Взаимодействия подземных сооружений с грунтом при воздействии нестационарных упругих и неупругих волн тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

ЙИ- 0 6 82

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

СУЛТАНОВ Карим

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ГРУНТОМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ УПРУГИХ И НЕУПРУГИХ ВОЛН

01.02.04 — Механика деформируемого твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОСКВА — 1992 г.

Работа выполнена в Институте механики и сейсмостойкости сооружений им. М. Т. Уразбаева АН Республики Узбекистан.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор В. Н. КУКУДЖАНОВ

доктор физико-математических наук, профессор Л. В. НИКИТИН

доктор технических наук, профессор И. Г. ФИЛИППОВ

Ведущая организация: Московский авиационный институт.

па заседании специализированного совета Д.053.05.03 в Московском Государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, Механико-математический факультет, ауд. 16—10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке механико-математического факультета МГУ.

Защита диссертации состоится

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д.053.05.03 в МГУ, доцент

В. А. МОЛЬКОВ

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■юсерггцим |

Актуальность исследований взаимодействия конструкций со средой при воздействие ударно-волновых нагрузок определяется наличием большого количество областей техники, строительства, в которых воспитают рассмотренные в диссертации задачи. При этом необходима теоретическая оценка или прогнозирование прочностных характеристик конструкции при воздействии динамических нагрузок. Точность теоретического определения прочностных характеристик конструкций, взаимодействующих со средой, существенно зависит от достоверности законов кх взаимодействия со средой, уравнений состояния ¡материала конструкции и среди при динамических нагружени-ях. Наибольший интерес при этом вызывают задачи взаимодействия подземных сооружена с грунтом при воздействии нестационарных волн.

Целью работы являются:

1. Экспериментальное определение закономерности взаимодействия конструкций с фунтом при статических и динамических нагруяга-ниях и разработка на основе результатов опытов математических моделей взаимодействия твердых тел с грунтом, учитывающих факторы, выявленные з экспериментах.

2. Экспершентальное исследование поведения грунтов при динамических нагруяеикях и определение применимости конкретных уравнений состояния грунтов и горных пород к задачам взаимодействия упругих и неупругих волн с подземными конструкциями. '

• 3. Теоретическое исследование волновых процессов в грунтах и горных породах, а также в системе подземная конструкция-грунтовая среда с применением разработанных законов взаимодействия твердых тел с фунтом, и определенна влияния осповополагэщкк законов на параметры волн в этих средах и системах.

Научная новизна.

1. Экспериментальными исследованиями выявлены зависимости касательных напряжений иг поверхности контакта конструкция-грунт от скорости взаимодействия, нормального давления, аороховатосда поверхности, степени иарутсенности первоначальной структуры грунта. Установлено палдчие пограничного пршеонтактпого слоя фунта, поведение которого существенно отличается от поведения основного" массива фунтовой среды.

Экспериментально установлено существование критической

величины относительного перемещения, при превшэнш которого касательные напряжения на поверхности сооружение-грунт не зависят от величины этого перемещения.

3. Построены математические модели сдвигового взаимодействия грунт-поверхность, учитывающие выявленные б экспериментах факторы. Определены значения параметров определяющих уравнений этих моделей для ряда грунтов.

4. Сопоставлением результатов экспериментов с теоретическими расчетами показано, что учет вязких свойств грунта в соответствии с вязкопластической моделью Г.М.Ляхова приводит к более точному описанию волновых процессов в грунтах по сравнению с моделью упруго-пластической среды.

5. Теоретическими исследованиями показана применимость разработанных законов сдвигового взаимодействия при решении задач о взаимодействии конструкций со средой.

6. Теоретическими исследованиями показан механизм перераспределения энергии-при распространении волн в многослойных стержнях с отличающимися механическими свойствами слоев.

7. Получено решение ряда задач, представляющих теоретический и прикладной интерес, - о взаимодействии стержневых конструкций и плоских преград со средой с учетом диссипативных свойств как материала конструкции, так и среды при воздействии нестационарных волн.

Достоверность полученных результатов обоснована сопоставлением полученных в работе решений с экспериментальными данными и имеющимися аналитическими точными решениями других авторов,а также тщательной проверкой методики проведения опытов на различных установках, сопоставлением результатов экспериментов по различной методике на разных установках и корректностью постановки экспериментальных и теоретических задач с применением для решения последних апробированных широко' известных численных методов.

На защиту выносятся;

1. Закономерности сдвигового взаимодействия конструкции с грунтом, определенные в экспериментах при статических л динамических нагружениях в зависимости от нормального к внешней поверхности подземного сооружения давления, шероховатости внешней контактирующей с грунтом поверхности подземной конструкции, скорости сдвигового взаимодействия и степени разрушенности структурных связей между частицами грунта и сооружения.

2. Математические модели взаимодействия твердых тел с грунтом, разработанные на основе результатов экспериментальных исследований и учитывающие основные факторы, наблюдаемые в опытах.

3.Результаты экспериментальных исследований распространения взрывных волн в грунтах, проведенные в целях определения закономерности динамического деформирования грунтов и обоснования .математической модели грунтов, применяемой в теоретических ИССЛеДОВаниях.

i. Результаты теоретических исследований распространения волн в грунтах, как в вязкоупругих и вязкопластаческих средах, а также с учетом переменных вязких свойств среды.

5. Результаты теоретических исследований о взаимодействии подземных стержневых конструкций и плоских преград с грунтом при воздействии упругих и неупругих нестационарных волн.

Практическое значение. Разработанные математические модели сдвигового взаимодействия твердых тел с грунтом могут служить основой расчетов в задачах прогнозирования прочностных характеристик подземных конструкций при воздействии упругих и неупругих волн. Результата теоретических исследований параметров волн в грунтах и взаимодействующих с грунтом подземных стержневых конструкциях и плоских преградах могут найти применение в задачах сейсмологии и сейсмо- и взрывостойкости подземных сооружений, а также'в задачах машиностроения, таких как динамика упругих и вязкоупругих стержневых систем.

Работа является составной частью исследований, проведенных'в Институте механики и сейсмостойкости сооружений нм.М.Т.Уразбаева АН РУз.в рамках общесоюзной комплексной программы 0.74.03 "Разработать и внедрить в практику народного хозяйства методы оценки опасности и комплекса мероприятий для уменьшения ущерба от землетрясений, цунами и вулканических извержений" и в рамках кланов общесоюзных и республиканских научных исследований, по естественным наукам по проблеме "Сейсмодинамика сооружений, взаимодействующих с грунтом" в 1980т1993 годах.

Апробация работь. Результаты работа докладывались на IV, 7, 71, VII Всесоюзных конференциях по динамике оснований, фундаментов и подземных сооружений (1977, 1981, 1985, 1989); Всесоюзном семинаре по использованию взрыва при разработке нескалькых грунтов (Кйев, 1978); Международной конференции по трению, износу и смазочным материала» (Ташкент, 1985); VI, VII Всесоюзных съездах

по теоретической и прикладной механике (1986, 1991); VIII Всесоюзном симпозиуме по распространению упругих и упругопластяческих вола (РоьосиОйрск, 1986); II школе-семинаре социалистических стран по з^гчислительной механике и автоматизации проектирования (Тудкент, 1958); Республиканской конференции, посвященной памяти академика АН РУз Х.А.Рахматулина (Ташкент, 1989); Республиканском семинаре по прочности и формоизменению элементов конструкций при воздействии динамических и физико-механических пол»Л (Ki;eü/i920); на семинарах: по механике грунтов и природных процессов под руководством член-корр.РАН О.С.Григоряна в 1Ш Механик. МГУ <1SCS, 1992); пс математическому моделированию процессов в деформируемые средах под руководством проф. В.Н.Кукуджансва в Институте проблем механики РАН (1988); кафедрн газовой и волновод динамика МГУ (.1992) и неоднократно на семинаре отдела сейсмодинамики Института механики к сейсмостойкости сооружений АН РУг.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены з [ 1 -у; ].

