Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Сказка'
Жил Макар в обычной городской квартире с папой и мамой. Макар рос умным, активным и интересным мальчиком. Он хорошо учился в школе, учителя почти по ...полностью>>
'Сборник статей'
Сборник статей посвящен выдающемуся русскому художнику, ученому, писателю, путешественнику Николаю Константиновичу Рериху (1874—1947). Материалы сбор...полностью>>
'Документ'
"Справочные материалы по удельным показателям образования важнейших видов отходов производства и потребления" подготовлены Научно - исследо...полностью>>
'Документ'
Проводимый ежегодно Федеральным агентством по туризму России с участием авторов настоящего доклада мониторинг состояния и динамики изменений туристск...полностью>>

Главная > Исследование

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Рисунок 2 – Схема сдвигового прибора

В отличие от ранее известных, прибор обеспечивает более равномерное распределение напряжений, действующих в плоскости среза за счет симметричного действия нормальных N и сдвигающих T усилий. Увеличение толщины стенок обойм прибора позволило достигать величины относительной деформации сдвига образца значения равного 27%.

Рисунок 3 – Общий вид рабочего столика прибора

Рабочая схема модифицированного прибора представлена на рисунке 3.8. Для создания вибродинамического нагружения на образец грунта был специально сконструирован эксцентриковый вращательный вибратор с приводом от двигателя постоянного тока марки PJK-25/3. Общий вид вращательного вибратора показан на рисунке 3.8. Изменение расположения эксцентриков на ведомом валу позволяет изменять амплитуду пульсирующей нагрузки. Работа прибора организована в кинематическом режиме (режим управляемых деформаций) с возможностью контроля в любой момент времени как касательных напряжений, так и деформаций сдвига. Скорость сдвига может изменяться от 0,5 до 0,01 мм/мин. Изменение скорости сдвига регулируется изменением силы тока источника питания ВСА-5К.

Поступательное движение нижней подвижной обоймы прибора создается понижающим редуктором МПК-13И-5 через винтовой домкрат. Общий привод системы сдвигающего усилия осуществляется двигателем постоянного тока Д-10АРУ. Общий вид рабочего столика прибора показан на рисунке 3.

При вибродинамическом воздействии частота колебаний регулируется лабораторным автоматическим трансформатором «ЛАТР». Величина частоты колебаний определяется по тахометру. Привод тахометра осуществляется через тросик спидометра, соединенного с ведомым валом вращательного вибратора. Конструкция прибора позволяет создавать частоту вибрации в диапазоне от 0 до 30 Гц.

Прибор обслуживает контрольно-измерительное оборудование (КИО), служащее для контроля и измерения следующих величин: вертикальной нагрузки NN в случае как статического, так и вибродинамического воздействия; горизонтального сдвигающего усилия Т; перемещения обойм прибора U.

Для проведения экспериментальных исследований связных, песчаных и крупнообломочных грунтов фракцией диаметром до 20мм нами использован модифицированный вариант прибора одноплоскостного среза СП-100, общий вид которого показан на рисунке 5.

В отличие от ранее известных, прибор обеспечивают более равномерное распределение напряжений, действующих в плоскости среза за счет симметричного действия нормальных N, сдвигающих T усилий и подвижной нижней обоймы. Увеличение толщины стенок обойм прибора до 20мм позволило достигать величины относительной деформации сдвига образца значения равного 15÷20%.

Рисунок 4 – Общий вид вращательного вибратора

В срезном приборе основными конструктивными элементами являются верхняя и нижняя обоймы (1), определяющие своим движением плоскость среза (рисунок 29). Внутри обоймы располагается исследуемый грунт (2), напряженно-деформированное состояние которого определяют значения действующих нормального N и сдвигающего Т усилий.

Габариты образца грунта в приборе: F = 100 см2, h = 7 см;

Прибор позволяет исследовать модели грунта фракциями до 20 мм.

