Сборник трудов конференции СПбГАСУ ч

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

0,0056. В начальный момент приложения нагрузки изменение интенсивности деформации сдвига от среднего напряжения составило 2,2 5 %, на этапе всестороннего обжатия 3,35 %, а на этапе предшествующему разрушению составило 13 %.

Описанные выше процессы можно объяснить изменением плотности образца грунта при переходе от стадии всестороннего обжатия к этапу девиаторного нагружения, а затем в стадию длительного нагружения.

В проведенных исследованиях на этапе всестороннего обжатия образца интенсивность деформации сдвига равна 0,000491, при этом интенсивность касательных напряжений составляет 0,006351 МПа, на втором этапе девиаторного нагружения 0,001836 и 0,058312 МПа, на третьем же этапе нагружения эти показатели составляют 0,01628 и 0,110274 МПа соответственно. В этапе нагружения предшествующему разрушению эти показатели были 0,033903 МПа и 0,188216 МПа соответственно.

На этапе всестороннего обжатия прирост объемных деформаций составил 34 %, на первом этапе девиаторного нагружения прирост составил 9 %, на следующих этапах 31 % и 25 %, а на последнем этапе 10 %. За весь период испытания прирост объемной деформации составил 95 %.

Рис. 10. а) Изменение прочности режимного нагружения при боковом давлении равном 0,08 МПа; б) Изменение прочности режимного нагружения при боковом давлении равном 0,16 МПа

На рис. 11 показаны изменения прочности при различных боковых давлениях 0,08 МПа и 0,16 МПа соответственно. На графиках приведены изменения прочности при длительном постоянном режиме нагружении (опыты Королевой И.В.) и точками показаны значения прочности при длительном блочном нагружении. Из графиков видно, что прочность глинистых образцов значительно увеличилась. Природу этого явления можно объяснить эффектом задержки развития трещин и эффектами самоупрочнения и самозалечивания глинистого грунта за счет восстановления структурных связей глинистого грунта.

Анализ вышеприведенных результатов экспериментальных исследований позволяет раскрыть закономерности развития деформаций грунта при

141

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

повышающемся режиме трехосного длительного нагружения, когда уровень нагрузки повышается ступенями при переходе от одного блока к другому.

При действии длительной статической нагрузки в пределах каждого этапа во всех испытанных образцах происходило увеличение деформаций. Деформации с различной интенсивностью развивались на всем протяжении испытаний. Наиболее интенсивное развитие деформаций происходило в первом этапе в начальный период нагружения (до 40 минут), и закономерности развития деформаций в этих этапах были такие же как и при стационарном режиме. При переходе на более высокий уровень нагрузки наблюдался скачок полных деформаций грунта. Затем, внутри второго этапа начинается плавное развитие деформаций по мере увеличения времени действия нагрузки аналогично развитию деформаций во второй стадии первого этапа нагружения. Однако скорость развития этих деформаций была меньше, чем на первом этапе нагружения. При переходе к другим блокам вышеописанные закономерности повторялись, но в каждом последующем блоке скорость развития деформаций уменьшилась.

Литература

1.Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов / Уч. пособие для вузов. – М., Высшая школа, 1978. – 447 с.

2.Мирсаяпов И.Т., Королева И.В. Исследование прочности и деформативности глинистых грунтов при длительном трехосном сжатии. // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2009. –№2 (12). –С.167 – 172.

3.Месчан С.Р. Механические свойства грунтов и лабораторные методы их определения (с учетом времени): Учеб. пособие для строительных вузов. – М.: Недра, 1974. – 206 с., ил.

4.ГОСТ 30416 Грунты. Лабораторные испытания.

5.ГОСТ 20522-96 Методы статистической обработки результатов испытаний

УДК624.154.

И.Т Мирсаяпов, И.В. Королева, Д.Д.Сабирзянов

(ФГБОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ В УСЛОВИЯХ РЕЖИМНОГО ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ

Одной из специфических задач при проектировании сооружений, в процессе эксплуатации которых необходимо учитывать влияние циклических нагрузок, является оценка несущей способности и прогноз осадок оснований фундаментов с учетом изменения физико-механических характеристик грунтов в процессе совместного действия длительных статических и циклических

142

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

нагрузок. Эти вопросы особенно актуальны для оснований сложенных глинистыми грунтами.

В связи с вышеизложенным проведены режимные трехосные испытания глинистых грунтов при чередующихся блоках циклического и длительного статического нагружения.

Для проведения серии экспериментов использован прибор трехосного сжатия (рис. 1), разработанный авторами, в котором давление на грунт передается при помощи механических рычагов. Все стенки камеры прибора являются жесткими и подвижными. Нагрузка передается через рычаг, что обеспечивает поддержание постоянства давления. Испытания проводятся при различных значениях среднего нормального напряжения m . При этом вер-

тикальные 1 и боковые 2 = 3 напряжения прикладывались к образцу не-

зависимо.