Структура и oCbe;.i работы. Диссертация состоит кз введения, пяти разделов и заключения» занимающих 259 страниц машаюпнепого текста, списка использованной литературы, содержащего 434 работи, 209 страниц графиков и иллюстраций, 16 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность свои,' научай» консультантам член-корреспонденту РАН С.С.Григоряну и профессору Л.С.Бв-тереву за консультации и помощьоказанные при выполнении работы.

Автор также приносит искреннюю благодарность .академику. АН РУз Т.Р.Ракидову за постоянное внимание к работе.

Автор вспоминает с'особой'благодарностью светлую память докг тора технических наук, профессора Г.М.Ляхова за привлечение внимания к донному научному направлению и за веоцопшно консультащш.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведены обоснование шЗора Есяраняет.шг. исследований, обяая постановка проблемы -л вигвхогдка neo задачи, а tskkg краткий обзор литературы, посведснныИ анализу роо'от по текстике диссертационной работа.

Из общей постановки задачи проблемы прогнозирования прочностных характеристик подземных конструкций теоретическими методами видно, что определяющую'роль здесь играют законы динамического

деформирования материала подземных конструкций, грунтов и горных пород, а также законы взаимодействия конструкции со средой -грунтом.

Закономерности сдвигового взаимодействия конструкций с грунтом экспериментально изучались в работах Р.И.Дронова.Д.Д.Баркана, Б.В.Бахолдина, Я.Н.Мубаракова, Т.Р.Рашидова, Л.Р.Ставницера, Г.Х.Хожметова и других авторов. На основе экспериментальных исследований в работах Д.Д.Баркана, Т.Р.Равддова предложены законы сдвигового взаимодействия Винклеровского типа, которые применялись при решении ряда задач, имеющих практическое значение в области сейсмостойкости подземных сооружений.

Анализ последствий Ташкентского (1966), Газлийского (1984) и других землетрясений показывает, что при сильных сейсмических воздействиях возможны срывы и случаи проскальзывания подземного сооружения относительно грунта. В этих случаях на поверхности контакта сооружение-грунт, а также в случаях воздействия сильных взрывных волн на систему конструкция-среда законы Винклеровского типа выполняются лишь в начальной стадии процесса взаимодействия. Это обстоятельство требует экспериментального исследования процесса сдвигового взаимодействия конструкций с грунтом при стати-чеекда и динамических нагружениях и уточнения существующих или разработки новых законов взаимодействия.

Закономерности динамического деформирования грунюв и горных пород экспериментально исследовались в работах Н.А.Алексеева, С.С.Григоряна, И.Н.Зверева, Н.Д.Красникова, Ю.В.Кулшшча, Г.М.Ляхова, З.В.Нарожной, Х.А.Рахматулша, Г.В.Рыкова, Л.Р.Ставницера и др.авторов. На основе результатов экспериментальных исследований в работах С.С.Григоряна, Л.С.Евтерева, Б.В.Замышляевз, Г.М.Ляхова, В.Н.Николаевского, Х.А.Рахматулша, Г.В.Рыкова и других авторов построены различные» модели, учитывающие упругие, пластические, далатансионные и вязкие свойства грунтов и горных пород.

Законы деформирования материала конструкций, как твердых деформируемых тел с учетом упругих, пластических, вязких и других свойств, разработаны в фундаментальных работах Н.Х.Арут: пяна, А.М.Жукова, А.А.Ильюшина, А.Ю.Кшлинского, В.Д.Клшникова, Li.ti.Ky-куджанова, В.С.Ленского, Л.Малверна, Р.Мизеоа, В.В.Моеквитина, А.Налай, Р.И.Нигматулина, В.К.Нобзцкого, П.Пежина, Е.Е.Победри, Ю.Н.Гзботнова, Л.И.Седова,- В.В.Соколовского, С.А.Христиаиовича, Б.И.Шемякина, С.А.Шастериковя и др. С использованием этих законов решены миоnie зад.ччи о стационарном и нестационарном взаимодейст •■

вии упругих и неупругих волн с конструкциями в работах Л.А.Алексеевой, Э.И.Григолшз, А.Г.Горшкова, А.Н.Гузя, Н.В.Зволинского, , М.Ш.Исрашква, И.А.Кийко, А.Н.Ковшова, П.Ф.Короткова, В.Н.Кукуд-жанова, Б.М.Мардонова, Г.И.Петрашевя, В.Б.Г.оручикова, И.В„Симонова, Л.И.Слепяна, И.Г.Фшшппова, Л.М.Флитмана и других. Однако в этих иссле,г. ваниях на поверхности контакта конструкции со средой приняты классические условия взаимодействия (условия прилипания или проскальзывания без трения).

Решение задач с неклассическими условиями взаимодействия на поверхности контакта конструкция-среда проведены в работах М.Ш.Исраилова, А.В.КоЙбина, П.Ф.Короткова, Б.М.Мардонова,И.М.Мир-заева, Л.В.Никитина, Т.Р.Рашидова, ¿.С.Сахаровой, Г.В.Тарханова, А.Н.Филиппова и других» В этих работах на границе контакта конструкция-среда выполняется закон сухого трения Кулона или условие Винклеровского типа.

Применение более сложных законов взаимодействия на поверхности контакта конструкция-среда приводит к тому, что становится невозможным в настоящее время получение аналитических решений рассматриваемых задач. В этих случаях необходимо применение численных методов для получения решения теоретических задач. Численные методы решения краевых задач развивались в работах Н.С.Бахва-лова, С.К.Годунова, В.Н.Кукуджанова, К.Мортона, Б.Е.Победри, Р.Рихтмайера, Б.А.Роздествекского, А.А.Самарского, Н.Хоскине и др.

Далее во введении изложено краткое содержание разделов диссертационной работы.

В первом разделе приведены результаты зскперименталышх исследований по сдвиговому взаимодействию подземных стержневых конструкций (труб) и фрагментов крупномасштабных сооружений с грунтом при статических и динамических нагруж^ниях.

Экспериментальные исследования но сдвиговому взаимодействию подземных т^уО с грунтом проводились в специально отрытой траншее в грунтовом массиве. В траншею был перегоронен железобетонными плотами участок длиной 3,36 л. В опытах использованы стальные труби с внешним диаметром 0,2; О,15 и 0,1 м. В сечениях трубы о шагом 0,5 л устанавливались датчики для измерения смещения трубы относительно грунта. Труба гори: нтально укладывается на глубже 1,2 я и засыпается грунтом нарушенной структуры высотой // с послойной трамбовкой. Труба с помощью продольного усилия выдергивается из грунта о постоянной скорость». Значение продольного уси-

лия измерялось с помощью специального датчика. Показания датчиков относительного смещения и продольного усилия записывались в осциллограф.

Опыты проводились с лессовыми грунтами, которые имели плотность 1500-1600 кг/л3 и влажность 8-11 %.

Повторяемость одинаковых опытов с каждой трубой при одной и той же глубине заложения трехкратная. В опытах труба не деформировалась.

По записям продольных усилий определялись значения касательных напряжений на поверхности контакта трубы с грунтом. За смещение трубы относительно грунта принято среднее значение показаний датчиков относительных смещений для каждого момента времени.

