] / Н.М. Быкова, А.А. Дзюба, А.А. Шишмарев //Путь и путевое хозяйство. -1997. - № 9. - С. 33 - 35.
4. Быкова, Н.М. Районирование железнодорожных трасс по признакам активности неотектогенеза [Текст] / Н.М. Быкова, А.А. Дзюба //Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2001. –№4. - С. 50-54.
5. Быкова, Н.М. Геодинамическое районирование западного участка БАМ [Текст] / Н.М. Быкова, А.А. Дзюба //Сейсмостойкое строительство. Безо пасность сооружений. - 2003. – № 6.- С. 50-54.
6. Быкова, Н.М. Геодинамика и работа протяженных транспортных со оружений [Текст] / Н.М. Быкова // Сейсмостойкое строительство.- 2004.-№ 4. С. 17-22.
7. Быкова, Н.М. Геотехническая надежность протяженных транспорт ных сооружений [Текст] / Н.М. Быкова // Современные технологии, системы управление и математическое моделирование. - Иркутск: ИрГУПС.- 2004. - № 1. – С. 55. - 61.
8. Быкова, Н.М. Как обеспечить надежную, безопасную и экономически эффективную эксплуатацию Северо-Муйского тоннеля [Текст] /Н.М. Быкова //Современные технологии, системы управление и математическое моделиро вание. - Иркутск: ИрГУПС.- 2004.- № 2. – С. 40-45.
9. Залуцкий, В.Т. Геодезический мониторинг для изучения смещений горных блоков в районе Северо-Муйского тоннеля [Текст] / В.Т. Залуцкий, Н.М. Быкова // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск: ИрГУПС. – 2005. - № 4 (8). – С. 133-139.
10.Bykova, N. Development of a mobile Robot for Video and Thermal Moni toring of Railway Tunnels [Text] / N. Bykova, S. Eliseev, A. Loukianov, А.
Khomenko // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск: ИрГУПС. -2005.- № 4 (8). – С. 66 - 69.
11.Быкова, Н.М. Геотехнический мониторинг транспортных тоннелей [Текст] /Н.М. Быкова, С.В. Елисеев // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск: ИрГУПС. – 2005.- № 4 (8). – С. 177-180.
12. Быкова, Н.М. Оценка геодинамической активности горных блоков по деформациям искусственных сооружений [Текст] / Н.М. Быкова, С.В. Хромых, Д.А. Зайнагабдинов // Современные технологии. Системный анализ. Модели рование. – Иркутск: ИрГУПС. - 2005.- № 4 (8). – С. 111-114.
13.Дзюба, А.А. Неотектоника Верхнеангарско-Муйской горной перемыч ки [Текст] / А.А. Дзюба, Н.М. Быкова // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск: ИрГУПС, 2005. - № 4 (8). – С. 119-123.
14.Быкова, Н.М. Особенности работы Северо-Муйского тоннеля в усло виях активной геодинамики [Текст] / Н.М. Быкова // Современные технологии.
Системный анализ. Моделирование. - Иркутск: ИрГУПС, 2005.- № 4 (8). – С.
169-173.
15.Дмитриев, А.Г. Геофизическое обследование основания пути в Севе ро-Муйском тоннеле [Текст] / А.Г. Дмитриев, О.Н. Тирский, Н.М. Быкова, Ю.А. Хрюкин и др. //Современные технологии. Системный анализ. Моделиро вание. – Иркутск: ИрГУПС, 2005.- № 4 (8). – С. 124 – 132.
16.Тирский, О.Н. Результаты контрольного бурения и петрофизические исследования образцов бетона обратного свода Северо-Муйского тоннеля [Текст] / О.Н. Тирский, А.В. Карпиков, Н.М. Быкова, Ю.А. Хрюкин // Совре менные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск: ИрГУПС, 2005.- № 4 (8).- С. 164-168.
17.Быкова, Н.М. Оценка возможности коррозии бетона в Северо Муйском тоннеле [Текст] / Н.М. Быкова, А.М. Быкова, Е.В. Паркалова // Со временные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск: Ир ГУПС, 2005.- № 4 (8). – С. 181-189.
18. Тирский, О.Н. Выделение водонасыщенных пластов в заобделочном пространстве тоннелей электроразведочными методами [Текст] / О.Н. Тирский, Н.М. Быкова, И.А. Мироманов, Ю.А. Хрюкин // Современные технологии. Сис темный анализ. Моделирование. – Иркутск: ИрГУПС, 2007. - № 4 (12).- С.47-52.
19.Быкова, Н.М. Диагностический прогнозно-профилактический мони торинг Северо-Муйского железнодорожного тоннеля [Текст] /Н.М. Быкова, А.А. Дьяченко // Современные технологии. Системный анализ. Моделирова ние. Иркутск: ИрГУПС.- 2006. - № 4 (12).- С.110-114.