Для испытаний применялись искусственно приготовленные образцы глинистого грунта нарушенной структуры, имеющие форму куба с размерами 100 100 100 мм. Испытывались образцы глинистого грунта со следую-

щими характеристиками: W=23%; Wр=22.8 %; WL=40.1 %; ρ=1,94 г/см3; Ip=17.3 %; IL=33 %. Образцы подготавливались в соответствии с приложени-

ем «В» ГОСТ 30416–96.

Испытания грунта при режимном длительном статическом и циклическом нагружении проводились по следующей методике (рис. 3): в начале испытания образец грунта обжимался всесторонним давлением и выдерживался до наступления условной стабилизации объемной деформации грунта. Затем к образцу ступенями прикладывалась вертикальная нагрузка. На определенном этапе вертикального нагружения, когда прод достигала определенной

заданной величины, соответствующей заданной величине max , начиналась разгрузка образца до заданной величины min , а за тем вновь нагружение доmax . Циклы вертикального нагружения выполнялись непрерывно, без ожи-

дания наступления условной стабилизации относительной объемной деформации. После приложения заданного количества циклов приложения, образцы выдерживались под действием длительной статической нагрузки в течении 24-–68 часов. Затем проводилось по аналогичной схеме чередующиеся циклическое и длительное статическое нагружение образца грунта в соответствие с схемой приведенной на рис. 3.

По результатам испытаний построены графики зависимости между средними напряжениями σm и объемными деформациями v , между интенсивностью касательных напряжений i и интенсивностью деформаций сдвига i и между средними напряжениями σm и интенсивностью деформаций сдвига i .

143

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 1. Общий вид прибора трехосного сжатия Рис. 2. Схема нагружения образца грунта

Рис. 3. Принятый режим комбинированного длительного статического и циклического нагружения.

Совместный анализ приведенных графиков показывает, что при увеличении средних напряжений и времени действия нагрузки происходит развитие деформации изменения формы (положительная дилатансия) при уплотнении грунта в пределах испытанного объема.

144

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 8. Зависимость средних напряжений от относительной объемной деформации

Исходя из результатов экспериментальных исследований объемную деформацию грунта можно представить в виде:

v v 0 v D

где v 0 объемная деформация, при всестороннем обжатии; v D – объемная деформация, вызванная воздействием девиатора напряжений.

Рис. 9. Режим нагружения 2 σ1=320кПа, σ2= σ3=80кПа

145

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 10. График зависимости между средними напряжений σm и интенсивностью деформаций сдвига i

Рис. 11. График зависимости между интенсивностью касательных напряжений i и интенсивностью деформаций сдвига i

Рис. 12. Зависимость средних напряжений от относительной объемной деформации

Величина v0 является функцией не только от σm , но и от сдвигающих напряжений i , возникающих вследствие различия сопротивления грунта

растяжению и сжатию, а также анизотропии физико-механических свойств в вертикальном и горизонтальном направлениях.

В связи с тем, что деформации сдвига i зависят от интенсивности касательных напряжений i , от среднего нормального напряжения σm и вида напряженного состояния, деформации формоизменения представляются в виде:

v D ƒ2(σm, i , t).

146

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 13. Режим нагружения 2 σ1=320кПа, σ2= σ3=160кПа

Рис.13. График зависимости между средними напряжений σm и интенсивностью деформаций сдвига i

Рис.14. График зависимости между интенсивностью касательных напряжений i и интенсивностью деформаций сдвига i

Как видно из диаграммы (см. рис. 6) наблюдается увелечение объемных деформаций на всем протяжении испытания (на всех четырех стадиях нагружения – всестороннего обжатия, девиаторного нагружения, чередующиеся циклического и статического нагружениях). В первом режиме нагружения в процессе всестороннего обжатия велечина объемных

147

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

деформаций составляет 0,009, при девиаторном нагружении прирост составляет 0,014, при циклическом нагружении прирост составляет 0,018,

апри длительно статическом нагружении приращение деформаций

составляет 0,03-0,038. Во втором режиме нагружения при 3 2 80кПа

в процессе всестороннего обжатия велечина объемных деформаций составляет 0,005, при девиаторном нагружении прирост составляет 0,0136, при действии циклических нагрузок, в пределах каждого блока, происходило увеличение объемных ( v ) деформаций. Деформации с различной интенсив-

ностью развивались на всем протяжении испытаний. Наиболее интенсивное развитие деформаций происходило в первом блоке в начальный период нагружений (до 1000 циклов) и составило ( v 0.0075 ). При переходе на в блок с длительно действующей статической нагрузкой в момент изменения режима нагружения происходит незначительное уменьшение полных деформаций на 0,00005 за счет упругой составляющей или деформации стабилизируются. Затем, по мере увеличения времени выдержки под длительно действующей нагрузкой происходит дальнейшее нарастание деформаций на велечину v 0.003 0,0048. При 3 2 160кПа на 1 этапе всестороннего обжатия объемные деформации составили 0,014, на 2 этапе девиаторного нагружения составила 0,015, на 3 этапе при действии циклических нагрузок 0,0075–0,011, на 4 этапе при длительно статическом нагружении составила

0,003–0,0038.

