Закономерности изменения прочности и деформирования дисперсных грунтов при низкочастотных динамических воздействиях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

: . 0:1 - 7 ДОГ '-Я!'?

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОП РЕСПУВЛ1ЖИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ И МЁХАШ1КИ ГОРНЫХ ПОРОД

На правах рукописи

удк 624.131

КОЖОБАЕВ Кинатбек Асекопич

закономерности изменения прочности и

деформирования дисперсных грунтов при низкочастотных динамических воздействиях

Специальности 01.02.07 -"Механика сыпучих тел, грунтов и горных пород" и

04.00.07 -"Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение"

автореферат диссергаШМ на соискание ученой степени доктора технических наук

Бишкек -1995.

Работа выполнена на кафедре гидрогеологи» и инженерной геологии Кыргызского горно-металлургического института и на кафедре инженерной геологин и охраны геологической среды МГУ им.М.В.ЛомоносоБа,

Научный консультант- академик РАН, доктор геолого -

минералогических наук, профессор Евгений Михайлович Сергеев,

Официальные оппоненты; доктор технических неук ЖумаОвев Б.Ж.

(Институт физики и механики горных пород HAH Кыргызской Республики),

доктор гволого-минералогичвсвд наук, профессор Королев В, А., Соросовский профессор, (Геологический факультет МГУ им, М.З.Ломоносоаа, Россия).

доктор гсолого-минерадогическик наук Усупиев Ш.Э. (Институт родных проблем и гидроэнергетики HAH Кыргызской Республики),

Ведущая организация- Институт сейсмологии HAH Кыргызской республики

Защита диссертации состоится ", 3_" /О 1995г. в " & " часов

на заседании Специализированного совета Д 03,94-00 при институте физики и механики горных пород HAH Кыргызской Республики по адресу: г.Бншкек, ул.О.Медерова, PS.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института физики и механики горных пород на втором этаже.

Автореферат разослан "Ж" июня 1995г.

Ученый секретарь специализированного совета, О

каидитат технических наук - О В.Никольская

ОБЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.Актуальность проблемы. Нескальные связные и несвязные грунты осадочного происхождения (дисперсные -Е.М.Сергеев, 1982) слагают более 70 % осадочной оболочки земной коры, поэтому они очень часто используются как основание, среда или материал для различных сооружений,

Несмотря на разнообразие, большинство немерзлых дисперсных грунтов объединяет одна общая черта - их поведение в основном определяется характером связей между структурными элементами, который, в свою очередь, во многом зависит от наличия и особенностей жидкой фазы. Водонасыщенные глинистые, пылеватые и песчаные грунты под влиянием интенсивных низкочастотных динамических воздействий, прежде всего сильных землетрясений, способны резко снижать свою прочность и вязкость и переходить в жидкое состояние. Все это может привести к потере несущей способности оснований (г.Ниигатз, Япония; 1964 г.), появлению катастрофических оползней и "сейсмосепей" (Гиссар, Таджикистан; 1989 г., Суусамыр, Кыргызстан; 1992 г,), сопровождающихся большим, экономическим ущербом и человеческими жертвами. Между тем традиционные методы оценки и прогноза поведения дисперсных грунтов при динамических воздействиях, проводимые без учета влияния амплитуд и скоростей колебательных, смещений, дают резке завышенные значения их сейсмоустой-чивости. Поэтому изучение закономерностей изменений прочности и деформирования дисперсных грунтоз, при • низкочастотных динамических воздействиях, моделирующих по ряду параметров, й том числе по энергиям, сильный землетрясения, является актуальной проблемой механики грунтов, инженерной сейсмологии и инженерной геологии.