Типичные зависимости касательных напряжений а от относительных смещений ц приведены на рис.1. Кривые 1-4 относятся к глубинам заложения Я, равным 0,3; 0,6; 0,9 и 1,2 м соответственно, трубы с внешним диаметром 0,15 .*. Характерным для зависимости 1(и) является близкая к линейной зависимость между касательным напряжением и относительным смещением в начале процесса взаимодействия. Дальнейший рост относительных смещений приводит к скольжению трубы относительно грунта, и значение касательного напряжения остается при этом постоянным. Скольжение трубы начинается после достижения относительным смещением значения и=и#.

При прекращении действия продольного усилия уменьшение касательного напряжения или возвратное движение трубы относительно грунта при различных значениях относительного смещения происходит по-разному. На рис.2 приведены зависимости 1(и) при прекращении действия продольного усилия в разные моменты процесса взаимодействия трубы с грунтом. Кривые 1,2 на рис.2 относятся к опытам с трубой с внешним диаметром 0,15 л*. при П~0,3 м и они отличаются различными значениями скорости выдергивания трубы из грунта. В зависимостях ни) на участках ОА и 08 (рис.2) процесс взаимодействия обратим, однако ото происходит при очень незначительных значениях относительного смещения. Далее за участками ОА и ОВ процесс взаимодействия является необратишм.

Зависимости %(и), полученные в опытах с трубами различных внешних диаметров и длины участка трения с грунтом при различных глубинах их заложения, качественно аналогичны зависимостям 1(и), приведенным на рис.1,2. Количественно они отличаются. Результаты опытов по выдергиванию го грунте вертикально расположенных труб разных диаметров показали, что на зависимости 1 (и) н<э влияет зка-

Зависимости касательных напряжений от относительных смещений

Рис. I

чение внешних диаметров, труб. Стальные трубы, использованные в этих опытах, имели практически одинаковые шероховатости внешней поверхности.

Эксперименты по взаимодействию подземных труб с грунтом при воздействии динамических- нагрузок проводились з натурных условиях. Для проведения, опыгое в грунтовом массиве была отрыта траншея, Кг дне траншеи в горизонтальном положении была улокена . ас-бестсцементная труба с заглушениями концами длиной 3,9 м, внешним диаметром 0,32 л>., внутренним диаметром 0,28 л. Общая масса .трубы со всемрт измерительными датчиками -равнялась 270 кг. Грунт лессовый мелкозернистый, нарушенной структуры, плотностью р =1620-1760 кг/м3 г, влажность» я=18-21

■На трех сечениях труби (на расстояниях 0,275 л от концов и на середине,* были установлены датчики для измерения относительного смещения, датчики для измерения бснового давления грунтз на трубу и давления в грунте около трубы в осевом направлении, а также датчики для измерения даьл^ния на переднем и заднем торцах трубы. Устанавливались также датчики давления для измерения продольных п боковых напряжений б грунте перед трубой.

Для определения де<Еормаиии трубы в осевом и трансворсальном направлениях в тех .¡се. сечениях были применены тензорезисторы сопротивления. Ускорения труби и грунта измерялись сейсмопркемниками ОСП-2М,. которые были установлены внутри трубы и в грунте. Для измерения скорости трубы устанавливался дифференциальный датчик скорости. Записи сигналов, поступающих от датчиков, осуществлялись через осциллограф. Трубу вместе со всеми датчиками закапывали в грунт.

Нагрузка на труб;, создавалась взрывом зарядов взрывчатых веществ, заложенных в цилиндрических шурфах диаметром 0,1 л на разных сечениях грунтового массива, перпендикулярных к оси трубы. Количество шугф'Н определялось, исходя из общего веса взрывчатых веществ. Взрывчатое вещество в шурфах устанавливалось так, чтобы основная анергия взрывных волн на трубу приходилась в осевом направлении. Варьируя расстоянием от сечения грунта, где устанавливалось взрывчатое вещество, до переднего торца трубы и весом взр;~' -¡атого вещества, создавали динамические нагрузки на трубу.е различным временем действия и интенсивностью. Кроме згого прово-дились опыты при воздействии на трубу боковых динамических нагрузок, которые создавались на сучениях грунтового лассийч, пмргл-лэльных к оси трубы.

Опыты по продольному взаимодействию трусы с грунтом проводились при весе заряда 0=4200, ?5?0, 1520, 840 и 2100 К на расстояниях П-50, 45, 40, 10 V 5 л соответственно.

Полученные записи ускорения, скорости и относительного смещения трубы, а также изменение напряжения на торцах позволяют построить изменения касательного напряжения от относительного смещения на поверхности контакта труба-грунт. При этом на оснований показаний датчиков деформаций труба считается недеформируемой.

На рис.3 приведена зависимость %(и), полученная при воздействии продольной взрывной волны,созданной весом взрывчатых веществ 2100 Н, на расстоянии от переднего торца трубы 5 л. Существенная нелинейность зависимости 1(и) при динамической нагрузке связана л влиянием бокового (нормального; давления на трубу при прохождении плоской взрывной волны в грунте. Значение коэффициента бокового давления, соответствующего максимальным значениям продольных и Соковых напряжений в грунте и около трубы, равнялось 0,5 - 0,6.

Зависимости ч(и), полученные в других опытах, же ют аналогичный ка рис.3 вид.

При воздействии боковых динамических (взрывных) нагрузок труба может получить изгийше деформации, вследствии чего происходит смещение трубы относительно грунта. Относительные смещения трубы могут происходить также из-за несимметричности нагрузки по отношению к трубе.

Зависимости 1(и), полученные при воздействии поперечных взрывных.нагрузок, показывают существенное влияние на эта зависимости значения нормального к внешней поверхности трубы давления даже при незначительных .изменениях относительных смещений.

Результаты экспериментальных исследований по взаимодействию подземных труб с грунтом при статических и динамических нагруке-ниях показали, что для глубокого изучения процесса взаимодействия необходимы более точные методы исследования. Это особенно остро ощущалось при проведении опытов по взаимодействию подземной трубы с грунтом при воздействии динамических нагрузок. Дело' в том, что в опытах непосредственное измерение значений касательного напряжения пока не удается. Значение касательного напряжения определяется косвенно, то есть на основе расчетов с использованием показаний других датчиков. Это обстоятельство требует точного знания силовых факторов, воздействующих на подземное сооружение. Чем сложнее постановка эксперимента и крупнее подземная конструкция,

тем больше факторов, влияющих ка изменение зпачепий касательного напряжения на поверхности контакта сооружениб-гру;/г. Особенно для крупногабаритных подземных конструкций определение закономерности их взаимодействия с грунтом при воздействии динаничесюих нагрузок' является существенно проблематичной экспериментальной задачей. Отсюда следует, что для получения в опытах болзе достоверных закономерностей взаимодействия подземяых конструкций с грунтом необходим поиск другого пути решения этого вопроса.

На основе локальных сеойств процесса ззакмодействля конструкций с грунтом разработана методака -экспериментального определения закономерностей подземнш: сооружений с грунтом. Согласно этой методике для определения закономерностей сдвигового взаимодействия конструкций о грунтом используются стандартные срезные приборы, предназначенные для определения сопротивлений грунтов на сдвиг. В этом случае используются фрагменты внешних поверхностей крупномасштабных подземнш: сооружений взаимодействующих, с грунтом. При этом появляется возможность проведения серийных опытов в лабораторных условиях варьированием значений параметров, влияние на процесс взаимодействия фрагментов конструкций с грунтом. Измерения сдвиг-агаего усилия, нормального к поверхности контакта фрагмент-грунт вертикального давления и смещения фрагмента относительно грунта проводились специальными датчиками, и их показания записывались с помощью осщймографа. Значение нормального давления измерялось как над образцом грунта, где оно прикладывалось, так и непосредственно на поверхности контакта фрагмент-грунт.

