Прочность и деформируемость суглинка различной степени водонасыщения при импульсных воздействиях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГШЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНШ ИНСТИТУТ Ш.В.В.КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

ИНОЯТОВ Улугбок Ильясошп

ПРОЧНОСТЬ П ДЕСОНСТШЮСТЬ СУГЛИНКА РДЗШЧНОЯ СТШЕНЛ ВОДОНАСЩЕШШ ПРИ ЕЧПУЛЫЗШ* ВОЗДЕИСТЕШХ

01.03.07 - Кйханлка сидучих тел, грунтов и горных пород

АВТОРЕФЕРАТ

дяссвртацла sa соискание учезой отвпэпа кандидата техшгаескнх паук

Ноские - 1993

) ,у. -

Работа выполнена в лаборатории -Геотехнических исследований" отдала исследований грунтовых п подземных сооружений а технологии их возведения НИИ Энергетических сооружений сбивший НИС Гидропроекта - НИИ Гидропроект) Ыинтопенер-го Российской Федерации.

Научный руководитель - член-иорр.ШЛ, Штор технтеыаа

ищ)1 с, профессор Ю.К.Зарэщшй

Офацпалыше ошононти - вотор технических паук,

профессор Л.Р.Ставшщер

¡саививат технических тун, д0118нп А.В.Лоошчав

Вадущая оргагазацил - ВНИИ ВОДГЕО

/СЗо

Зааргта состоится "_2_"_марта_1993г, в ' час.

на заседании Специализированного совета Д.053.11.05 при Московском инжшорпо-строительном институте им.В.В.Куйбышева по адресу: Москва, ул.Спартаковская, д.2, в оудЛ 2)2.

С диссертацией могло ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие и защите и направить Ваш отзыв на автореферат в 2-х вкз., подписанный и заверенный печатью, по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д.26, ЫИСИ им. В.В.Куйбышева, Ученый Совет.

Автореферат разослан 1993 г.

/¿Л/93 -¿¿>ё>А

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат технических наук»

профессор ^^^О^.Л.Кршшновский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Совремешшй уровень строительства прог,шш-ленных и гражданских сооружений на грунтовых основаниях требует глубокого исследования прочностных и деформационных характеристик грунтов для правильной оценки надежности и экономичности проектных решений.

В настоящее время внедрение в практику строительства получили методы подготовки грунтовых оснований и возведения грунтовых сооружений, непосредственно связанные с кратковременным и интенсивным характером воздействия на грунт (взрывным, ударным). К таким методам следует отнести возведение сооружений направленным взрывом, методы технической мелиорации, использующие ударные или взрывные воздействия на грунтовый массив. Опыт применения подобных методов показывает на их выс окуй эффективно с ть и экономичность. Однако их применение сдерживается малой изученностью реакции грунта на импульсное воздействие, отсутствием методов прогноза изменения прочностных и деформационных характеристик при действии импульса нагрузок в условиях слозного напряженного состояния.

Практически все процессы, происходящие'в грунте при действии на него ударной шш другой шяульсной нагрузки, тесно связаны о прохождением волн напряжений по грунту и, в конечном итога, определяются такими параметрами, как общая продолжительность действия ишульоа, скорость нарастания давления, максимальное значение давления.

Учитывая это, представляется очевидным необходимость исследования связи параметров волн сжатия (ашлитудно-временной конфигурации ударного ишульоа) и реакции грунта на это воздействие. В конечном итога, нзобходпма оценка влияния параметров импульсного воздействия на изменение прочности п накопление остаточных деформаций грунта в зависимости от его исходного состояния. В связи с этим представленная диссертационная работа посвящена экспериментальной? исследоватш поведения моренных оуглинков о разной степенью водонасыщэння под действием шпульсннх нагрузок в условиях сложного напряженного состояния.

Цель работы - последование прочностных и деформационных свойств связных грунтов, а также определение закономерностей их поведения в зависимости от степени водонасыщэння и плотности

грунта в условиях сложного напряженного состояния с приложением различных параметров"импульсного воздействия.