В изучений . этих вопросов большой вклад внесли труды Г.И.Покровского, Д.Д.Бэркана, ОАСавиноза, А.П.Синицына, Н.Н.Маслова, В.Н.Мосинца, Б.М.Гуменского, П.Л.Иванова, Ю.А.Велли, Н.Д.Красникова, Х.А.Рахматуллйна,. ГАМавлянова, ГАЗйслера, С.С.Григоряна, Г.М.Яяхоэа, Х.З.Расулова, А.С.Алешина, В.АИльичева, Л.Р.Ставницера, Ю.К.Зарецкого! И.В.Прокудийа, В.Д.Казэрновского, А.А.Мусаэляна, ВЯ.Хаина, Т.И.Ивасаки, К.Ишихара, А.Казагранде, К.Ли, Б.Сида, К.Чана, Ф.Татсуоки, Л.Финна, В.Хардина.'ДМиладинова и других ученых. '

Достижениям в области динамики трутов способствовало развитие грунтоведения и механики нескальных фунтов (работы К.Терцаги, А.Казагранде.Дж.К.МитчеляаДМ.Герсевьиоза, ! 1.М Мас-лова, М.М.Филагова, НАЦытоаича, И.В.Попова, ВАПриклонсчого, Н.Я.Денисова, Е.М.Сергеева, В.Д.Ломтадзе, М.Н.Гольдштейна, Г.А.Маалянова,А.К.Ларионова, И.М.Горькоаой, С.С.Вялоьэ, П.Л.Иванова, В.И.Осигюва, Р.С.Зиангировз, Ю.К.Зарецкогс, С.М.Кзсымова, М.Ш.Шерматова, А.М.Худайбергенова, В.Т.Трофимова, В.А.Королева, В.Н.Соколова, Е.Н.Коломенского и других), в так/г'о ин/г.сн^рнои сейсмологии и сейсмостойкого строительства (работы С.В..Медведева, Е.Ф.Саваракского, В.В.Штейноергз, Н.В.Шебалина, Ф.Ф.Дп-тикаешз, Я.М.Айзенберга, И.Л.Корчинского, С.В.Полякова, и других).

В Кыргызстана большой вклад в изучение свойств г. поэед^ния массивов грунтов и горных пород, в том числе при сеРсмичесчих воздействиях, внесли такие ученые, как И.Т.Айтматсв, Н.Г.Япымов, ШАМамбетов, А.Т.Турдукулов, К.Ч.Кожогулов, В.А. Мансуров, Э.О.Мамыров, Б.Жумабаев, В.Я.Степанов, К.Т.Тажибеез,

Ш.Э.Усупаеа, К.П.Шкурина и другие.

Главными особенностями динамических воздействий, отличающими их от статических, являются быстро« изменение напряженного состояния грунта и передача на единицу его объема гора эдо большей энергии. Если изменение напряженного состояния грунта учитывают почти во всех исследованиях, то энергетический аспект динамических воздействий очень часто игнорируют. Поэтому главной целью данной работы явилось установление закономерностей изменения прочности и деформирования дисперсных грунтов различного состава, состояния и строения при различных видах и параметрах низкочастотных динамических воздействий.

Идея работы состоит в комплексном учете влияния параметров низкочастотных динамических воздействий, в том числе энергетических, на распределение напряжений в дисперсных грунтах, изменение.их свойств и деформирование.

Основные задачи исследования сводились к следующему:

1. Разработать новую методологическую основу и приборы для исследования поведения (изменении структуры, прочности и деформирания) дисперсных грунтов во время низкочастотных динамических воздействий, сопровождаемых колебательными перемещениями рассматриваемых объемов грунта.

2. Установить закономерности изменения структуры, прочности и деформирования различных типов дисперсных грунтов при низкочастотных динамических воздействиях, в том числе сопровождаемых колебательными перемещениями рассматриваемых объемов грунта.

3. Теоретически обосновать и экспериментально установить злиямие составе, структуры и состояния дисперсных грунтов на их прочность и деформирование при различных видах и параметрах низко'¡ясготиых динамических воздействий.

4. Выявить ведущие факторы, определяющие поведение дисперсных грунтсз различного состава, строения и состояния при сейсмических воздействиях, и на этой основе разработать классификационную схему их сейсмоустойчивости.