Фрагменты поверхности конструкций изготавливались в виде цилиндрических дисков из бетона, чугуна, асбестоцемента и стали. Опыта проводились в основном при двух видах шероховатости поверхности фрагментов: грубая, при высоте волнообразных периодических выступов 0,002 л, и гладкая, при высоте выступа 0,0002 л, и в случаях, когда структурная связь между грунтом и фрагментом разрушена, и когда эта связь не разрушена. В первом случав в опытах используется грунт нарушенной структуры, а во втором случае между фрагментом и грунтом искуственно создается сцепление.

В опытах с использованием сдвиговых приборов производится сдвиг фрагмента с постоянной скоростью и=0,<ХШ>./л/сех,-, (квазшта-тический ре им, продолжительность опта - 40 - с<эв) > /И;.> «=0,03 5 ъ'сек, (динамический режим, продолжительность опыта ,- Оц^сеиН¡.

Опыты проводились с лессовыми грунтами, су^дазком.-и. песком-,.

а также с композициями из суглинка и песка. Плотность лессового грунта 1500-1750 кг/.«3, суглинка 1600-1700 нг/м3, песка 1650-1750 > кг/я? и их, влажность 8-10 %.

Проводились опита также по взаимодействию фрагментов с' лессовыми грунтами нарушенной структуры на установке КСУ-1 (крупногабаритная врезная установка) Института механики МГУ.

Зависимости 1(и), полученные, б опытах по .взаимодействию фрагментов с грунтами нарушенной структуры» качественно аналогична зависимостям, приведенным на рис.!. В этом случае на зависимости 1(и) изменение скорости взаимодействия не влияет.

Изменения касательного напряжения в. случае грунта ненарушенной структуры (структурная связь между частицами грунта -и фрагмента не нарушена) при значении нормального давления ои=0,?5 ИПа з квазистатическом и 'динамическом режимах взаимодействия приведены соответственно на'рис.4 и рис.5. На рис.4 кривые 1-3 относятся к результатам опытов с гладкими, 4,5 - с грубыми,' а на рис.5 кривые 1,2 - с гладкими, 3-6 - с грубыми поверхностями контакта Фрагментов с грунтом.

Характерным для зависимостей 1(и) в этом случае является проявление пикового значения касательного напряжения, наблюдаемое также при сдвиге самих образцов грунтов и горных пород.

Проявление пикового значения касательного напряжения при взаимодействии фрагментов с грузтом связано с процессом накопления пластических деформаций и разрушения структуры грунта. После достижения относительным- смещением значения и=ит структурные связи грунта с фрагментом полностью разрушаются,!! касательное напряжен;? при остается постоянным гам дальнейшем увеличении сме-' щония фрагмента относительно грунта. Как показывают результаты опытов по взаимодействию фрагментов с грунтами ' ненарушенной структуры, значение и¥ не меняется при различных скоростях взаимодействия. • •

При взаимодействии фрагментов с грунтами ненарушенной структуры в опытах обнаружено образование приграничного приконтактного слоя грунта. С увеличением и досгдяением относительного смещения значения и-и раорувался только контактный слой грунта. Грунт за контакт;™ с-лолм оставался неразрушенным. Г"лщина ■• контактного слоя грунта зависит от шероховатости поверхности фрагмента, скорости взаимодействия и нормального давления.

Увеличение ж-')х>х святости поверхности фрагмента приведет к увеличению пикового и продольного аг значений касательных пап-

Завпстосст касательного напряжения от относительного смещения црн ненарушенных структурах грунта

ряжений. В предельном случае при очень грубой иероховатссти поверхности фрагмента г и 1Г равняются значениям, полученным при сдвиге самих образцов грунта ненарушенной структуры. При повторных взаимодействиях фрагмента с грунтом, но уже разрушенной структуры, значение а не менязтся, а пиковая прочность не проявляется (кривая 2, рис.6). Кривые 1,2 на рис.6 получены при взаимодействии гладкого фрагмента с лессовым грунтом в квазистатическом режиме. Значение нормального давления здесь также равнялось 0,15 Ша. При повторных взаимодействиях зависимости '¿(и) (кривая 2, рис.6) аналогичны зависимостям, приведенные на рис.1.

Зависимости 1(1.1), полученные _в опытах при взаимодействии фрагмента с суглинком и леском» а такке их композициями, по срезу (сдвигу) самих образцов грунтов нарушенной и ненарушенной структуры качественно аналогичны зависимостям х(и), приведенным на рис.4-6, количественно они отличаются.

Во втором разделе приведены математические модели сдвигового взаимодействия конструкций с грунтом, разработанные на основе получвына результатов экспериментальных исследований. Приведены также результаты теоретических исследований по сдвиговому взаимодействию твердого тела с грунтом.

Анализ результатов.опытов, приведенных в первом разделе, показывает, что закономерности взаимодействия конструкций твердых тел с грунтами зависят в основном от следующих факторов:

1. Степени нарушенное™ структуры грунтов на поверхности контакта конструкция-грунт.

2. Значения нормального к поверхности контакта.грунт-поверхность давления.

3. Шероховатости Поверхности твердого тела, контактирующего с грунтом.

4. Скорости относительного смещения (сдвига) или скорости взаимодействия твердых тел с грунтом.

Результаты опытов показывает, что увеличение скорости взаимодействия приводит к увеличению значения %р и уменьшению ир. Изменение скорости взаимодействия в рассмотренных в опытах пределах по влияет на значепие т пи.

г л

Продельное значение касательного напряжения 1г и значение относительного смещения иг остаются одинаковыми для ненарушенных и нарушенных структур контактного слоя грунта. Степень разрушенности контактного слоя грунта или ого фракционность (грансоотав)

Зависимости касательных напряжений от относительных смещений

зависит от скорости ,сдыигового взаимодействия. При больших скоростях контактный слой грунта измельчается больше, чем при низких скоростях взаимодействия.

В общем случае закономерности взаимодействия подземных сооружений с грунтом в целом состоят из двух стадий: первая - где значения касательного напряжения зависят от значения относительного смещения; вторая - где такая зависимость отсутствует. Вторая стадия наступает после достижения относительным смещением значения

Возвратное движение подземного сооружения относительно грунта или условная "разгрузка" происходит по лшейноыу закону. В первой стадам взаимодействия наклон линии "разгрузки" зависит от структуры Грунта, т.е. с увеличением значения относительного смещения наклон зтой линии к оси и увеличивается. Во второй стадии взаимодействия при возвратном движении значение касательного напряжения мгновенно падает до нуля. Далее начитается новый цикл в зависимостях Ки). При повторном взаимодействии в стадии "разгрузки" изменение касательного напряжения происходит по этой линии "разгрузки". -В случае, когда нормальное напряжение а}{ 4 а* , происходит отрыв грунта от поверхности подземного сооружении и касательное нэпряжение мгновенно падазт до нуля. Здесь о* - предел прочности грунта на растяжение. В случае разрушенного контактного слоя грунта значение а* равно нулю., .

На основании вышеизложенного ясно, что в первой стадии процесса взаимодействия твердых тел с грунтом базовым уравнением должен служить закон Винклеровского типа, а во второй стадии взаимодействия - закон Кулона. В зависимости от базового уравнения в первой стадии взаимодействия разработанные матемамчоокие модели сдвигового взаимодействия поверхностей с грунтом названы моделями Винклеровского типа, типа Квльвина-Фойгхта и типа стан-дартно-линойного тела.