Для достижения цели исследований решены следующие задачи:

1. Усовершенствован существующий прибор динамического нагружения грунта для возможности проведения испытаний грунтов импульсными воздействиями с различными параметрами, в условиях сложного напряженного состояния по консолвдированно-дренированной и кон-солидированно-недренированной схемам нагружения;

2. Создана система регистрации быстропротекагацих процессов в приборе динамического нагружения грунта;

3. Разработана методика проведения и обработки экспериментов по различным схемам и при различных сочетаниях статического и динамического режимов нагружения;

4. Выполнен комплекс экспериментальных исследований поведения моренных суглинков с различными степенью водонасыщения и плотностью в условиях сложного напряженного состояния при статических и динамических воздействиях;

5. Выявлено влияние плотности, водонасыщенности, условий дренирования и параметров импульса воздействия на прочность и деформируемость связного грунта находящегося в сложном статическом напряженном состоянии с различной степенью приближения к предельному состоянию;

6. Определены закономерности развития дополнительных пластических (остаточных) деформаций связных грунтов в зависимости от степени водонасыщения, статического напряженного состояния и параметров импульсного воздействия;

7. Проведен анализ влияния исходного состояния связного грунта на развитие порового давления и характер разрушения в зависимости от вида нагружения (статического и динамического).

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Определено влияние плотности, степени водонасыщения и условий проведения опытов на прочность и деформируемость грунтов при динамическом импульсном нагружении;

2. Установлены зависимости влияния параметров импульсного воздействия на прочностные свойстваисследуемых грунтов;

3. Установлены количественные зависимости развития дополнительных пластичеоких (остаточных) деформаций от параметров им- .

пульса воздействия п статического напрятанного состояния;

4. Определены закономерности развития динамического порового давления.

Практическое значение работы заключается в том, что предложенная методика испытаний грунтов позволяет определить влияние пшульса нагрузок на прочность и деформируемость грунтов с учетом различных факторов: начальной плотности, степени водонасыщения, начального статического напряженного состояния и параметров импульса воздействия.

Исследования выполнены в рамках комплексного изучения геотехнических свойств грунтов дамб Загорской и Кайшщорской ГАЭС в условиях высоких напряжений и скоростей нагружения.

Результаты исследований и разработанные методики проведения и обработки экспериментов использованы ШСом Гидропроекта (НИИЭС) при обосновании технических проектов сооружений.

Апробапия диссертации. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались на ХУТ и ХУЛ Молодежных научно-технических конференциях Гидропроекта (Москва, 1989, 1991 гг.), 2УШ Всесоюзной молодежной научно-технической конференции В/О *Тид-ропроект" (Канев, IS9I г.), Региональной научно-методологической конференции (Каратау, 1991 г.), научном совете отдела исследований грунтовых и подземных сооружений и технологии их возведения НП1ЭС (Москва, 1992 г.) п кафедре механики грунтов, оснований и фундаментов WICH им.B.B.Куйбышева (Москва, 1992 г.).

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 3 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы из 118 наименований и включает 172 страницы, из них 95 страниц машинописного текста, 65 иллюстраций и 12 таблиц.

На защиту вннооятся следущие положения;

1. Методика и результаты эксперт,(витальных исследований прочности и деформируемости моренных суглинков при различной степени водонвсшения, статическом и динамическом нагружэнии, в условиях сложного напряженного состояния.

2. Методика обработки экспериментальных данных для выявления закономерностей поведения грунтов при статических и динамических воздействиях.

3. Закономерности поведения водонасыщенных моренных суглинков при статических и динамических воздействиях. ,

КРАТКОЕ СОДЕЕШШЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации обоснована актуальность темы диссертационной работы, кратко изложено состоите вопроса, сформулированы цели и задачи исследований, показаны научная новизна и практическое значение полученных результатов.

В первой главе приводится обзор и сделан анализ современного состояния теоретических и экспериментальных исследований грунтов в условиях импульсного нагрукешш и их экспериментальная проверка .

Теоретическим и экспериментальный исследованиям в направлении создания математических моделей для описания поведения грунтов в условиях импульсного воздействия большой интенсивности посвящены работы многих ученых (Д.Д.Баркан,Ю.М.Абелев, В.И.Крутов, Г.М.Ляхов, Л.Р.Сгавницер, Б.И.Дидух, Ю.К.Зарецкпй, М.Ю.Гарицелов, Н.Я.Денисов, С.С.Грнгорян, О.Я.Шехтер, Н.Я.Хархута, А.Я.Сагамо-нян, А.А.Вовк, Л.М.Бобылев и др.) и зарубежных (Л.Менард, Х.Бранд, Р.С.Вейстаен, Р.В.Витман, Х.Д.Годекк, А.Симон и др.).