М о т с д ы исследования, При выполнении работы автором исгсользозались современные представления и методы грунтоведения и механики грунтов, физико-химической механики дисперсных стсуктур; новейшие методы экспериментального исследования состава, строения и свойств дисперсных грунтов и его основных компонентов, а именно: рентгеноструктурного анализа, оастровой электронной и световой микроскопии,« ядерного магнитного резонанса, вибрационных и импульсных стендовых испытаний, динамического трехосного сжатия, конической вибропенетрометрии, микрокрыльчатки, ротационной зискозимстрии, зиброскашивания; применялись также стандартные лабораторные и полевые методы исследований свойств и строения нескальчь х связных и песчаных грунтов; обобщение результатов экспериментальных исследований проводилось на ЭВМ типа IBM PC. ' ■

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Новая методологическая основа для исследования и прогнозирования поведения (изменения структуры, прочности и деформирования) дисперсных грунтов, учитывающая, что их поведение при низкочастотных динамических воздействиях, сопровождаемых колебательным перемещением исследуемых объемов грунта, определяется не только значениями амплитуд ускорениий колебаний и динамических нагрузок, но и удельными анергиями воздействия и амплитудами скоростей колебательных смещений, глияющих на соотношение разности кинетических энергий и сил инерции отдельных структурных элементов с энергиями и силами их структурных связей - (глава 4,5).

2. При интенсивных низкочастотных динамических воздействиях на поведение дисперсных грунтов влияет явлений экспериментальна доказанного диссертантом обратимого перехода слабосвязанной воды в свободную, резко сникающего жесткости и вязкость водонасыщонных тонкодисперсных систем, а также изменение порового давления аодонйсыщенных грунтов и капиллярной связности неполностью водонасыщенных дисперсных грунтов; интенсивность проявления процессов дилатансии дня тонкодисперсных (<1 мш) фракций минералов снижается согласно ряду: каарц > биотит > мусковит > каолинит > гидрослюда; монтмориллонитовая глина ни при какой влажности дилатансию не проявляет - (глава 4).

3. Абсолютное большинство водонасыщенных связных грунтов, в том числе лессовидных супесей и суглинков, илов при динамических воздействиях, сопоставимых по ускорениям и скоростям колебаний с сильными землетрясениями, снижают сзою прочность (от десятков до сотен процентов), но значительная часть прочности восстанавливается практически мгноаэнно поело прекращения динамического воздействия (< 30 с), что необходимо учитывать при проведении исследозаний и выборе методов и приборов; с ростом амплитуд скоростей колебания, при равных или даже меньших амплитудзх ускорений, наблюдается четко заметная интенсификация степени разупрочнения связных грунтов; изменение же структуры связных грунтов при их колебательных перемещениях кроме действия динамической нагрузки вызывается разностью энергий и сил инерции отдельных структурных элементов и проявляется в виде: а) диспергации слаболрочных агрегатоа и формировании (по сравнению с исходными) тонкодисперсных и однородных структур; б) разрыхления грунта вокруг крупных включений или частиц, а также в виде уплотнения или разуплотнения грунта - (глава 6).

4. Поведение песчаных грунтов при низкочастотных динамических воздействиях определяется не абсолютной, а относительной плотностью сложения; на поведении слабонзгруженных песчаных грунтов, находящихся в квазистатическом состоянии, изменение частот колебания нагрузок в пределах 1-8 Гц практически не сказывается, тогда как изменение частоты в тех же пределах и при тех же значениях амплитуд ускорений и нагрузок с колебательными перемещениями грунта оказывает сильное влияние, так как уплотнение и разжижение песчаных грунтов намного более тесно связано с амплитудами скоростей колебаний, чем с амплитудами ускорений (глава 7).