Модель сдвигового взаимодействия тверды?: тел ъ грунтом Винклеровского типа при о^>а* (при овФ*, а=0) определяется сле-дущимк соотношениями:

п^и

Л£/сИ > О,

при

<Зи/(11 > О,

О с и < а^ и > и.

- и :

С.) (2)

при ■„ ■

du/dt < О, 0 < ut - 1 = К*(оя,13) и. ; (3)

при

du/dt < 0, u > u^ - t = 0, (4)

где К^ГОд.Гд) - коэффициент взаимодействия; K^(alltT3) - коэффициент взаимодействия при возвратном движении сооружения относительно грунта; / - коэффициент трения, который.з общем случае является функцией скорости взаимодействия du/dt; О.

Изменение структуры грунта в уравнениях (1 V-(4) учитывается параметром I3=\u/ut], Параметр Ig определяет степень разрушенности структуры грунта в процессе взаимодействия. В случае Г3=0 грунт на контактном слое считается неразрушенным, а в случае Гв=1 - полностью разрушенным. В остальных случаях О < Ig <. 1.

На основе опытных дачных коэффициент взаимодействия описывается уравнением

При возвратном движении коэффициент взаимодействия изменяется по формуле

где К*. - секущий коэффициент взаимодействия при ац - коэф-

фициент, характеризующий диапазон изменения К . . ' При 1а=0.из (5) и (6) получим'

= KV^^J- <7>

* **х(оя)- Лв)

Согласно результатов опытов зависимость является ли-

нейной функцией и определяется соотношением

K(a!i} = KlPli » <9>

где ÄH - коэффициент, характеризующий »острост^ ГЩЩ до&ДУ Частицами грунта и конструкции.

Из (I) и (2) с учетом (5) й (9) при u=u# получим

ti, =/ü/Ä„. (10)

Отсюда следует, что значение и4 является постоянные для дан -пого вида грунта и поЕерхности конструкции.

Определявшими параметрами в законе взаимодействия (1)-(4) являются К/и, аи. Значения этих параметров определены по результатам опытов для различных грунтов и поверхностей.

Анализом уравнений (О-(4) показано, что закон взаимодействия Винклеровского типа описывает основные факторы процесса взаимодействия конструкций с грунтом, наблюдаемые в опытах, за исключением влияния скорости взаимодействия на зависимости ъ(и).

Для учета влияния скорости взаимодействия рассмотрена сначала модель типа Кельвина-Фойгхта. В этом случав в системе (1)-(4) уравнение (1) заменяется уравнением типа Кельвина-Фойгхта, имеющим следующий вид:

. ^ = + ^з^к»V аг •

где 1]3(о1г,13) - коэффициент сдвиговой вязкости грунта.

Считается, что т]3 также зависит от изменения структуры контактного слоя' грунта и предлагается для функции х]3(о-[},1а) следующее соотношение:

%(о1Г13) = т)°3(ои)ехр[ц>(1-1в)}, (12)

где т]* - коэффициент сдвиговой вязкости грунта нарушенной структуры; <р - коэффициент, характеризующий диапазон изменения ч}3. На основе' результатов опы.ов предлагается приближенная формула для определения т)* в зависимости от ов

% = /» 7 сз- (13)

где сд - скорость-распространения поперечных (сдвиговых) волн в грунте.

Из (11), (2) при и=ил с учетом (б), (9), (12) получим Т би

= - <дя >- <и)

Из (14) еледует,что в законе взаимодействия типа Кельвина-Фойгхта значение и^ является пзременной величиной и при <Ьз/й1 >■ с-а, Это является недостатком модели взаимодействия,, спредепяемой уравнениями (11), (2)-(4). При "13=0 из уравнений (11), (2)-(4) получим модель взаимодействия Винхлоровского типа.

Осношыми параметрами модели типа Кельзинь-Фойгата яшшлся Кь, /и, аи, г)*, ф. Значения етгх параметров такхе олрэделонц из результатов опытов для раз;дгааи груптой и пг>£ерхвостей.

Анализом модели зьамодэй'лшя Кельвипа-Фойта пжазаьо.

что с увеличением скорости взаимодействия пиковое значение касательного напряжения увеличивается, а в случае нарушению; структур грунта пиковое значение касательного напряжения в зависимостях Ни) не проявляется. Однако существование скачка касательного напряжения при и=0 и г&г/й^солзг, уменьшение значения иг с ростом скорости взаимодействия являптся недостатками модели типа Кель-вина-Фойгхта.

Далее рассмотрена в качестве базовой модель типа стандартно-линейного тела. В этом случае з модели взаимодействия (1 )-(<!) уравнение (1) заменяется уразпением

(¡г 1 (¿и -5--- + ц„са„,Г-,10-5-= — + цчса_,г_,£0и; (15)

где й^ЬьШ; сан,Гд5 - коэффициент динамического (при й-*®), .а - квазистзтического взаимодействия (при й-+0); |1д - параметр сдвиговой вязкости грунта.

Коэффициенты взаимодействия Кв, Я3 и Кп аналогично (5),- (6)

5? Г? Е

и; « ~

имеют следующий вид:

X*COn,Is) = К°Ча?ре.гр[ р„_П- ГдЛ ; (16)

К "«îjj.Ig) = Гд) , • (18)

где Я®* w й^* - секущие коэффициенты динамического и квазистатического взаимодействия при и - начальные значения коэффициентов динамического и квазистатического взаимодействия; р и а^ - безразмерные коэффициенты, харзктёризуодке степень изменения Kv и К3 соответственно. ■

U. X

Для ненарушенного•контактного слоя грунта из (16) и (17) получим

Л™ = К^са^ехрсри>. К™ = rJ'arpCap. (19)

Из (1Э) находим

% = Pu * i^vv- (Я0)

где v-СаГ: TW=

- го -

Из результатов ошюв известно, что Тогда из (20)

следует, что о-^ФьС 113 резупьтатов опытов следует

где Е? и К? - динамический и квазистати°?ский'коэффициенты, кая I*

ргкторизулщте жесткость связи между частицам!'» грунта и сооружения.

Из условия и#=сопз1, используя (15) и (2) при получим

Ид = Бй/циг, (22)

где ц* - значение параметра сдвиговой вязкости грунта нарушенной структуры; В - безразмерный коэффициент, равный 200.

Степень разрушенности контактного слоя грунта в зависимости от скорости взаимодействия определяется из соотношения

Ь = 7» + С7Г - ■усй/Сд)", (23)

где - продельное значение получаемое при й=сд; ге - коэффициент влияния скорости взаимодействия на фракционирование при разрушении контактного слоя грунта.

Значение (¿д при изменении структуры контактного слоя грунта определяется из уравнения

ц3<ак,1д,й) = ц* 61Р[ФС7- Гд>]. (24)

Для зависимости аг(ок) согласно данным эксперимента выполняется соотношение .

V = ъ + /и ЛИГ» А^о»' '

где 1а - сила сцепления на контактном слое; т^ - продельное значение силы трения, достигаемое при больших о^. По результатам огштоз при с7 > 1 ИПа ^=0,7-0,9 Ша. Для рассмотренных типов грунтов в моделях взаимодействия вместо уравнения (2) необходимо использовать (25).

Основными параметрами модоли взаимодействия типа. стандартно-лшеЯлоо толо являются Я^, / , ри, ф, х, и^, значения которых опредолоны из результатов эксперимента и приводоны в диссертации.

Анализ уравнений модели взаимодействия (15), (2)-(4) показывает, что закон взаимодействия типа стондартно-линейноо тело наиболее хорошо согласуется с результатами экспериментальных иссле-

- z\ -

дозаний.