Анализ современного состояния теоретических и экспериментальных исследований грунтов в условиях импульсного нагруаешш показал, что практически все процессы и явления, происходящие в грунте при действии на него импульсной нагрузки, тесно связаны с прохождением волн напряжений по грунту и, в конечном итоге, определяются такими параметрами как общая продолжительность действия импульса, скорость нарастания давления, максимальное значение давления. В свою очередь, особенности структуры и текстуры грунта, фазовый состав грунтов, а такяе напряженное состояние и закономерности распределения напряжений мевду фазами грунта определяют, в основном, его динамическую реакцию.

Из рассмотрения результатов теоретических и экспериментальных работ оледует, что в основном внимание исследователей обращено на изучение влияния плотности, влажности на прочность грунта без связи с амплитудно-временны!,ш параметрами импульса воздействия. Однако сопротивляемость грунтов внешним воздействиям зависит от многих, упомянутых выше факторов.-Изменения в их соотношении приводит к различной динамической реакции грунта. В од-

них случаях импульсное нагружение в условиях сложного статического напряженного состояния может вызвать разрыхление, а в других - уплотнение. Следует также отметить, что имеющиеся исследования поведения грунтов при ишульоных воздействиях проведены на раз-пых приборах по различным методикам, а дашшх по динамической прочности грунта в условиях слогного напряженного состояния недостаточно.

Црактачоскп важной является разработка испытательных стендов, позволяющих произвольно осуществлять импульсное нагружение грунтов в условиях слоеного отатнческого нопрянэгаого соотояния и после чего, пэ вынимая образца пз прибора, путем статического раздавливания определять его прочностные и деформационные характеристики. Такзо стощш необходимо оборудовать системами водонасы-цзнпя. Требуетоя разработка надешшх методик проведения испытапий п обработки их результатов при максимальной автоматизации с прп-ь'эпешои ПЗВМ.

На основе анализа выполненных исследований сформулированы цель п задачи исследований, результаты которых изложены в последующих главах диссертации. .

Во второй ■рлпт дапо описание оксперпиэптального стенда, прп-водятоя характеристик! псоледуеиого групта, программа эксперлмен-тов, кзтралогпчоскоо обеспечение, излагаются методики проведения экспериментов п первичной обработки экспериментальных данных при статической п динамическом рэгимах нагружения от степени водона-оыцэния моренного оуглинка, а также способ измерения порового давленая.

Экспериментальные исследования проводшшоь на испытательном стенде динамического нагружения грунта с инфорыацнонно-измеритель-йой сиотемой на базе ПЭШ типа ШЛ РС АТ. Уотановка разработана а НИСа Гидропроекта (НШЭС).

Стенд состоит из испытательной камеры, Цневмогидравличеокой сиоте?ш для создания статического напряженного состояния образца, динамического нагрузочного устройства и автоматизированной информационно-измерительной сиотемы на базе ПЭШ.

Конструктивной особенностью данного прибора является наличие ударного (динамического) штока, преходящего через шток статической нагрузки, позволяющего прикладывать к образцу, находящемуся

в статическом напряженном состоянии, осевые импульсные воздействия.

Испытывались грунтовые образцы цилиндрической формы диаметром 62 мм и высотой до 120 мл. Исследования выполнялись с моренными суглинками при начальной плотности слонешя сухого грунта р^ = 1,88; 1,98 и 2,02 г/см3 и разными значениями степени водо-насыщения. Плотность частиц грунта рз =2,71 г/см3.

В соответствии с задачами исследований выполнены 3 серии испытаний по компрессионной, консоладшрованно-дренированкой п кон-сояддированно-недренированной схемам нагружения.

Состав экспериментальных исследований приведен в табл. I.

Шнтн первой сестш экспериментов выполнены о целью изучения прочностных л деформационных свойств грунта. Статические опыты для плотности сухого грунта = 1,88; 1,98 и 2,02 г/см3 при

влажности = 0,11 проводились по схема трехосного раздавливания по консолидаровашо-дренированной схема нагружения, при &о = 0,05; 0,1 и 0,2 МПа. Для ^ = 1,88 г/см3 и влажности «5 = 0,13 опыты проводились по консолидированно-дреипрованной и консолида-рованно-недренировапной схеме нагружения с целью изучения разви-•тия порового давления для определения прочностных и деформационных характеристик в условиях недренированного нагружения. В отличие от неводонасыщенного грунта девиаторное нагружение производилось при закрытой системе. При этом значения Со = 0,05; 0,1 и 0,2 МПа.