Рисунок 5 - Общий вид сдвигового прибора СП-100

Работа прибора организована в кинематическом режиме (режим управляемых деформаций) с возможностью контроля в любой момент времени как касательных напряжений, так и деформаций сдвига. Скорость сдвига обойм составляла 0,1 мм/мин.

1 – обоймы сдвигового прибора; 2 – образец грунта; 3 – электродвигатель; 4 – сдвоенный понижающий редуктор; 5 – упор; 6 – винтовой домкрат; 7 – динамометр; 8 - блок питания электродвигателя; 9 – индикатор; 10 – тройник; 11 – манометр; 12 – рессивер; 13 – сброс воздуха; 14 – обратный клапан; 15 – компрессор; 16 – шарики по полозьям; 17 - направление сдвига.

Рисунок 6 - Схема модифицированного сдвигового прибора СП-100, позволяющего исследовать фракции грунта диаметром до 20 миллиметров

Поступательное движение нижней подвижной обоймы прибора создается планетарным сдвоенным редуктором с понижающим передаточным числом через винтовой домкрат. Общий привод системы сдвигающего усилия осуществляется двумя двигателями постоянного тока через понижающий редуктор. Общий вид рабочего столика прибора показан на рисунке 6.

Прибор обслуживает контрольно-измерительное оборудование (КИО), служащее для контроля и измерения следующих величин: вертикальной нагрузки N в случае статического нагружения; горизонтального сдвигающего усилия Т; перемещения обойм прибора U.

Для всех приборов создано контрольно-измерительное оборудование разработана методаки проведения и обраю\ботки эксперимента.

В четвертой главе приведены результаты лабораторных испытаний, состоящих из изучения сопротвления сдвигу грунтообразующих минералов, и испытаний суглинков в условиях статического и динамического нагружения.

Петрографическими исследованиями установлено, что определяющим минералом в составе песков является кварц – SiO2,. Его содержание составляет от 90% до 99%. Представляется, что именно кварц должен определять предельные значения, соответствующие остаточной прочности песчаного грунта. Глинистые породы сформированы в основном из глинистых минералов, таких как каолинит, монтмориллонит, гидрослюд и др. Таким образом, видно, что основными минералами, образующими данную глину являются каолинит и кварц , образующие смесь в различных процентных соотношениях.

Рис. 7 Минералогический состав песчаного грунта

Рис.8 Минералогический состав глинистого грунта

Несмотря на то, что многие исследователи сошлись во мнении, что прочность грунтов во многом определяется их минералогическим составом практических данных по изучению прочности основных грунтообразующих минералов недостаточно.

В связи с этим были проведены исследования по определению пикового и остаточного сопротивления кварцевого песка фракции 2-1мм, 1-0,5мм, менее 0,5мм, каолинита в воздушно сухом состоянии, и трех составов смесей кварцевого песка фракции менее 0,5 мм и каолинита: смесь 1 - песок 75% каолинит 25%; смесь 2 - песок 50% каолинит 50%; смесь 3 - песок 25% каолинит 75%.

Каолинит также исследовался в виде порошка. Далее испытывался композитный грунт, образованный следующими составами: кварц 25% - каолинит 75% (П-К 25-75); кварц 50% - каолинит 50% (П-К 50-50); кварц 75% - каолинит 25% (П-К 75-25).

Целью данного эксперимента является установить насколько минералогический состав влияет на формирование параметров прочности грунтов. Как изменяются пиковое и остаточное сопротивление для разных составов смесей.

Полученные результаты показывают, что для порошка каолинита зафиксированы пиковое и остаточное сопротивления сдвигу. Предельное состояние каолинита характеризуется параметрами прочности, которые приведены в таблице ниже.