На-рис.7 приведены зависимости Ки), полученные согласно уравнений (15), (2)-(4), используя также (16)-(25). При этом задается скорость'взаимодействия, и с помощью ЭВМ вычисляется значение относительного смещения и касательного напряжения. Значения параметров ¡.юдоли для вычислопий пршяти следующими: К^ -100 м'1; f =0,5; f---4; ß со=0; х=0.1; "[„=1,1; о =0,15 Ша; с„=100 я/с.

* U 1 + ' и. 44 ti о

Кривые Т-7 на рис.7 относятся к значониям ü=ccnst, равным соответственно. 10~4, Ю'3, 10~г, 10~', 1, 10 и 100 л/с.Из рис.7 вид;-", что увэлнчонио скорости взаимодействия приводит к увеличению пкксзого значения касательного напряжения. При о том значение и4 по меняется, а интенсивность разрушения контактного слоя грунта увеличивается. Зависимости z(u) для разрушенного слоя грунта (ßu=P9 7Г7=3, т™=4) при всох значениях скорости взаимодействия остаются неизменными.(кривая 8, рис.7). •

Расчеты различных вариантоз изменения скорости ззаимодейст-вия и параметров модоли показал:, -что модель взаимодействия типа стандартно-лушейнов тело полностью учитывает все .факторы, наблю-дазвдк в экспериментах.

Решением' задачи о сдвиговом взаимодейств:® твердого тела, расположенного на поверхности грунтового полупространства, показано теоретически еущзсгвсвапке контактного слоя грунта. Поведение грунта при сдвиговой! дефермирозапии определяется соотношением типа (15). Hs поверхности полупространства задается скорость тела и известными начальным:-: и граничными условиями задача решается численно мотедом характеристик. Исследованы влияния параметров сродт: за моментам .образования контактного слоя групта при движении твердого тела с различными скоростями на поверхности грунтового полупространства.

В третьем разделе приводятся результата экспериментальзо-теоретических псслоловаиий распространения плоских волк в грунтах, как в вязкоупругих и вязкопластичосгаи средах, а такяо в средах с переменной вязкостью.

Экспериментальные исследования проводились в котловане,вырытом в груптоБом ;.!осс:ззе с зп^здропплл поперсчвш сочопксм 1 .я2 и глубиной 2 я. Волна создавалась взрывом плоских зарядов на поверхности лоссозого -трунта нарушенной структуры, улояенпога в котлован. Для того, чтобы обесточить одномерность довкения, с телки котлована покрывались листами кровельного so лоза. Параметры

взрывной волны (напряженно и деформация) измерялась на различных расстояниях от взрыва,- Плотность лессового грунта в опытах равнялась 1370-1430 hz/jP, влажность - 9,8-16,2 %, масса заряда -0,3-0,6 кг.

На основании полученных в опытах записей напряжений к деформаций построены диаграммы с(е) (а - напряжение, в - деформация в грунте). Из опытных диаграмм с(е) следует, что диаграммы а(е) зависят от скорости деформации; максшум деформации наблэдается после наступления максжума напряжения; скорость распространения максимума напряжения мепьле скорости фронта волны; разгрузка происходит не по линии нагрузки, что приводит к образованию оста-точхшх деформации. Эти свойства грунтов соответствуют модоли вяз-копластической среды, предложенной Г.М.Ляховым.

В соответствии с моделью вяскопласипеской среди принимается, что в грунте существуют две предельные диаграммы сжатия, которые в интервале нагрузок. наблвдаешх в опытах (до 5 Шйа), приближенно можно считать линейными. Динамической диа1раьмэ соответствует кривая при c!e/dt-»eo, а статической - при ds/dî-^O. Разгрузка происходит по другим уравнениям чем нагрузка, что обуславливает возникновение остаточных деформаций.

Определявдие'' соотношения модели вязкопластической среды имеют вид: .

на ударном фронте • '

е = а / Ев ; . (26)

за фронтом при дальнейшем непрерывном возрастании напряжения de .ба а

— * це =-^ р. — ; (2?)

« EDat Е3

■ за фронтом при уменынонии напряжения

de Ù3 . 1 î 1 1 Г?,1

Г це =--+ ji0---+ —■ f * ---;

(28)

at fit "д "г "д

после достижения деформацией максимального значения de (За .

Е„ — т — =» о. (29)

й ût dt

- 23 .Поведение вязко упругой среды» определяется уравнением (2'/). Модель вязкоупругой среды является частным случаем модели вязко-пластичсской среды. Сьойствз вязкопластической среды определяются пятью постоянными: плотпостыо среды р0, динамическим Еп и зтати-чсским Е3 модулями езмтия, модулем разгрузки ER и параметром вязкости: ц. Из получошпж ошггннк данных определены значения этих параметров для лессового грунта.

Рассматривается задача в качестве тестовой о распространении продольные волн з среде, поведение которой определяется уравнени-ом (27). Решение получено численно на ЭВМ методом характеристик. 'Лее. .давани закономерности изменения параметров волн a(î), e(i), v(t) в рассматриваемой вязкоупругой среде. Определены значения коэффициентов затухания и декременте поглощения в зависимости от свойств среди и частоты продольных волн. Совпадение результатов численных расчетов и аналитических решений, полученных другими авторами, показывают, что алгоритм решения волновых задач на ЭВМ составлено достоверно.

деление задачи о распространении плоской удэрной волны треугольной формы з вязкопластической среде таете получено численно на основе разработанного алгоритма.

Исследованы процессы трасформации волны от ударной в непре-рхшнуи волпу сжатия. Изучено влияния длительности нагрузки, соз-дашеП волны в вязкоплаттаеской среде, на изменения параметров волны.

Обсунаается выполнение условия подобия и дисперсии волн в вязких средах сопоставленном результатов расчетов в вязкопласти-ческих и пластичоских средах.

ПрсЕздсно сопоставление результатов расчетов в вязкопласти-честатх средах с результатам! эксперимента- Получено удовлетворительное их согласно. • .

Исслодовзтщ также закономерности распространения непрерывных волн сжатия в вязкопластическкх средах. Изучено влияния на процессы затухания продольных волн в средах с переменным коэффициентом вязкости.

На оспове проводенпых экспериментально-теоретических исследований процессов распространения волн в грунтах как в вязкоупру-гах и вязкопластических средах установлено, что учет вязких и пластичоских свойств среди приводит к Солее точному описанию волновых процессов в грунтах и герннх породах.

В четвертом разделе приводятся результата: исследований о взаимодействии стержневых конструкций со средой при воздействии нестационарных упругих .и неупругих волн. Законы взаимодействия конструкций со средой (грунтом) определяются уравнениями (1)-(25) в зависимости от условий рассматриваемых задач.

В общем случае уравнение движения стержневой конструкции и среды имеет вид:

Ро^/а* ~ во^дх + «Л* = 0:

3и{/3х - бв4/31 = О,

где - скорость частиц; ах - приведенная сила трения щая на един цу длины стержня.

значение ох определяется из соотношения-= ^

где % - сила трения (касательное напряжение), действующая между стержнем и средой; Оп-внепиий и ^-внутренний диаметры стержня.

При 1=1 значения параметров относятся к стержню, а при 1=2 -к внешней среде. В случае рассмотрения двухслойных стержней (стержень и обойма) х,=з1^(и) - для стержня, ?е2=-з{§гс(и) - для обоймы; и=и(-и2 - относительная скорость. Когда рассматривается стержневая конструкция, находящаяся в грунтовой среде, из (31) получим Он2~>со' в этом слУчае влияние силы трения за

контактны?.! слоем грунта из-за незначительности не учитывается.