5. Классификационная схема сейсмоустойчивости, предназначенная для предварительного прогноза поведения дисперсных грунтов при сильных землетрясениях, построена на основе выделения и учета ведущих факторов в каждой из трех относительно независимых друг от друга групп фашзров, в основном определяющих изменение структуры, прочности и вязкости грунтов и проявление в них процессов Тиксотропии, уплотнения-разуплотнения при сдвиге и сжатии, а именно: сила землетрясения, тип грунта и его напряженное состояние - (глава 8).

Достоверность результатов и выводов обеспечивается:

- использованием современных фундаментальных положений и методов механики грунтов, грунтоведения и физико-химической механики дисперсных систем;

- использованием новейших методов и приборов для исследования состава, строения и свойств дисперсных грунтов с автоматической регистрацией измеряемых параметров, в том числе метода ядерного магнитного резонанса (на приборе фирмы "Брукер", ФРГ), растровой электронной микроскопии (фирма "Хитачи", Япония) и рентгеноструктурного анализа - все с обра« боткой результатов на ЭВМ; динамического прибора трехосного сжатия и других специальных приборов и оборудования, обеспечивающих точность измерений, намного превышающую величины псгрешностей, связанных с неоднородностью исследуемых грунтов;

- воспроизводимостью результатов экспериментальных исследований, которые проводились с не менее чем 2-4 кратной псВторностью;

- соответствием защищаемых научных положений результатам новых экспериментальных исследований, в том числе данным других исследователей, а также наблюдениям за поведением дисперсных грунтов в натурных условиях.

Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:

- разработаны новые представления о природе изменения структуры, прочности и деформирования дисперсных грунтов при низкочастотных динамических воздействиях, сопровождаемых колебательными перемещениями исследуемых объемов грунта;

- с новых (энергетических) позиций исследованы и установле-

ны особенности влияния состава, структуры и состояния дисперсных грунтов на их поведение при различных видах низкочастотных динамических воздействий и предложены новые показатели;

- впервые экспериментально доказан обратимый переход при интенсивных динамических воздействиях связанной воды в свободную в глинистых фунтах и тонкодисперсных системах из неглинистых минералов;

- впервые исследозаны, количественно обработаны и установлены особенности структурных изменений в глинистых грунтах при низкочастотных высокоамплитудных колебательных движениях;

- разработана классификационная схема сейсмоустойчи-вости дисперсных грунтов.

Личный вклад автора заключается в разработке теоретических и методологических положений диссертации; проектировании и изготовлении приборов; отборе образцов-, исследовании их состава, свойств и ¿троения; проведении экспериментов по изучению структуры, прочности ' и деформируемости грунтов в статических условиях и зо время динамических воздействий; обработке, анализа и обобщении результатов.

Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты создают основу для болеэ точной и достоверной оценки и прогноза изменения прочности, вязкости й деформаций дисперсных грунтов при низкочастотных диивмяческих воздействиях, е первую очередь сейсмических, чго необходимо для оценки и прогноза устойчивости склонов, откосов и оснований сооружений в. сейсмоактивных районах, сейсмического микрорайонирования территорий.

Разработан способ исследования плотности дисперсных грунтов при сейсмических воздействиях, признанный изобретением И позволяющий повысить точность определения изменения плотности, прочности и деформаций дисперсных грунтов при динамических воздействиях.

Разработаны слабоинёрционный вибрспенетрометр и устройство для определения сопротивления сдвигу дисперсных грунтов, также признанные изобретениями, конструкции которых доведены до производственного, использования, позволяют Повысить объективность, точность й воспроизводимость получаемых результатов и уже используются при исследованиях грунтов.

Предложены новые показатели, более достоверно „ характеризующие поведение дисперсных грунтов при динамических

воздействиях, а также различные зависимости между свойствами и состоянием грунтов, их поведением при различных видах и интенсианостях динамических воздействий, включая классификационную схему их сейсмоустойчивости.