Целью второй серии опытов являлось изучение закономерностей развития дополнительных пластических (остаточных) деформаций грунтов в зависимости от степени водонасыщения, отношения высоты образца к к диаметру с£ { = 2; 1,5; I; 0,5) с приложением импульса воздействия с различными сочетаниями параметров с сохранением постоянной энергии удара.

Третья серия опытов проведена для определения влияния плотности, водонасыщенностп, условий дренирования и параметров импульса воздействия на прочность и деформируемость связного грунта находящегося в сложном статическом напряженном состоянии с различной степенью приближения к предельному состоянию.

В качестве параметров статического напряженного состояния, при котором осуществлялось импульсное нагружение, приняты: наименьшее главное напряжение 65 и степень приближения к пре-

Таблица I

Состав экспериментальных исследований

Вид испы- Параметры импульсных воз- Влаж-

таний действ^___ ность

0,315 0,486 0,486 Сте-у\см7Л 25 50 25 50 пень (п, к.г 9,12 4,56 14,1 7,04 водо-

насн-щен-ности

Плот- Гпдро- Сте-ность стати- пень с^хо- ческое при-

обжа-грун- тие та

(5.

г/см'

МПа

ближе ния к предельному

I Конооли-дирован-но-дрени-рованный

н и Я

I

О

8

со

Статика

0Д1

ъут

од!

07В5 0.13

от

1,88

1,98

2,02

1,88

1,88

0,05

0,1

0,2

0,05 0,1 0,2.

0,05 ОД 0,2

0,05 0,1 0,2

0,05 0,1 0,2

П Компрессия

+ +

Динамика +

+

+ +

0,11 0,13

1,88 1,88

Ш Консоли-дироваи-но-дрени-рованный

Консоддди-рованно-недрениро-ванный

+ + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + +

0,67 0.13

1,88

1,88

1,88

0,05 0,8 0,1 0,8

0,2 0,1

0,2 0,1 0,2

0,8

0,2 0,8

0,2 0,8

0,2 0,8

0,2 0,8

дольному' состоянию, определяемая отношением Л ~ 1 , где

©ь - интенсивность напряжений сдвига, соответствующая данной ступени нагрузки и <5* - предельное значение <31 по результатам опытов первой серии. При этом значения бс и <5Г соответ-. ствуют одному и тому же значению среднего значения <3ср ,

Для неводонасыщенных грунтов с ^ = 1,88 г/ом3 гидростатическое обнатие и начальный этап девиаторного нагрувения до Л = 0,8 проводились с дренированием образцов в статическом режиме на-гружения о бо = 0,05; 0,1 и 0,2 Ща. После стабилизации деформаций от статического нагружения, задавались одиночные или двухкратные импульсные воздействия в направлении главного осевого напряжения . 61 о различными вариациями параметров. После стабилизации деформации от импульса воздействия, испытания завершались разрушением образца ступенчатым приложением осевой нагрузки, что позволяло определять влияние параметров импульсного воздействия различного сочетания на прочность и деформируемость грунта.

Для водонасыаешшх грунтов с =1,88 г/см3 гидростатическое обнатие и начальный этап девиаторного напряжения до Л = 0,2 и 0,8 проводились по консолидированно-дренированной и консолидиро-ванно-недренированной схемам и при этом состоянии прилагалось импульсное воздействие. В недринированных условиях измерялось перовое давление на всем протяжении опыта и, в том числе, после приложения импульса воздействия. После стабилизации динамического норового давления испытания завершались разрушением образца ступенчатым приложением осевой статической нагрузки с измерением норового давления. ГГри этом обкатия 6© составляли 0,1 и 0,2 ЫПа.

В ходе эксперимента все быстропротекающпе процессы в грунте регистрировались автоматически и накапливались в памяти ПЭВМ. Дальнейшая обработка опытных данных проводилась по специально составленным программам.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований прочностных и деформационных характеристик суглинков при статических и импульсных нагрунениях.

Результаты испытаний моренных суглинков при статических нагрузках (по консолидированно-дренированной и консолидированно-не-дренированной схеме) представлены в виде графического "паспорта" грунта, состоящего из зависимостей б£=б£(в; , £» = и 6с ■= В с (<51) , где <£у - объемная деформация; 61 - интенсивность деформаций сдвига. Графически представлены зависимости

развития порового давления ' Р™ от прпращв1шя среднего напряжения для водонасыщенного суглинка испытанного по консолидированно-недренированной схеме при статическом нагружавши.