Таблица 1

Параметры прочности каолинита

Угол внутр трения, град

Сцепление, кПа

Пиковая прочность

30.5

13.9

Остаточная прочность

26.7

6.83

В результате опытов получено, что пиковая прочность материала характеризуется углом внутреннего трения φпик=30,5º, а сцепление равно спик=13,9кПа. Остаточная прочность имеет значение φост=26,7º, тогда как сцепление равно сост=6,8кПа, рис .4. Согласно данным других авторов [2,3] известно, что угол внутреннего трения составляет φпик=20º-21,5º , а сцепление примерно спик=2,0кПа. Угол внутреннего трения, характеризующий остаточную прочность, составляет φост=14-15º. Такое отличие объясняется разной влажностью исследуемых образцов. Поэтому для сравнения возьмем среднее значение φпик=26º и φпик=21º. Величину сцепления, в связи с отсутствием дополнительных данных, оставляем без изменения.

Обопщенные значения результатов испытаний приведены в таблице ниже.

Таблица 2

Сравнительная таблица результатов испытаний минералов и их смесей

Смеси

Кварц фракция

2-1мм

Кварц фракция

1-0.5мм

Кварц фракция менее 0.5 мм

ПК 7525

ПК 5050

ПК 2575

Каолинит

Пиковые значения

Угол внутреннего трения, град

59.4

53.5

45.2

35.5

29.44

27.2

26

Сцепление, кПа

68.3

16.3

63

18.1

2.48

35.6

13.9

Остаточные значения

Угол внутреннего трения, град

39.9

43.1

44.8

35.5

26.3

26.6

21

Сцепление, кПа

66.5

3.5

20.25

9.96

4.41

25.6

6.83

Рисунок 9. Изменения сцепления и угла трения в зависимости

от вида минерала и смеси (пиковые значения)

Рисунок 10. Изменения сцепления и угла трения в зависимости

от вида минерала и смеси (остаточные значения)

Проведенные исследования и их сравнительный анализ петрографического состава позволяет утверждать, что для песков основным образующим минералом является кварц SiO2, которого в песках содержится более 99%. Для глинистого грунта основными образующими являются глинистый минерал каолинит, которого содержится до 58% , далее кварц 35% и прочие.

Испытаниями в сдвиговом приборе подтверждено, что, сопротивление сдвигу грунтообразующих минералов характеризуются пиковыми и остаточными значениями. Причем при переходе от рыхлого обломочного грунта к каолиниту пиковые значения угла внутреннего трения почти плавно изменяются от 60º до 30º. Сцепление меняется скачкообразно и явных зависимостей отмечено. но общая тенденция уменьшения сохраняется.

Остаточное сопротивление характеризуется незначительным диапазоном изменения угла внутреннего трения. Для кварца разной фракции φос изменяется на 4º. Для смесей наблюдается плавное понижение в зависимости от уменьшения содержания минерала кварца. При содержании каолинита 50% и более изменения угла внутреннего трения незначительно в пределах в пределах 4-5º. Однако при этом интенсивно увеличивается сцепление.

Результаты испытаний суглинков (г.Кок Тюбе, г.Алматы). Приведенные ниже исследования глинистых грунтов выполнены в двух режимах нагружения вертикальной нагрузкой: статическом и динамическом. Испытания проводились в приборах ВСВ 25, описанных в главе 3. Природная влажность W, пределы пластичности – WL и Wp, а также плотность  грунтов ненарушенной (природной) структуры определялись в соответствии с ГОСТ 5180-96 [115]. Плотность твердых частиц грунта s была принята по средним значениям [116] для суглинка – 2,71 г/см3.

Видно, что испытывались суглинки мягкопластичной, тугопластичной и полутвердой консистенции с физическими параметрами, изменяющимися в диапазонах:

влажность W – 0,185-0,252;

плотность  – 1,79-1,98 г/см3;

число пластичности Jp – 0,090-0,113;

Испытания грунта статической нагрузкой проведены при нормальном напряжении 100, 200 и 300кПа. Величина деформации образца составила в опытах не менее 15мм с последующем повтором сдвига.

Испытания динамической нагрузкой также проведены при нормальном напряжении 100, 200 и 300кПа. Величина динамической составляющей составила соответственно примерно 20, 15 и 10% от статического значения. Точная величина изменения вертикальной нагрузки определялась по записям на осциллограмме.