Реализация работы, Результаты проведенных исследований, изложенные а опубликованных работах автора и представленные тремя изобретениями, в том числе два действующих прибора; рекомендациями по практическому использованию результатов исследований, содержащими "Клеси-фикационную схему сейсмоустойчивости дисперсных грунтов"; зависимостями изменения прочности и коэффициента изменения прочности от исходных свойств и состава грунгсэ, - используются .1 Кыргызском горно-металлургическом институте, Государственной комиссии по чрезвычайным ситуациям и гражданской обороне, Ошском филиале институте КыргызГИИЗ, Кыргызской комплексной гидрогеологической экспедиции (см. приложения 1-4), Так, с использованием материалов автора переселены жители из более "ем трехсот домов; авторская доля экономического эффекта внедрения результатов исследований за 1993-1994 пг, составила пятьсот две тысячи сомов (более 45 тысяч долларов США), а ожидаемый ежегодный экономический эффект составляет порядка 130-200 тысяч сомой (12-19 тысяч долларов США).

Результаты диссертационной работы включены в курсы "Механика грунтов и горных пород" и "Грунтоведение", используются при выполнении научно-исследовательских работ,, а дипломном и курсоэом проектировании студентами специальности ''Гидрогеология и инженерная геология"; курсах "Инженерная геология" для студентов специальностей "РазраиоТка месторождений твердых полезных ископаемых" и "Геологическая съемка, пбиски И разведка месторождений полезных иског.земых'1.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались или обсуждались на ряде совместных заседаний кафедры "Гидрогеология и инженерная геология" и "Полезные ископаемые" горно-геологического факультета Фрунзенского (Бишкекского) политехнического института (Фрунзе-Бишкек, 10781953 гг.); республиканской конференции "Состояние и Перспективы развития технических Наук в Киргизии" (Фрунзе, 1080); бсвссюаном совещаний "Проблемы лессовых Пород в сейсмических районах" (Ташкент, 1680); первой республиканской научно-технической конференции молодых ученых Киргизии (Фрунзе11881); II Всесоюзной

конференции по нелинейной теории упругости (Фрунзе, 1985); 1-м Всесоюзном съезде инженеров геологов, гидрогеологов и геокриологов (Киев, 1988); IX Всесоюзной конференции по механике горных пород (Фрунзе, 1889); YII Всесоюзной конференции "Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений" (Днепропетровск, 1986); заседаниях кафедры инженерной геологии и охраны геологической среды геологического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова (Москва, 1988, 1990, 1991 гг.); Международной конференции "Экология высокогорных регионов" (Бишкек, 1991), YII симпозиуме по реологии грунтов (Бишкек, 1992), заседании ученого Совета Кыргызского горно-металлургического института (Бишкек,1094), на секции и Ученом совете Института физики и механики горных пород HAH Кыргызской Республики (Бишкек, 1995).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, включающих две монографии и три изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 345 страниц текста (включая таблицы, рисунки и фотографии) состоит из введения, восьми глав, заключения, 8 приложений и списка использованной литературы из 325 наименований. Работа иллюстрирована 47 рисунками, 18 фотографиями, 33 таблицами.

Автор благодарит чл.-корр. РАЕН В.Т.Трофимова, профессоров ГАГолодковскую, Р.С.Зиангирова, В.А.Королева, д.г.-м.н. В.Н.Соколова, доцента В.Я.Квлачева, к.г.-м.н, С.К.Николаеву-сотрудников кафедры инженерной геологии и охраны геологической среды геологического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова, а также сотрудников Института физики и механики горных пород HAH Кыргызской Республики академика HAH И.Т.Айтматова, д.т.н. В.И.Нифадьева, Н.Г.Ялымова, К.Ч.Кожогулова, Б.Жумабаева, В.А.Мансурова, В.Я.Степанова, КЛТГажибаева, к.П.Шкурину, Т.Д.Джороева за полезные советы, обсуждение работы и критические замечания. Автор признателен д.т.н. А.А.Мусаэляну, Х.З.Расулову, Л.Р.Ставницеру за демонстрацию своих приборов и советы; д.г.-м.н. В.Е.Матыченкову и Ш.Э.Усулаеву - за бескорыстную помощь. Автор искренне благодарит Б.К.Жусубалиеву за большую помощь в оформлении работы; И.ВЛукашову, Л.А.Черную - за консультации по работе на ЭВМ; за помощь в отборе образцов, исследовании их состава и строения - В.Н.Соколова, В.Г. Шлыкова, О.М.Момбекова, Б.Т.Дулдаева, Т.БогоевсКи, И.Гапковски, Ю.М.ПетрусеВича; за помощь в изготовлений й "доводке" приборов - Е.Н.Дэбролюбова и