По результатам экспериментов исследовались закономерности деформирования моренного суглинка в условиях компрессии с прплокени-ем импульса воздействия. Испытаниям суглинков при различных степе-ниях водопасыцешостп установлены зависимости величины пластических (остаточных) деформаций от параметров импульсов. Результаты представлены в еддо диаграмм <21 Ец), <5 И) п £,¡(1) при однократном и двухкратном приложении импульса воздействия, а также показаны изменения б? п р^ . Исследовалось влияние геометрических размеров образца на характер динамического деформирования.

На рис. I представлены аналоговые записи осевых напряжений б(<)ц диаграммы б (в) . На рис. 2 представлено изменение коэффициента бокового давления во время импульсного нагруаэшя.

Результаты трехосных испытаний суглинков (по консолидировагоо-дренированной и консолпднрованко-недренированной схемо) после приложения импульса воздействия при сложном статическом папряженном состоянии представлены в виде графических зависимостей <5с~бс(б), ¿У = &*(6) и Ос = еив1).

Показано, что параметры импульса воздействия и степень водо-насыщенностз суглинка значительно влияют на величину пластически: (оотаточных) объемных и-сдвиговых деформаций. Графически показано влияние статического напряженного состояния и условий дренирования на развитие величины дополнительных объемных и сдвиговых деформаций при импульсном нагруетпии. Представлены зависимости развития порового давления Р" при статическом и импульсном наг-ругенпи при копсолидированно-недренированных схемах испытания.

В четвертой главе приводится анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований деформируемости и прочности суглинков различных степеней водонаевдения при статическом и импульсном нагруяениях. Дан пример практического применения результатов исследований.

Результаты опытов со статическим нагруяенпем новодонасыщенно-го суглинка по консолидировашю-дропирозанной схеме показывают, что с увеличением плотности сухого грунта р± = 1,88 до 2,02 г/см3 прочностные характеристики увеличиваются.

Из результатов испытаний водонасыщеншх суглинков с плотностью сухого грунта р^ =1,88 г/см3 испытанных по консолидиро-

т-

6Г, g? .

б^ч-<5? '

12, i,CU

л

0 0.028.840.060.08 0.1 0.120.140.16 6t

piic. i. Аналоговые записи осевых вапряяений и диаграммы сжатия ори первом ишуль* се нагружегшц I0- w*» = 0,486 да/cir и V» = 25 2 -wп »0,486 дж/оы

... тт*-. дюводоааеиэааыв аугдшки;

1

0.9 0.6 0.? 0.6 0;5 0.4 0.3 0.2 •0.1 0

10

1 .-г г к ■ > /* Z

*

■!........ с 1 ИьТ икс я.

1 ... 1 ... 1... 1.... 1 ... 1 ... 1

м

I

12; l,e-io

-s

Рис. 2. Изменения коэффициент бокового давления во время ишульсного нагружения: Г - неводонасышен-ный суглинок; 2 - водонасышен-пнй суглинок

. - 13 -

войно-дренировашой и консолядлровашю-нэдронпроватюй схемам следует, что угол внутреннего трешя уменьшается на 2° при недре-ззфованной схема испытания, а значение сцепления почти не измо-1шэтся.

Б процессе девлаторного пагруаенпя в опытах проводимых по Кйнсолидированно-дронировагаюй схеме для суглинка всех состояний установлено, что с началом действия девиатора происходит увеличэ-:г.э объемной деформации, т.е. доуплотпение грунта. При приближении к пр-эдельпому но прочности состоянию начинается разуплотнение, "го приводит в той зли иной мере к изменению начальной плотности грунта, что обусловливает изменение его прочности.

В опытах с водонаснщенным суглинком по консолидированно-не-дренпровянной схеме при девиаторном нагружешш вначале погружения объемная деформация не изменяется, а в последующем, с приближением к предельному по прочности состоянию, происходит разуплотнение. Анализ результатов нэдренированных испытаний водонасыпешшх суглинков показывает, что увеличение девлэтора напряжений может идти ¡только лишь до некоторых значений, в дальнейшем наблюдается снижение девиатора за счет развития порового давления.