Рисунок 11 = График зависимости между абсолютной деформацией

и касательным напряжением (грунт №22-26)

При изучении поведения параметров прочности в условиях вибродинамического нагружения в срезном приборе предполагалось, что состояние предельного равновесия выполняется на площадках скольжения, ориентированных в соответствии с кинематическими условиями деформирования. Вместе с тем, при обработке данных за основу принято условие, что определение фактического напряженно-деформированного состояния производится с учетом амплитудного изменения нормального напряжения.



Рисунок 12 - Диаграмма предельного состояния (грунт №22-26)

Уравнение предельного равновесия при трактовке испытаний грунтов на срез имеет вид:

(1)

где n ср – среднее за период значение действующего нормального напряжения;

n – амплитудное изменение нормального напряжения;

к и ск – параметры прочности, соответствующие условию сухого трения Кулона;

i − коэффициент, характеризующий запаздывание изменения внутренних связей грунта при динамике, который может изменяться от –1 до +1.

Рисунок 13 – Вид зависимости изменения нормального

напряжения при сдвиге.

Физический смысл данного коэффициента в том, что действие вибрации накладывает дополнительное влияние на напряженное состояние образца грунта и приводит к изменению напряжений по высоте образца. Представляется, что периодически повторяющееся вибрационное воздействие формирует в образце грунта напряжения, которые за период вибронагружения по величине отличаются от среднего. Поэтому при обработке данных эксперимента очень важно правильно и точно установить значение нормального напряжения, действующего в образце грунта при вибрации. Значение коэффициента также определяется видом и состоянием грунта.

Полученные выше данные наглядно свидетельствуют, что в случае вибродинамического воздействия учет напряженного состояния грунта обязателен. Это позволяет более точно определять параметры прочности глинистых грунтов, соответствующие остаточному сопротивлению сдвигу и более корректно проанализировать закономерности их изменения.

В пятой главе приведены практические рекомендации по расчету устойчивости откосов, претерпевших начальные деформации в разных геологических условиях.

Рисунок 14. Схема к оценке степени устойчивости откоса круглоциллиндрическим методом.

Обычная методика расчета состоит в следующем. После вы­бора поверхности скольжения грунт, расположенный выше нее, разбивается в плоскости чертежа на ряд блоков, как показано на рис.5.1. После этого вычисляется эффективный полный вес G каждого блока. Произведения веса G каждого из блоков на соответствующее им плечо r от линии его действия до вертикальной оси, проходящей через центр вращения 0, определяют собой величину вращающего момента Мсдв, причем силы, расположенные правее этих линий, увеличива­ют его, а расположенные левее — уменьшают. Таким образом, исходя из рис. 1:

(2)

Момент сопротивления Муд зависит от суммы сил сцепления и трения, действующих вдоль поверхности скольжения. Однако в пределах поверхности скольжения в блоке 9 и скорее всего 8 уже произошли деформации вследствие развития трещины. Это повлекло за собой изменение вели­чин с и φ, характеризующих свойства грунта в слоях по низу каждого блока в пределах всей длины плоскости скольжения. Однако значения этих величин существенно различаются как для недеформированных, так и для деформированных отсеков.

С учетом известных представлений о пиковой и остаточной прочности в грунтах это выражение можно представить в виде:

(3)

Где: - сприв и φприв – приведенные значения параметров прочности, определяемые по значениям пиковой и остаточной прочности грунтов, для для деформированных и недеформированных отсеков соответственно по следующему уравнению:

- спик и φпик – параметры прочности, соответствующие пиковой прочности грунтов в пределах устойчивого недеформированного участка;

- сост и φост – параметры прочности, соответствующие остаточной прочности грунтов в пределах деформированного участка.

Затем из выражения

(4)

определяют коэффициент запаса kst на устойчивость откоса по от­ношению к скольжению с учетом фактической сопротивляемости сдвигу грунтов по площадке.

