книги из ГПНТБ / Рашидов, Т. Р
.pdfа по (1.3.3В)
(1.3.40) Таким образом, значения коэффициентов сдвига трубопровода
относительно грунта |
могут |
быть определены |
из выражений |
(1.3.39) и (1.3.40). |
|
|
|
Р е з у л ь т а т ы |
о п ы т о в . |
Подвергнутый |
испытанию грунт |
обладает следующими средними физико-механическими характе ристиками*:
Естественная |
влажность , % — 17,9 |
Верхний |
предел |
пластичности — 25,7 |
|||||||
Объемный вес, т\м3 |
— 1,865 |
Нижний |
предел |
пластичности — 16,9 |
|||||||
Вес скелета, |
т/м3— |
1,585 |
Число пластичности — 8,8 |
|
|||||||
Условный вес, т\м3— |
2,70 |
Влажность после |
опыта, |
% — 18,9 |
|||||||
Пористость, |
% |
41,25 |
Объемный вес после опыта, т/м3—1,9 |
||||||||
Коэффициент |
пористости — 0,703 |
Степень |
влажности — 0,687 |
||||||||
Весовой состав |
грунта, %: |
Гранулометрический |
состав, %: |
||||||||
песок — 9,66 |
|
|
|
|
|
|
|||||
пыль |
—74,52 |
|
1-0,5 |
мм |
0 |
||||||
глина — 15,82 |
|
||||||||||
|
0,5-0.25 |
мм |
0,83 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Показатели |
сдвига; |
|
0,25-0,1 |
мм |
1,925 |
||||||
коэфф. |
трения— |
0,4995 |
|
0,1-0,05 |
мм |
6,905 |
|||||
|
0,05-0,01 |
мм |
56,54 |
||||||||
угол трения, |
град—26,35 |
|
|||||||||
|
0,01 |
0,005 |
мм |
17,98 |
|||||||
сцепление кГ\см2 |
— 0,07 |
|
|||||||||
0,005 |
0,002 |
мм |
15,82 |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
В опытах использовались |
трубы |
с разными |
параметрами, уло |
||
женные на разных |
глубинах: |
|
|
|
|
|
|
/7> мм |
I, мм |
Н0, |
м |
|
|
Н |
|
||
Стальная |
|
89 |
3860 |
0,2 |
-н 1,0 |
Стальная |
|
144 |
6200 |
0,7 |
|
Чугунная |
с раструбом |
169 |
2700 |
0,2-И,0 |
|
|
На рис. 10, 11 показан процесс нагрузки и разгрузки |
вдоль |
||
оси трубопроводов |
для глубин 0,6—1,0 м. Как видно, |
кривые на |
||
грузки — разгрузки |
при продольном взаимодействии |
труб с |
грун |
|
том |
подобны кривым, полученным при рассмотрении |
сопротивле |
||
ния |
оснований движению фундаментов. |
|
|
|
При малых сдвигах зависимость линейная, далее преобладаю щую часть на диаграммах взаимодействия составляет необрати мая деформация, на величину которой существенно влияет глу бина укладки трубопроводов. Пользуясь графиком зависимости (рис. 11г) относительного перемещения трубопроводов от при лагаемой продольной нагрузки при многократной нагрузке и разгрузке, из полного перемещения легко выделить упругое
* Средние значения физико-механических параметров грунта определены а Узгипрокоммунинжпроекте.
20
иу = ир [и — разгрузочное перемещение). Как видно из графи ка, в пределах приложенной нагрузки величина иу = и изменя ется пропорционально ей.
Рис. 10. Диаграммы продольного взаимодействия трубы с грун том:
а—показания |
задних (/) и передних (//) |
индикаторов; б - д л я |
стальной (///) |
и |
|||
чугунной (IV) |
труб; / - Я = 0 , 6 ; 2 - Я - 0 . 7 ; |
3-Н=0,8; |
4-Н-0.9м; |
І-Дк |
=89 |
мм, |
|
|
/=386 см; /І-Д„ |
-169 мм, |
£—270 см. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
На рис. 12, |
13 построены |
кривые ползучести |
и = |
• 2 д |
д / П (t) |
||
и релаксации Р = 2ттalba R (t) в различных масштабах времени. Характер изменения относительного перемещения в зависимости
21
от нагрузки приближается к линейному при малых перемеще ниях.