Из анализа влияния плотности, водонасыщешости л условий дрэ-шрования на прочность и деформируемость при статических нагружа-:шях установлено:

- параметры прочности суглинка увеличиваются с ростом начальной плотности сложения и уменьшаются с увеличением влажности;

- параметры прочности водонасышэнного грунта, определенные з уоловиях закрытой системы, меньпз чем в опытах с открытой сис-?еМой, в связи с возможностью доуплотненпя грунта испытываемого з условиях открытой системы.

Анализ результатов приведенных экспериментальных исследова-йлЙ по изучению закономерностей упруго-пластического деформирований моренного суглинка различного водонасыщения при импульсных воздействиях показывают,- что для оценки данных характеристик необходимо, учитывать влияние начальной плотности сложения, водонаоыщен-ности, условия проведения опыта, а также значения параметров импульса воздействия.

По данным испытаний видно, что с увеличением влажности грунта а скорости приложения воздействия заметно уменьшается значение оотаточной деформации, в то время значительно увеличиваются главные напряжения б* п 6з , а время нарастания до максимума умень-

шается. Проведение экспериментов по импульсному деформированию исследуемых грунтов с различными удельными энергиями воздействия показывает, что величина удельной энергии (в приведенных диапазонах) не столь значительно влияет на приращение плотности как общее время воздействия и скорость приложения нагрузки. Данные положения иллюстрируются в работе результатами экспериментов, проведенных на установке одомера динамического нагружения (ОДН) и приборе стандартного уплотнения ДорНШ. . Иоследовалось изменение коэффициента бокового давления у = Gs / OV в процессе испульсного воздейотвия для грунтов различной степени водонасыщения в условиях компрессии. Установлено, что характер изменения коэффициента бокового давления Y в уоловпяг' ишульоного нагружения в целом аналогичен характеру ого изменения при квазиотатическоц приложении нагрузки. С увеличением отепени водонаоыщёния 5а грунта стабилизированное значение у в рас-ыотренноы диапазоне времений увеличивается и достигает значений 0,90...0,92, что свидетельствует о приближении грунта по своим свойствам к сжимаемой жидкости.

Получены зависимости времени нараотания напряжения 6" п до-формаций £х от изменения высоты образца при одиночном и двухкратном приложении импульса воздействия.

Из анализа деформационных свойств суглинков двух стелопей водонаоыщёния при различных сочетаниях параметров ишульса воздействия установлено что:

- главные напряжения значительно возрастают при второй ишуль-ое нагружения относительно к первому, а время их дейотвия уменьшатся;

- о' увеличением отепени водонаоыщеннооти грунта главные напряжения возрастают в 2...3 раза, а время действия ишульсов ооог-ветотвенно уменьшается;

- при повторном нагружении приращение пластической чаоти деформации уменьшается, а величина ее упругой составляющей остаетоя почти неизменной; '

- в водонасыщенных грунтах наблюдается эффект запаздывания развития деформаций и порового давления по отношению к нарастанию действующих тотальных напряжений, значение порового давления стабилизируется практически одновременно с деформацией.

Анализы результатов исследований суглинков с различной степенью водонасыщения при заданных сочетаниях одиночного й двухкрат-

ного импульса воздействия (в сложном статическом напряженном состоянии) по консолидлрованно-дренпрованной и консолпдированно-недренированной схемам (при разной степени приближения к предельному значению Л- бл] б С ) схематично представлены на рис. I в виде зависит,гостей б^ ■= ©6 (а) ; £„ С<3) " ££. = вс (6?) .

Как отмечалось выше, эксперименты с неводонасвденными суглинками проводились (по консолиднровашо-дрэшфованной схеме) с приложением одиночных и двухкратных импульсных воздействий при значениях параметра. Л - <эс* = 0,8 (рис.3 а,б). Образцы разрушались после ш.тульского нагружения ступенчатым увеличением статической дешаторной нагрузки.

Установлено, что прочность неводонасщенкого грунта значительно увеличивается при действии импульса за счет увеличе1шя плотности грунта, это зависит от продолжительности действия импульса в то время, как удельные энергии импульса оказывают на уплотнение небольшое влияние.