Как отсюда следует, что в предлагаемом методе расчета устойчивости предполагается, что в предельное состояние грунта наступает по сформировавшейся площадке сдвига в верхней части откоса. При этом смещение склона происходит не по всей длине плоскости сдвига, а на участке равном 1/3-1/5 высоты всей сдвигаемой зоны, где интенсивно формируются растягивающие напряжения. Это отмечается по результатам полевого анализа деформированных склонов.

Аналогичный подход рекомендуется для расчета и определения оползневого давления в методе прислоненного откоса.

Сейсмическое воздействие учитывается введением в расчет в пределах рассматриваемого откоса грунтового массива дополнительных горизонтальных сил, которые определяются умножением веса грунта на коэффициент . Значения коэффициента , учитывающего сейсмическое воздействие на сдвигающийся отсек грунтового массива, в соответствии с [38] принимается равным 0,05; 0,075 и 0,15 соответственно для расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов.

Расчет устойчивости склона выполняется при интенсивности горизонтального давления грунта от собственного веса и от равномерно распределенной нагрузки на поверхности призмы обрушения определяемого от произведения АК1 (А коэффициент сейсмичности; К1-коэффициент учитывающий степень повреждения).

Поскольку большая часть территории прилавковой зоны Алматы и области расположено в районах с расчетной сейсмичностью 10 баллов, то произведение АК1 рекомендуется принимать равным АК1=0,32.

Равнодействующая сила веса грунта и горизонтальной силы сейсмического воздействия определяется по формуле

(5)

Определение сдвигающих и удерживающих сил, действующих в пределах выделенного отсека, рисунок 5.3, следует выполнять с использованием следующих выражений:

; (6)

; (7)

Используя формулы (5.5), (5.8), (5.9), (5.11) и (5.12) и определив величину оползневого давления для отдельных от­секов оползня, по полученным данным можно построить эпюру оползне­вых давлений, необходимую для выбора по длине оползня места заложения подпорного сооружения, которое ра­ционально расположить в сечении с минимумом . Умножив величину оползневого давления на коэффициент запаса , можно по­лучить расчетное давление на поддерживающее сооружение.

При неустойчивом состоянии склона на сейсмические воздействия следует предусмотреть инженерные мероприятия по обеспечению устойчивости склона, в частности закрепление грунта и устройство подпорных стенок на локальных участках. В конструктивном отношении подпорные стенки могут быть в виде классических подпорных стенок и ленточных фундаментов или на свайных фундаментах, а также могут быть запроектированы стенки из буронабивных свай, расположенных «друг к другу» или в виде «секущихся свай».

Практический пример использования приведенной выше методики, показан на примере обеспечения устойчивости склона г. Кок Тюбе г. Алматы.

В шестой главе приводятся результаты испытаний крупнообломочных грунтов.

Крупнообломочные грунты в регионе имеют повсеместное распространение, как по площа­ди, так и в разрезе и представлены гравийно-галечниковыми грунтами верхнечетвертичного (apQIII) и современного аллювиально-пролювиального (apQIV) возраста. Обломочный материал пред­ставлен грубообломочным, хорошо отсортированным материалом, лишенным слоистости с включением валунов размером до 1,5-2,5 м в поперечнике. Гранулометрический состав грунта: глинистых частиц – до 1,2%, пылеватых - 2,9%, песчаных – 26-39%, гравийных - 56,9-70,1%. Плотность грунта при минимальном уплотнении - 1,65 г/см3, при максимальном - 1,8 г/см3. Угол естественного откоса сухого грунта -32-350, под водой – 24-250. Заполнителем является песок, суглинок, супесь.