Построенные кривые ползучести и релаксации взаимодействия трубы с грунтом типичны для вязко-упругих материалов.
Из рис. 13«? видим, что на реологические кривые существенно влияет глубина заложения. Соответствующие этим кривым графики kx приведены на рис. 14 с использованием для £ " о л з и kpxn вы ражений (1.3.39) и (1.3.40). Кривые четко показывают релаксирующие свойства коэффициента kx. При малых глубинах зало жения он меняется с глубиной почти по линейному закону. Эти
Рис. 11. Диаграммы продольного взаимодействия стальной трубы с грун том при повторных нагружениях:
а и 6 - P=const ; в и г - P + c o n s t ; 4 Н - 8 9 (а. г) и 144 (б. в) им.
свойства взаимодействия грунта и трубы дают возможность при ложения достаточно разработанной теории вязко-упругости к
задачам |
исследования движения различных сооружений и грунта. |
||||||||
|
Как |
видно |
из |
графиков, представленных |
на рис. 15, |
величина |
|||
kx |
постоянна |
до |
определенного и. |
|
|
|
|
|
|
|
Разница значений kx в (1.3.39) и (1.3.40) не превышает |
5—10%, |
|||||||
поэтому в практических расчетах можно |
использовать |
более |
|||||||
простую формулу (1.3.39). |
|
|
kx |
|
|
||||
в |
Коэффициент |
равномерного сдвига |
трубопровода |
изучался |
|||||
работах [1, |
22] и в наших ранних |
исследованиях |
[86]. На ос |
||||||
нове многочисленных экспериментов |
[101, 102] установлена его |
||||||||
аналогия с коэффициентом равномерного сдвига грунта |
Сх |
[6,56, |
|||||||
22
107j. Зависимость коэффициента kx от удельного вертикального
давления |
грунта имеет |
вид |
100G, |
|
|
|
|
|
k.. — а |
5 |
|
(1.3.41) |
|
здесь GB |
— вертикальное давление |
грунта |
на трубу, |
зависящее |
||
|
от способа |
укладки |
ее |
в грунт, |
глубины |
заложения |
и т. д. и определяемое по известным формулам [48]; В — ширина траншеи при укладке трубопровода;
U.M. |
а |
Н'0.2М |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
f-.чос |
Рис. 13. |
Реологические кривые для различных |
глубин |
укладки: |
||
а—стальной трубы |
( Д н |
=89 мм, /=370 см, Р „ = 1 ту, |
б - ч у г у н н о й |
трубы |
( раструб, в грунте |
|
Дн |
=169 мм, Z-300 см, Я„=10а0 |
(/), Я о = 1500 |
кГ (2)). |
|
а, ß — экспериментальные |
коэффициенты, |
зависящие |
от |
грунтовых условий, |
размеров сечений |
трубы и |
про |
должительности действия продольной силы (отдель ные числовые значения их даны в [86]).
24
По (1.3.41) для различных Ов [48] построена зависимость
этого коэффициента от глубины заложения |
трубопроводов Я [89]. |
|
Сопоставление (1.3.41) для малых |
или |
с результатами |
изложенного выше эксперимента показало их хорошее совпаде ние. Выражение (1.3.41) применимо и для больших глубин; в за висимости от величина kx увеличивается и достигает определенного асимптотического значения.