К.Ж.Ажыбаааа. Особую благодарность автор выражает своему научному консультанту академику РАН Е.М.Сергееву и академику РАН В.И.Осипоэу за ценные соаеты, постоянное внимание! к данной работе и неизменную доброжелательность к автору.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ЧАСТЬ 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

ГЛАВА 1. Современные представления о процессах, происходящих в дисперсных грунтах при динамических воздействиях

Первая глава составляет основную часть обзора и анализа материалов по тематике, проведенных с учетом исследований автора при выполнении кандидатской диссертации. В начале даны . представления о природе прочностных и деформационных свойста дисперсных грунтов, в том числе с точки зрения контактных взаимодействий. Далее проведен анализ природы процессов, происходящих в дисперсных грунтах при динамических воздействиях (ДВ) на них.

Трудами многих ученых, в том числе таких, как Г.Фрейндлих, А.И.Августиник, Д.Д.Баркан, О.А.Савинов, В.С.Шаров, В.А.Прик-лонский, П.А.Ребиндер, Е.М.Сергеев, Н.Н.Маслов, Б.М.Гуманский, И.М.Горькова, Н.Б.Урьеа, В.И.Осипов, Р.С.Зиангироа, Дж.К.Мит-челл, Б.Сид, Л.Финн, В.Т.Трофимов, П.Л.Иванов, Х.З.Расулов, Л.Р.Ставницер, и их сотрудников, установлено, что по степени влияния на изменение свойств грунтов при ДВ гогласно ряду глина - суглинок - супесь - песок снижается р0),ь тиксотропных Процессов и возрастает роль процессов уплотнения-разуплотнения и изменения парового давления.

По результатам большинства исследований степень разупрочнения природных связных грунтов возрастает с уменьшением количества частиц глинистых минералов И уменьшением физико-химической активности частиц глинистой фракции. Однако есть эксперименты, по результатам которых максимальное разупрочнение Наблюдается при определенном соотношении пылеэатых и глйнистых Частйц и/М прй разной физико-химической активности слагающих грунт минералов (Николаева, 1902; Вознесенский, 1986). Это, видимо, объясняется ¡эазНоЙ методикой исследований И разными ПроцеЬСвШ, Нрйте-

кающими в дисперсных грунтах при разных видах и энергиях ДВ.

Увеличение влажности глинистых грунтов приводит к их более легкой раэупрочняемости, то есть снижение их прочности и деформирование происходят при меньших циклах ДВ или при малых ее интенсивностях. Относительное снижение прочности с увеличением влажности глин от нижнего предела пластичности и выше проходит через максимум (Кожобаев, 1977; Николаева, 1982; Вознесенский, 1985). В районе влажности нижнего предела пластичности и ниже разные исследователи наблюдали разное поведение: от монотонного снижения относительного разупрочнения (Гуменский, Новожилов, 19G1; Гуменский, 1965), до некоторого ее увеличения (Нарбут,1972; Кожобаев, 1977; Митчелл, 1930; Ефременко, Вознесенский, 1990), объяснение причины которого не имеется. Снижение прочности связных грунтов при вибрациях происходит в основном за счет изменения параметра "сцепление'' (при расчетах с учетом изменения величины нормального" напряжения).