При переходе на блоки с циклическим нагружением наблюдается увеличение скорости накопления деформаций. Необходимо отметить, что накопление общих деформаций происходит в основном за счет пластической(неупругой) составляющей. Упругие деформации в пределах блоков нагружений практически не изменяются (рис. 5–14).

Литература

1.Вознесенский Е.А. Поведение грунтов при динамических нагрузках. М.: Изд-во МГУ, 1997. 286 с.

2.Зарецкий Ю.К. Лекции по современной механике грунтов. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост. ун-та,1989. 607 с.

3.Мирсаяпов И.Т., Королева И.В. Исследование прочности и деформативности глинистых грунтов при длительном трехосном сжатии // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2009. №2(12). С. 167-172.

4.Мирсаяпов И.Т., Королева И.В. Особенности деформирования глинистых грунтов при циклическом трехосном сжатии // Международный журнал Геотехника. 2010. №6.

С. 64-67.

5.Мирсаяпов И.Т., Королева И.В., Сабирзянов Д.Д. Прочность и деформации глинистых грунтов при трехосном режимном чередующемся статическом и циклическом нагружении //Геотехника Беларуси: Наука и практика. 2013. С.297-304.

148

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

УДК 624.154.1

И.Т. Мирсаяпов, Р.С. Хабибуллин

(ФГБОУ ВПО "Казанский государственный архитектурно-строительный университет")

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ДЕФОРМАЦИИ АРМИРОВАННЫХ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ

ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Аннотация: В современных условиях наблюдается тенденция увеличения нагрузок на грунтовые основания и использования в качестве оснований слабых грунтов. В этих случаях одним из способов увеличения несущей способности является вертикальное армирование грунтовых оснований. При этом такие основания наряду со статическим, подвергаются воздействию циклических нагрузок. В связи с этим проведены исследования несущей способности и деформация армированных грунтовых оснований.

Ключевые слова: Армированные основания, циклические нагружения, осадки, деформации, грунтовые датчики, индикатор часового типа, прогибомер, плита.

Всовременных условиях наблюдается тенденция увеличения нагрузок на грунтовые основания и использования в качестве оснований слабых грунтов. В этих случаях одним из способов увеличения несущей способности является вертикальное армирование грунтовых оснований. При этом такие основания, наряду со статическими, подвергаются воздействию циклических нагрузок. При больших нагрузках или неблагоприятных инженерногеологических условиях площадок строительства одним из способов увеличения несущей способности и уменьшения осадок оснований является применение армированных грунтовых оснований.

Совместное деформирование системы «армирующие элементы – плита – грунт армированного основания» с учетом перераспределения усилий между отдельными элементами в процессе циклических нагружений практически не изучены.

Всвязи с вышеизложенным, возникает необходимость исследования поведения армирующих оснований при циклическом нагружении.

Экспериментальные исследования проводились в объемном лаборатор-

ном лотке с размерами 1,0 1,0 1,0 м (рис. 1). В качестве модели плиты использовалась железобетонная плита с размерами 400 400 40мм, армированная проволочной арматурой Ø3 Вр-I.

Для исследования поведения армированного основания была смоделирована система «армирующие элементы – плита– грунт армированного основания».

149

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 1. Внешний вид испытательного стенда

Армирующие элементы моделировались полыми пластиковыми трубками диаметром 7 мм, длиной 400 мм и толщиной стенки 1 мм со следующими значениями прочностных и деформационных характеристик: прочность на сжатие Rсж=92,0 МПа; модуль деформации Eсж=700 МПа.

Грунтом основания являлась супесь твердая (модуль деформации E=4,6 МПа, угол внутреннего трения =11º, удельное сцепление C=2,6 кПа, плотность ρ=1,4 т/м3, влажность W=11%).

При экспериментальных исследованиях принята модель армированного основания с количеством армирующих элементов 30 шт. с шагом 7d. Модели армирующих элементов устанавливались вертикально и засыпались грунтом с послойным уплотнением. Между армирующими элементами и плитой устраивается песчаная подушка глубиной 5 см. Нагружение модели армированного основания осуществлялось с помощью гидравлического домкрата ступенями в зависимости от режима испытания.

На каждой ступени нагружения фиксировались значения осадок основания по показателям индикаторов часового типа ИЧ (расположенных на поверхности основания), прогибомеров (измеряющих осадки на двух гранях плиты), а также напряжения и деформации в грунте основания и моделях армирующих элементов. Деформации моделей армирующих элементов определялись с помощью наклеенных по длине тензорезисторов. Напряжения и де-

150