Рис. |
14. Графики зависимости |
от глубины |
заложения |
{ а , б) |
и времени |
( в , г ) , |
||||||||||||
/ - п о |
формуле (1.3.39); |
//-(1.3.40); |
1-кх*Л; |
2 - * " о л з ; а и е - Д„ |
- 8 9 |
мм; 6 |
и г - |
Д„ -169 |
мм- |
|||||||||
|
Коэффициент |
kx |
отражает |
сложную |
физическую |
природу |
||||||||||||
взаимодействия |
трубы |
и грунта. |
Зависимость |
kx—и |
аналогична |
|||||||||||||
зависимости о ~ г |
для |
упруго-пластических |
материалов. |
Мгно |
||||||||||||||
венное |
значение |
kx — константа, |
близкая по величине к kx |
в |
ста |
|||||||||||||
дии |
разгрузки. Поэтому связь между |
|
касательным |
напряжением |
||||||||||||||
ха |
и относительным |
смещением |
может |
быть |
записана |
в виде |
||||||||||||
|
|
|
|
|
хв |
= |
ксхек и = kx |
и [1 - |
ш (и)], |
|
|
(1.3.42) |
||||||
где |
kx |
[1 — со (и)] — секущий |
коэффициент |
|
взаимодействия. При |
|||||||||||||
малых |
смещениях |
(со = 0) этот коэффициент |
по величине |
близок |
||||||||||||||
к |
kx |
|
разгрузки. При одностороннем (невозвратном) |
движении |
||||||||||||||
трубы |
в грунте |
его можно |
рассматривать |
как |
некоторую |
сред |
||||||||||||
нюю |
постоянную |
для |
исследуемого |
диапазона |
смещений, |
кото |
||||||||||||
рая |
меньше kx |
разгрузки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
25
кх,кГ/см'
10 |
20 |
30 |
401.час |
Нх,кГ/см |
H=0,6NI |
|
0,7M |
8.9 |
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
0,3 |
0 |
0,1 |
|
0,3 |
|
|
КхЖ/см3 |
|
|
о,вм |
|
|
|
0.9M |
|
|||
8,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0,1 |
|
|
0,3 |
|
0,1 |
|
|
|
|
Рис. |
15. |
Зависимости kx~t |
{а) и kx~u |
(б) |
для |
стальной |
|
||||
|
|
|
|
|
трубы: |
|
|
|
|
|
|
I - Л н |
-=Н4 мм, |
ІІ-ДН |
- 8 9 |
мм; |
/ - п о к а з а н и я |
задних, |
3 - п е р е д н и х ин |
|
|||
|
|
|
дикаторов, |
2 - с р е д н и е |
их значения. |
|
|
|
|||
Вязко-упругие свойства |
грунта |
выражаются |
изменением kx |
||||||||
во времени. Тогда в первом приближении |
в формуле |
(1.3.42) |
|||||||||
коэффициент |
kx |
следует взять |
в виде |
крхл или |
& " о л з . |
|
|||||
§ 4. Сопротивление грунтов при поперечном |
движении с |
учетом |
|||||||||
ползучести и релаксации |
грунта |
|
|
|
|
|
|
||||
Установка |
для проведения опытов, |
(рис. |
16). Размеры |
уста,' |
|||||||
новки 4500 X 4000 X |
1200 мм. |
|
|
|
|
|
|
||||
26
Стальная труба / с параметрами |
ДН—1А4, |
/=4400, |
и |
6 = 7 мм |
|
просверлена вдоль оси в восьми |
точках, в которых специальными |
||||
болтами 4 закреплены тросы 3. |
Концы |
болтов |
выходят |
в |
заднюю |
панель установки. Концы тросов соединены между собой шарнирно. Таким образом, создав нагрузку одной лебедкой поперек оси трубы, можно получить в восьми точках примерно одинаковые
гІі-Ш
Рис. 16. Схема установки для изучения попереч ного перемещения трубы относительно грунта.
усилия. Полагаем, что к трубе приложена равномерно распреде ленная поперечная нагрузка. Рычаги 5, рассчитанные так, чтобы можно было пренебречь их изгибными деформациями, подвешены на специальные стойки, чтобы вес их не влиял на натяжение тро сов. Тросы и концы болтов пропущены через трубки 6, уложенные в грунте, для того, чтобы исключить сопротивление грунтов их
27
перемещению. Поперечное смещение трубы отмечается индикато рами 2 в восьми точках (/—VIII). Усилие замеряется динамомет ром типа УПР-8.