Опыты с водонасыщенньм суглинком проводились по консолидировашю-дренпрованной и консолпдировашю-недренпровашюй схемам. Игл-пульсше воздействия прикладывались на начальной стадии девпатор- ■ ного статического нагружешш при значении Л - ¿й'/бг* 0,2 (рис. 3 в) и на стадии близкой к предельному по прочности состоя-шп грунта при значении Л = <5?/<3/* =0,8 (рис.3 г). По результатам опцтов по недренпровашой схеме при Л. = <5<.'/ <51* =0,8 разрушение развивалось плавно после прило;гения импульсного воздойст-впя. При этом наблюдался кратковременный выход за предельную (статическую) поверхность <5* (в) (рис.3 г). При снижении давлений в импульсе воздействие значения порового давления остается еще достаточно высоким, за счет этого эффективные напряжения резко падают, чтр приводит к началу разрушения образца. При этом дальнейшее уменьшение значений порового давления до стабилизированных уже не может остановить процесс начавшегося разрушения.

Анализ экспериментов с водонасыщенными грунтами по консоли-дированно-дренированной схеме после прохождения импульса воздействия показывает, что прочность увеличивается за счет увеличения плотности грунта вне зависимости от приближения к предельному по прочности состоянию и условий статического напрятанного состояния, что выражается в увеличении значения сцепления при сохранении угла

&,ППа

6,Ша

' Рис. 3. Схем* "паспортов" суглинков различной степени водонаснщения при импульсной нагрухенни

внутреннего трепля. Прочность водонасшенного суглинка (по консо-ллдированно-нвдренированной схема нагружекия) после прохождения импульса воздействия уменьшается за счет разрыхления при приближении к предельному по прочности состоянию, что обуславливается снижением угла внутреннего тренпя, при сохранении значения сцепления.

Установлено, что прочностные показатели увеличиваются после прохождения импульса воздействия в зависимости от времени воздействия Т» . Это свидетельствует, что грунт деформируется в зависимости от продолжительности воздействия.

Результаты выполненных экспериментальных исследований показывают, что на возникновение и развитие объемных и сдвиговых пластических деформаций существенное влияние оказывает степень водонасы-щения, параметры импульса воздействия и степень приближения к предельному по прочности состоянию.

Анализ порового давления, возникающего в момент разрушения образца при статическом и импульсном нагружениях, показывает, что разрушение водонасыщенных суглинков в условиях закрытой системы наступает тогда, когда эффективные напряжения удовлетворяют условию прочности, а поровое давление приближается к минимальному-главному тотальному напряжению.

После прохождения импульса воздействия значения порового давления стабилизируются сохранением некоторых остаточных значений до импульса воздействия.

Дальнейшее увеличение статического девиатора приводит к уменьшению этих значений, при этом происходит разрушение образца. В опытах Л. = = 0,8 значение коэффициента порового дав-

ления £> , во время импульса воздействия достигает до = 0,75. При снижении давления импульса Р" остается еще достаточно высоким. За счет этого эффективные напряжения резко падают, что приводит к началу разрушения образца. При этом дальнейшее уменьшение значений порового давления уже не может остановить начавшееся разрушение .

Анализ показывает, что значение порового давления существенно влияет на сопротивление сдвигу водонасшиенного грунта. Увеличение значений порового давления грунта уменьшает величину среднего эффективного напряжения, тем самым снижая его способность

сопротивляться сдвигающим нагрузкам. Характерны.! является то, что с началом приложения импульсного нагруяения повышение порового давления происходит с некоторым опозданием действующего напряжения импульса воздействия. Пиковое значение порового давления достигает своего максимума на участке спада напряжений импульса воздействия.

Анализ развития порового давления водонасыщенных суглинков в недренированных условиях приводит к следующим выводам:

• - существенным фактором, влияющим на прочность, является явление запаздывания развития порового давления по отношению к действующей импульсной нагрузке;

- при импульсном нагрунении характер развития динамического порового давления в водонасыщенных связных грунтах, в целом, аналогичен характеру развития порового давления при статических воздействиях, но резкое нарастание значений порового давления во время импульсного воздействия приводит к возникновению дополнительной пластической деформации сдвига, при этом значение порового давления после воздействия уменьшается до стабилизированного значения Рост , которое с нарастанием статического девиатора тлеет тенденцию к уменьшению.

Практическое значение работы заключается в том, что предложенная методика испытаний грунтов позволяет определить влияние импульса нагрузок на прочность и деформируемость грунтов с учетом различных факторов: начальной плотности, степени водонасыщения, начального статичеокого напряженного состояния и параметров импульса воздействия.