Решение рассматриваемых задач сводится к интегрированию системы (30), замыкаемой последовательно уравнениями (26)-(29) отдельно для стержня (1=1) и отдельно для среда (1-2). Эти системы, связаны условиями па поверхности контакта стержня и среды, определяющими законы изменения силы трения 1. Закон изменения -с соответственно определяется соотношениями (1)-(25) в зависимости от рассматриваемой задачи.

Решение рассмотренных задач получено численно методом характеристик на ЭВМ. Алгоритм решения проверялся сопоставлением результатов расчетов с результатами экспериментов и точными аналитическими решениями других авторов.

Далее приведены решения ряда задач о распространении ударных Iпрямоугольный импульс) и продольных волн в многослойных упругих и вязкоупругах стержнях, а также в упругих и вязкоупругих стерж-зяг. ззйимссийстеумцих со срздой согласно законам (1) -(25). Пове-

, дойствую-

(31)

депке среда при этой определяется уравнением (27) или уравнениями (2?)- (29).

Исследованы закономерности изменения параметров волн в многослойных' стержнях в зависимости от механических свойств стержней, параметров модели взаимодействия, локальности или сплошности участков с трением на поверхности контакта многослойных стержней. Исследованы также случаи, когда ударная нагрузка одновременно действует на торцы обоих стержней, взаимодействующих друг с другом, и случай, когда торец одного из стержней свободен от нагрузки. В случае, когда, торцы обоих стержней нагружены ударпой нагрузкой, обнаружено перераспределение энергии в стержнях, т.о. происходит "отток" энергии от менее жесткого стержня в более жесткий стержень. При этом максимальное значение напряжения в стержне, где скорость распространения волны больие, нарастает в зависимости от соотношений скоростей распространения волн в стержнях и от длительности импульса, распрстранявдегося по стержням, в 1,2-1,5 раза. Однако это происходит в начальных участках стержней, где шблвдается наложение волп. После расхождения волн в стержнях картина аналогична случав, когда волна распространяется по стержню, взаимодействующему со средой, где возбуждение последнего происходит благодаря силе -трения. На основе результатов расчетов выведены формулы для определения тлипн участка стержня, где происходит рост амплитуды напряжения.

Задачи о взаимодействии стеркяеэдх конструкций со средой при воздействии продольных упругих и' неупругих волп гэррртерлзуются значительными разницами скоростей распространения волн в сторазо и в среде, а также проявлением по только, вязких, но и пластических свойств окружающей стержень среди (грунта). В этих случаях 'результата расчетов .на ЭВМ показывают рост амплитуда напряжений в стержне в 50 и более раз. Это происходит только в тех случаях, когда по грунту распространяются низкочастотные слабые продольные волны (0^= 0,5 ¡¡Па). В этих случаях значения продольных напряжений в грунте и силы трепля па поверхности контакта стергпп с грунтом соизмеримы, т.о. одного порядка, л силы трония в процессе распространения волп в стержне играют определяло роль. В результате, для того чтобы преодолеть сопротивление силы трокил или наоборот привести в движение сечения сторгпя, необходимо накапливание больших напряжений в сочепилх стсрзпл. Слодспатольио, наблюдаем прирост напряжения в сечопиях стержня в несколько десятков р;п.

Получены также рошония задач в случаях, когда стержень,взаимодействующий с грунтом, при воздействии продольных упругих и но— упругих волн, имеет конечную длину. Рассмотрено влияние на напряженное состояние стержня условия на конечном торце стержня (свободный или защемленный торец).

Результаты расчетов при длине стержня 3.9 м с соответствующими исходами данными, сопоставлены с экспериментом о взаимодействии подземной тоубы с грунтом при воздействии взрывпых нагрузок, приведенным в первом разделе. Согласие результатов расчетов с экспериментом удовлетворительное, что подтверждает правильность разработанных в диссертации закономерностей взаимодействия конструкций с -грунтом.

В пятом раздело приведены результаты экспериментально-теоретических исследований нормального взаимодействия подземных конструкций (плоских преград) с грунтом при воздействии плоских волн.

Экспериментальные исследования проводились в том же котловане, описанном в трзтьем разделе. В котлован на глубине 0,6 ли укладывалась бетонная плита.толщиной 0,05 и 0,6 л. Измерения напряжения и деформации проводились как в грунте над плитой, так и в грунте под плитой. Опыты проводились с лессовыми и песчаными грунтами. Плотность песчаного грунта 1740 нг/лР, влажность 9,3 %. Характеристики лессового грунта приведены выше. Волна создавалась также взрывом плоских зарядов массой 0,3 и 0,6 кг.

Результаты экспериментов показали, что вторичное нарастание напряжения к деформации происходит при действии отраженной от преграды волны не по линии, параллельной динамическому сжатию, а по линии,примерно параллельной диаграмме разгрузки среды. Вторичная нагрузка грунта происходит примерно по линии разгрузки, как это принято в модели вязкопластической среда.

Решения теоретических задач о взаимодействии плоских ударных и непрерывных продольных волн с жесткими и деформируемыми преградами расположенными в вязкоупругих и вязкопластических средах, получены численно методом характеристик на ЭВМ.

В случаях, когда преграда расположена в вязкоупругих средах, согласно результатам расчетов, благодаря отра* шшм от прегради волнт в грунте,"около преграды возникает значительные растягивать цаэ.Н8пря£еш1я, которые могут привести к отрыву грунта от прегради* В вягкопдагеических сродах значения растплтапцих иапряаеаай шшзэ; чек в вязкоупругих средах, но они достаточны для того

чтобы произошел отрыв грунта от преграды. Это обстоятельство необходимо учесть при решении более сложных неодномерных задач о взаимодействии волн с подземными конструкциями.

Сопоставлены результаты расчетов, полученных на ЭВМ, и экспериментов. Получепо удовлетворительное совпадение.Приведено также сопоставление результатов расчетов по определению изменения нормального напряжения на преграду, расположенную в упругой, пластической и вязкопластической средах. Показаны количественные и качественные отличия, вызванные различием моделей деформирования рассматриваемых сред, в изменениях давления на преграду по времени.

Па основе результатов расчетов показано, что закон Вшклера при нормальном взаимодействии конструкции с грунтом выполняется при незначительных перемещениях преграды в грунтовой среде. С увеличением перемещения преграды закон нормального взаимодействия преграды с грунтом существенно отклоняется от закона Зинклера.

Теоретическими исследованиями показано влияния деформационных характеристик преграды на параметра волн в грунте. Исследова-иы изменения параметров волны в средах перед преградой, за преградой и в самой преграде в зависимости от свойств среды, толщины ¡греграды и места ее расположения, а также от параметров нагрузки, создающей волну.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ '

!. Экспериментально определены изменения касательных напряжений па поверхности контакта конструкция-грунт в зависимости от скорости сдвигового взаимодействия, нормального давления, серохо-ватостп поверхности и степени парушслюсти структуры грунта.

г. Экспериментально "установлено существование приповорхност-ного контактного слоя, грунта, поведепко которого отличается от поведония массива грунта при взаимодействии конструкций с грунтом. Толщина коптоктпого слоя грунта зависит от шероховатости поверхности, скорости взаимодействия и нормального давл-гсия.

3. Экспериментально установлено критическое значение относительного смещопия, при достижении которого происходит полное разрушение контактного слоя грунта. Определены значения этого критического смещения для конкретных грунтов и поверхности.