Установку засыпали грунтом до высоты 0,35 см с послойным уплотнением, укладывали трубу (горизонтальность расположения трубы устанавливали нивелиром) и засыпали до высоты # = 0,7 м с послойным уплотнением. Во всех случаях толщина слоя состав
ляла ^ 10 см. |
Через 4 суток была |
вырыта траншея |
шириной |
В = 0,3 + Дн (м) |
и в нее уложена |
труба нормальным |
способом |
опирания. При повторении опытов трубу раскапывали и уклады вали заново таким же образом.
О п ы т ы |
на |
п о л з у ч е с т ь |
|
и р е л а к с а ц и ю . |
В попереч |
||||||||||||||
ном |
относительно |
трубы |
направлении |
задаем |
нагрузку |
Qo так, |
|||||||||||||
чтобы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q = --%-h(t), |
|
|
|
|
|
(1.4.1) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ |
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
q — нагрузка |
на единицу |
площади. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Измеряя |
|
средние |
значения |
показаний |
средних |
индикаторов |
||||||||||||
IV |
и V |
по |
времени, |
находим |
поперечное |
перемещение |
|
трубы |
|||||||||||
|
|
|
|
|
-W=<f(t)=-g!L-n(t); |
|
|
|
|
|
|
(1.4.2) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я(0 |
= |
^ |
- |
т |
(t) |
|
|
|
|
(1.4.3) |
|||
|
Если |
учесть, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
q |
= |
- |
кползw |
|
= - k n o A 3 7 |
(t), |
|
(1.4.4) |
||||||
то |
из (1.4.3) |
и (1.4.1) |
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
.ПОЛЗ _ |
|
_ |
|
1 |
|
|
|
|
|
. г> |
||||
|
|
|
|
|
|
* |
~ |
ЛпЩ{і) |
|
- |
Я (О |
• |
|
|
|
|
( 1 Л - ° > |
||
|
Теперь зададим для трубы |
в |
поперечном |
направлении |
по |
||||||||||||||
стоянное |
смещение |
|
|
|
|
ЗоА(0. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
да(/) |
= |
|
|
|
|
|
(1.4.6) |
|||||
Через разные |
промежутки |
времени замеряем |
|
нагрузку |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Q(t) |
= -MJq |
|
|
|
|
|
(1.4.7) |
|||||
и, учитывая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
имеем |
|
|
|
|
|
q=-kfe"w, |
|
|
|
|
|
|
(1.4.8) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
* р е л |
= |
- ^ |
г - |
= |
i |
l * . |
V - х |
) s |
° d h |
w |
- |
R w «>• |
( L 4 - 9 > |
||||
Р е з у л ь т а т ы |
о п ы т о в . |
На |
рис. |
17 показаны |
кривые |
пол |
|||||||||||||
зучести |
и |
релаксации |
|
поперечного |
взаимодействия |
трубьі |
|||||||||||||
28
(/=4200 мм, ö = 7 мм) |
с грунтом в различных |
масштабах |
вре |
||
мени (сек., |
мин., час) . Там же даны |
графики |
зависимости |
отно |
|
сительного |
поперечного |
перемещения |
трубы |
от прилагаемой |
|
аW.MM
— |
' |
|
А |
|
|
|
|
|
0.2 • |
|
|
|
|
|
O.I |
|
|
30 |
SO |
SO t. сек |
30 |
60 |
'Іо t.MUf, |
W.MM
0 OA W/HM |
0 4 в 12 16 20 t,час |
осйаЩш
Рис. 17. Кривые ползучести (а) и релаксации (б) и зависимость Q~w:
Н-0,7 м, Дк =144 мм.
нагрузки. Эти зависимости в пределах малых перемещений почти линейны. Как видно из опытов, область линейности при попереч ных перемещениях существенно больше, чем при продольных.
По кривым |
ползучести и релаксации и формулам (1.4.5)., |
(1.4.9) можно |
построить графики изменения £п°лз и ^ р е л {-ja |
29