По данным инженерно-геологических изысканий КазГИИЗ для этих грунтов определены следующие физико-механические свойства: ρ=2,25-2,28, т/м3; φ=34-38°; С=2-36кПа. При этом в отчетах постоянно указывается, что характеристики крупнообломочных грунтов приведены по результатам обобщения полевых геотехнических работ выполненных ранее [19]. Это не удивительно, потому что на сегодня определение сопротивления сдвигу и сжимаемости грубообломочных грунтов с различным количеством заполнителя в лабораторных и полевых условиях по ряду методических и технических причин пред­ставляет значительные трудности.

Данная проблема не является новой. Общеизвестно, что при проектировании многих грунтовых сооружений, в том числе и гидротехнических используются параметры прочности, соответствующие преимущественно для мелкообломочных грунтов. Эти параметры не учитывают в достаточной мере свойств крупнообломочных грунтов и особенностей их работы в сооружении. Известны исследования [20, 21, 22, 23, 24], в которых предпринимаются попытки установить влияние содер­жания крупных фракций мелкозема на прочность и сжи­маемость грунтов.

О влиянии крупности крупнообломочных грунтов существуют противоречивые мнения. Например Л.Н.Рассказов считает, что с ростом крупности прочность увеличивается. Ю.Е.Залежнев наоборот, считает что прочность грунтов уменьшается с увеличением крупности. Некоторые исследователи придерживаются мнения о независимости прочности от крупности грунтов.

Для расширения представлений о сопротивлении сдвигу песчаных грунтов при статической и динамической нагрузки проведены испытания по определению механических характеристик грунта (угла внутреннего трения, удельного сцепления) песчаного грунта крупных фракций, отобранных в в теле откоса котлована строящегося многофункционального общественного центра «Алмалы» на территории Площади Республики.

Практический интерес представляют специальные исследования, выполненные в режиме кинематического нагружения образцов грунта горизонтальной нагрузкой и периодически изменяющейся вертикальной нагрузки статика-динамика, рисунок 6.12. В данном опыте сдвиг начинается при статически действующей вертикальной нагрузке. Через 2 мм горизонтальной деформации включался вибратор, и на образец грунта прикладывалась динамическая нагрузка. При этом наблюдается понижение сдвигающей нагрузки. Продолжительность действия динамической нагрузки продолжается на протяжении деформации в 3 мм. Затем динамическая нагрузка прекращается и действует только статика. Сдвигающее усилие возрастает до определенного уровня. Контроль касательных напряжений выполняется в постоянном следящем режиме. После того как деформации достигли 2 мм, опять включают динамику. Для подтверждения результата опыт повторили, сдвинув обоймы прибора в исходное положение.

Результаты опытов показывают, что для песчаных грунтов динамическая нагрузка приводит к существенному понижению сопротивления сдвигу. Однако так можно судить только в случае, когда действующее нормальное напряжение определяется средним за период действия нагрузки значением. Если же учитывать значение нормальной нагрузки с учетом динамического изменения , то понижение не так существенно.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Исследование силового воздействия оползневых массивов на удерживающие конструкции симплекс-методом

    Исследование
    Защита состоится 27 апреля 2005 года в 14 часов 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.265.02 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: Российская Федерация, 634003, Томск, пл.
  2. Физико-метематические науки Шифр специальности

    Документ
    Специальность "Математическая физика" – область математики, посвященная исследованию математическими методами математических проблем, возникающих в механике, теоретической физике и др.
  3. Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к сниП 02. 01-83) Часть 1

    Документ
    Настоящее Пособие разработано к СНиП 3.02.01-83 «Основания и фундаменты». В Пособии приводятся дополнительные требования, соблюдение которых необходимо при составлении проектов производства работ, требования по производству и приемке
  4. Правила безопасности при строительстве подземных сооружений пб 03-428-02 (1)

    Документ
    Правила безопасности при строительстве подземных сооружений являются переработанным и дополненным изданием Правил безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений, утвержденных в 1992 г.
  5. Правила безопасности при строительстве подземных сооружений пб 03-428-02 (2)

    Документ
    Правила безопасности при строительстве подземных сооружений являются переработанным и дополненным изданием Правил безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений, утвержденных в 1992 г.

Другие похожие документы..