4. На основе результатов экспериментальных исследований построены мятоматичоскио модели сдвигового взаимодействия поверхностей с грунтом, учитывающие основные факторы, выявленные в опы-

тах. Эти законы сдвигового взаимодействия предлагаются в качестве новых граничных условий на границах раздела сред, на поверхностях контакта твердых тел со средой и т.д. вместо классических граничных условий - условия прилипания или скольжения без трения. Разработанные математические модели в частных случаях переходят в закоп Винклеровского типа и закон Кулона. На основе результатов экспериментов определены параметры определпщих уравнений разработанных законов, взаимодействия.

5. Экспериментальными и теоретическими исследованиями обоснована применимость к описанию процесса динамического деформирования грунтов вязкопластической модели, предложенной P.M.Ляховым. Показано, что вязкопластическая модель более точно описывает волновые процессы в грунтах, чем упругопластическая модель.

6.. Теоретическими исследованиями показана применимость разработанных законов взаимодействия (грашгшые условия) при решении конкретных задач. Обнаружены случаи перераспределения энергии в многослойных стержнях и стержнях, взаимодействующих с возмущенной средой. . .

7. Получено численное решение ряда конкретных задач, имеющих прикладное значение, о взаимодействии стержневых конструкций с обоймой, внешней средой и плоских преград с.грунтовой средой при воздействии ударных, непрерывных, продольных упругих и неупругих нестационарных волн.

, Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Султанов К.С., Ким В.Ю. Экспериментальные исследования зако-мерности продольного взаимодействия протяженных подземных сооружений с грунтом //ФТПРПИ. 1986. N 1. С.56-62.

2.Султанов К.С., Алменов X.,Ким В.Ю. Влияние диаметра подземных труб на закономерности их взаимодействия с грунтом //Изв. АН УзССР. агрип техн. наук. 1391. N 4. С.78-80.

. 3. Султанов U.C., Юсупов Т.Э. Продольное взаимодействие подземного трубопровода с грунтом при поперечных динамических воздействиях //ДАН УзССР. 1984. N 11. С.22-23.

4. Викторов В.В., Кулинич Ю.В.,Султанов К..С..Юсупов Т.Э. Экспериментальное исследование фрикционного взаимодействия сооружения с i-рунтом при динамическом u&rpyaeiuui /А^пш^ .износ и смазочные материала. Материалы международной научной конференции. Ташкент: Фан,1985, 0,161-166.

Султанов Н.О.. Юсупов Т.Э. Продольное взаимодействие подзем-

чч

по го трубопровода с грунтом при динамических воздействиях //Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений. Л.: ВНКИГ, IЭ85, С.173-176.

в. Султанов К.С.,Юсупов Т.Э. Экспериментальное иоследовише продольных взаимодействий подземного трубопровода с грунтом при динамических воздействиях// Кзв„ АН УзССР. Серия техн.наук. 198G. П 3. С.44-48.

7.. Оултзнстз К.С, Локализация процесса взаимодействия подземных сооружений с грунто!'. яри динамических воздействиях //Дтшмикэ оснований, фундаментов и подземных сооружении. М.: НИИОСП, 1939. 0.218-219,

■в.. Султанов К.С., Алмэнов X. Экспериментальные исследования локальных закономерностей взаимодействия подземных сооружений с грунтом // Дшшмика оснований, фундаментов и подземных сооружений. M.S Н'ЛПОСП, 1989. С.220-221.

3. Султанов К.С_.Алменов X. Экспериментальные исследования взаимодействия перегонных тоннелей метрополитена четырехугольного сечения с грунтом //Изз. All УзССР. Серия техн. наук. 1989. N 1. С.37-39.

10. Султанов К.С.,Алмепов X. Экспериментальное определение изменения касательных напряжений па поверхности контакта фрагментов подземных сооружений с грунтом ненарушенной структуры //Изв. АН УзССР. Серия теш. паук. 1989. N 3- С.44-47.

11. Султанов К.С., Алменов X. Экспериментальное определение закономерностей взаимодействия Фрагментов подземных конструкций метрополитена с грунтом Нарушонной структуры при статических и динамических нагрукенпях // Сейсмодинамика зданий и сооружений. Ташкент: Фан, 1989. С.94-101. " '

12. Султанов К.С..Алменов X. Экспериментальное исследование влияния дилатаксионного слоя грунта на эакошжорности локального сзт.*чолейстшя подземных сооружений с грунтом // СеЯсмодннамиг.у «осрглсгаЛ, взаетюдеПствуювдх с грунтом. Ташкент: Фан, 1991. С.Si-S3.

13. Султанов К.С. Локально закоп взаимодействия подзо'шгп. сооружений о грунто:* ггрп их относительном проскальзывании // 711 Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике. Тозиси докладов. М.,1991. С. 330-331.

14. Султанов К.С. О ззкопе взаимодействия протяженного подземного сооружения с грунтом при сильных продольных динамических воз-действипх//Изв. АН УзССР.Серия техн.наук.1985. N1.С.35-39.

15. Вовк А.А.,Кравец В.Г.,Ляхов Г.М..Плаксий В.А.'.Салицкая В.И., Султанов К.С. Экспериментальное определение параметров взрывных волн и вязкопластических характеристик грунта // Прикладная механика. 1977. т.13. N 7. С.96-103.

16. Ляхов Г.М. j Султанов К.С. Вопросы подобия и дисперсии волн в вязкопластических средах /ЛМГФ. 1975. N 6. С.86-93.

17. Ляхов Г.М. .Султанов К.С. Подобие волн в средах, обладающих вязкими свойствами //Взрывное дело. М.: Недра, 1983. N 85/42. С. 6-11.

18. Султанов К.С. Расчет напряженно-деформированного состояния грунта под фундаментом при действии динамических нагрузок // Изв. АН УзССР.'Серия техн. наук. 1983. N 1. С.40-45.

19. Ляхов Г.М., Султанов К.С. Продольные волны в линейных вязко-упругих средах // Изв. АН СССР.Физика земли. 1978. N 8. С. 46-53.

20. Ляхов Г.М., Султанов К.С. Передача колебаний через грунт, как среду с переменной вязкостью // Динамика оснований .фундаментов и подземных сооружений. Л.: ВНИИГ, 1985. С.91-93.

21. Ляхов Г.М., Султанов К.С. Продольные волны в средах с переменной вязкостью//Изв. АН СССР.Физика земли. 1987. н-9. С.23-32.

22. Султанов К.С¡Распространение сейсмических волн вдоль протяженного. подземного сооружения, взаимодействующего с грунтом // VI Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике. Тезисы докладов. Ташкент: Фан, 1986. С.585. .

^23. Султанов' К.С. Взаимодействие протяженного подземного сооружения с грунтом при динамическом нагрукении // Динамика неоднородных сред и взаимодействие волн с элементами конструкций. Новосибирск, 1987. С.150-155.

24. Султанов К.С. Влияние волнового процесса на движение жесткого стержня в грунтовом полупространстве //Изв. АН УзССР. Серия техн. наук. 1988. N 5. С.46-49.

25. Султанов К.С. Численное моделирование процесса нелинейного взаимодействия протяженного подземного сооружения с грунтом при • динамических воздействиях // Тезисы докладов 2-й школы - семинара

cor. стран "Вычислительная механика и автоматизация проектирования". Москва-Ташкент.1988. С. 48-50.

26. Султанов К.С. Волны в вязкоупругих средах с внешни,', трением // Механика сплошных сред. Тезисы докладов республ. конф.посвящ. памяти Х.А.Рахматулина. Ташкент:.Фан. Í989. 0.89.

274 Султанов К.С. Нелинейные волновые процессы в вязкоупругих стерхнях с внешним трением // Прочность и формоизменение элемен-