В чаотности, данная методика может применяться для оценки параметров обработки поверхности грунта-механизмами для получения требуемых значений прочноотных и деформационных характеристик грунта или изменения их в заданном направлении, позволяет оценивать результаты известного воздействия на грунтовый массив.

По результатам разработанной методики и исследований была сделана рекомендация эффективности применения метода интенсивного ударного уплотнения моренных суглинков выемок дна верхнего бассейна Кайшадорской ГАЭС высокими слоями и назначены параметры уплотнения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

По результатам выполненных исследований ношю сделать следующие основные выводы:

1. Установлено:

- при импульсном воздействии на грунт со скоростями деформации 6 = 30...40 I/o боковые деформации не успевают развиваться. В связи с этим при импульсном нагрунении неводопасшошшх морения пуглншсов (при = 0,67) в условиях слояного напряженного состояния траектория нагругсешш соответствует траектории компрессионного сжатия и разрушение образца во время нагруг-ения но происходят;

- величина пластических (остаточных) деформаций в наибольшей степени зависит от продолжительности действия импульса;

- при импульсном нагруяегаш, в суглинках развивается дополнительная пластическая (остаточная) объемная и сдвиговая деформация нелинейно возрастания с увеличением продолжительности воздействия п степени приближения статического напряженного состогашя к предельному, а с увсличошюм гидростатического обяатпя ее значение уменьшается;

- в ходе повторного импульса нагругания приращение пластической части деформации уменьшается, а величина ее упругой составляющей остается почти неизмешюй;

- наблюдается эффект запаздывания развития деформаций п поро-вого давления по отношению к нарастанию действующих тотальных на-пряяений, значение порового давления стабилизируется практически . одновременно со стабилизацией деформаций.

2. Прочность нэводонасшзепного суглинка после приложения импульса воздействия увеличивается: степень увеличения зависит от продолжительности действия импульсной нагрузки.

3. В процессе импульсного воздействия на водонасыиенных моренных суглинках (при Sz = 0,80) возникает поровое давление, которое приводит к уменьшению эффективных напряжений, при этом образец грунта монет быть разрушен. Последнее зависит от степени приближения статического напряженного состояния к предельному по прочности. Статическая прочность водонаеншешого суглинка после

приложения импульса воздействия зависит от условий проведения опытов (консолидированно-дренированная и консолидарованно-недрениро-ванная схемы).

4. Существенным фактором, влияющим на прочность водонасыщен-ных грунтов, является запаздивашт порового давления по отношению к действующим импульсным нагрузкам. За счет этого, эффективные напряжения резко падают, что приводит к началу разрушения образца. При этом дальнейшее уменьшение значений порового давления до стабилизированных уке не может остановить процесс начавшегося разрушения.

5. Развитие порового давления в иедренированных испытаниях во-донасыщенных суглинков при статических и импульсных воздействиях соответствует проявлениям дилатаптных закономерностей деформирования этих грунтов и существенно зависит от гидростатического обжатия и параметров импульса воздействия.

6. При импульсном нагружении характер развития динамического порового давления в водонасыщенных связных грунтах, в целом аналогичен характеру развития порового давления прп статических воздействиях, но резкое нарастание порового давления во время импульсного воздействия приводит к возникновению дополнительной пластичео-кой деформации сдвига.

7. Разработанная методика испытаний грунтов позволяет определить влияние параметров импульсного нагружения на прочность и деформируемость грунтов с учетом различных факторов: начальной плотности, степени водонасыщения и начального статического напряженного состояния.

Основные результаты, положения и выводы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Солощанский Д.И., Иноятов У.И. Установка для исследований динамических свойств грунтов прп импульсных нагрузках // Тезисы докл.регион.науч.-методич.конференции. - филиал КазПТН, Каратау, 1991. - С. 164.

2. Иноятов У.И. Определение прочностных и деформационных характеристик грунтов при импульсных воздействиях // Тезисы докл. ХУШ Всес.молодежи.науч.-техн.конф. В/О "Гидропроект". -Канев,1991.

3. Иноятов У.М. Прочность и деформируемость- суглинков при импульсных воздействиях // Тезисы докл.научн.-техн.конф., посвященной 50-летию АН Республики Узбекистан (Посольство Узбекистана в России, Москва, 1992). -

Подписано в печать 22.01.93 Формат 60x841/16 Печать офс.-

И-9 Объем I уч.-изд.л. Т.100 Заказ Бесплатно

Типография МИСИ им.В.В.Куйбышепя