20.Быкова, Н.М. Проблемы содержания пути в Северо-Муйском тоннеле и пути их решения [Текст] / Н.М. Быкова, В.А. Созинов, Р.Ш. Габитов, И.С.
Шемякин и др. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирова ние. – Иркутск: ИрГУПС, 2006.- № 4 (12). – С. 181-189.
21.Быкова, Н.М. Геодеформационное воздействие в тектонических зо нах [Текст] / Н.М. Быкова, В.В. Четвертнова //Мир транспорта. – 2007.-№ 3. – С. 124-130.
22.Быкова, Н.М. Математическое моделирование работы тоннельных обделок с учетом геодеформационных воздействий в зонах разломов земной коры [Текст] / Н.М. Быкова, Д. А. Зайнагабдинов // Современные технологии.
Системный анализ. Моделирование. - 2007, - № 1. –С. 37-46.
23.Быкова, Н.М. Измерения деформаций в стенах обделки и путевом бе тоне Северо-Муйского тоннеля с использованием фотоупругих датчиков [Текст] / Н.М. Быкова, А.С. Исайкин, А.Н. Моргунов, Д.А. Зайнагабдинов // Со временные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск: Ир ГУПС, 2007.- № 1 (13).- С.69-74.
24.Быкова, Н.М. Моделирование работы тоннелей в неоднородных гор ных массивах [Текст] / Н.М. Быкова, С.К. Каргапольцев, А.А. Пыхалов, А.Е.
Милов// Заводская лаборатория. – 2007. - № 11. - Том № 73. – С. 48-52.
25.Быкова, Н.М. Некоторые принципы моделирования работы тоннелей в структурно неоднородных горных массивах [Текст] /Н.М. Быкова, С.К. Кар гапольцев, А.А. Пыхалов, А.Е. Милов //Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск: ИрГУПС. – 2007.- № 2 (14). – С. 24-31.
26.Елисеев, С.В. Северо-Муйский тоннель и технологии системного под хода к управлению безопасностью технических объектов [Текст] / С.В. Елисеев, С.К. Каргапольцев, Н.М. Быкова //Современные технологии. Системный ана лиз. Моделирование. – 2007. - № 3 (15). – С. 93-95.
27.Елисеев, С.В. Методология оценки и прогнозирования безопасности состояния сложных технических систем объектов [Текст] / С.В. Елисеев, С.К.
Каргапольцев, Ю.Б. Каштанов, А.А. Дьяченко, Н.М. Быкова //Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2007. - № 3 (15). – С. 96-100.
28.Homenko, A.P. Technology of system approach to an estimation and ac count of geodeformation forces on railway tunnels in zones with active crush tecton ics [Text] / A.P.Homenko, А.А. Dyachenko, N.M. Bykova // Innova tion&Sustainability; of modern Railway Proceedings of ISMR’2008. China Railway Publishing House.- 2008. Beijing. - p. 357-366.
29.Быкова, Н.М. Анализ разломной структуры и сейсмической опасно сти в зоне мостового перехода через реку Ангара [Текст] / Н.М. Быкова, Р.М.
Семенов. //Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2009, № 1 (21). – С. 157-163.
30. Быкова, Н.М. Система мониторинга геодинамической безопасности (СМГБ) моста через реку Ангара в г. Иркутске [Текст] / Н.М. Быкова //Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2009, № (21). – С. 79-86.
в других изданиях:
31. Быкова, Н.М. Расчет статически неопределимых мостовых железобе тонных конструкций, включающих участки переменной высоты, с учетом пол зучести бетона [Текст] / Н.М. Быкова //Вопросы повышения надежности и эф фективности работы железнодорожного транспорта. - Новосибирск, 1982. - С.
72-73.
32. Быкова, Н.М. Оценка деформаций мостов и труб железной дороги с учетом тектонических процессов [Текст] / Н.М. Быкова, А.А. Ступин, С.А.
Шкред //Мосты: Сб. тр. /МГУПС. - М., 1997. - С. 131 - 134.
33. Быкова, Н.М. Базы данных комплексного исследования отказов же лезнодорожного пути [Текст] / Н.М. Быкова, П.В. Домбровский, А.А. Ступин, С.А. Шкред //Актуальные проблемы железнодорожного транспорта Восточной Сибири: Сб. тр. /ИрИИТ. Иркутск, 1997. - С. 54 - 58.
34. Быкова, Н.М.Автоматизация карты надежности пути [Текст] / Н.М.
Быкова, А.И. Хмельнов, А.А. Ступин //Актуальные проблемы железнодорож ного транспорта Восточной Сибири: Сб. научн. тр. /ИрИИТ.- Иркутск, 1997. С. 48 - 50.