Деформируемость, в частности уплотняемссть (для водонасыщенных разностей - рэзжижаеместь) песчаных грунтов облегчается с уменьшением их исходной относительной плотности; с увеличением степени окатанности частиц и уменьшением "шероховатости" их поверхности; с увеличением однородности частиц (Иванов П.Л., 1962, 1953; Н.Н.Маспов, 1982; Петровски, Талаганоа, 1978; СТавницер Л.Р., 1988; Частоедов Ю.Н., 1983; Seed, Arango, Chan, 1976 и другие). О влиянии частоты и амплитуды колебаний в отдельности на снижение прочности и деформирование дисперсных грунтов, при вибрационных испытаниях, имеются самые противоречивые мнения, но все сходятся На их прямой зависимости от ускорения колебания.

При многокомпонентных колебаниях песчаные грунты уплотняются более эффективно, чем при однонаправленных. С ростом величины среднего нормального напряжения возрастает сопротивляемость грунта процессам деформирования или разжижения. Влияние коэффициента бокового давления однозначно не установлено, возможно из-за изменения его вепичины з ходе экспериментов. Пески, предварительно испытавшие ДВ (землетрясения, вибрации), являются более устойчивыми к последующим Воздействиям, чем не испытавшие их - при близких значениях показателей физических свойств.

Поведение дисперсных грунтов при ДВ во многом определяется граничными условиями их существования: водопроницаемостью границ рассматриваемого объема; возмож-

ностью деформирования и течения грунтов. При прочих равных условиях, хорошая водопроницаемость границ снижает время нахождения грунта а разжиженном или разупрочненном состоянии -из-за рассеивания порового давления.

ГЛАВА 2. Основные виды и параметры динамических воздействий

В глаае дается краткая характеристика ДВ. Вблизи фундаментов работающих машин и оборудования, а также движущегося транспорта амплитуды колебания грунта в большинстве случаев составляют сотые и десятые доли миллиметра, частоты меняются в пределах от единиц до первых сотен герц, а ускорения - от долей до единиц м/с2 . По энергии и площади охватываемых территорий из низкочастотных ДВ сильные землетрясения далеко опережают все остальные. Приводится ряд предложений (Seed, .Idriss, 1970; Болт и др, 1978; Аптикаев и Шебалин, 1988; Штейнберг, 1990) по обобщению и установлению связей между магнитудами землетрясений, интенсивностью землетрясений в баллах и некоторыми параметрами проявления землетрясений на определенных расстояниях от очага - продолжительностью интенсивных колебаний, амплитудами уско-рений, скоростей и смещений. Показано, что по одному из полных и заслуживающих доверия статистических обобщений записей параметров сильных землетрясений мира, Ф.Ф.Аптикаейа и Н.В.Шебалина (1988), при сильных землетрясениях интервалы колебательных смещений и скоростей достигают десяткоа сантиметров и см/с, соответственно, что, как представляется автору, нельзя игнорировать в расчетах и исследованиях - из-за резкого возрастания величин и роли кинетической энергии.

ГЛАВА 3. Существующие показатели, методики и Методы изучения поведения Дисперсных грунтов в условиях динамических воздействий.

В данной главе приведено описание показателей, призванных охарактеризовать: а) поведение дисперсных грунтов при ДВ (раз-личные виды деформаций, абсолютные и относительные измене-ния прочности и порового давления); б) параметры ДВ, приводящих к резким изменениям сйойств грунтов (критические ускорения и ускорения связности, граничные напряжения); в)изменения свойств грунтов при деформациях уплотнения и сдвига (коэффициен+ы уплотнения и компрессии,

паказатели дилатаноии). Анализ показывает, чта несмотря на большое количество показателей для характеристики состояния и свойств грунтов и прогноза их поведения, они требуют дополнений.

Методы и приборы, используемые для изучения поведения дисперсных грунтов при ДЭ, по мнению диссертанта необходимо разделить на две принципиально разные группы: позволяющие определять измеряемые величины во время ДЕ и не позволяющие этого. Для многих влажных связных грунтов, в которых ДВ вызывают быстро протекающие физико-химические процессы, величины показателей физико-механических свойств, определенные этими двумя группами методов и приборов, сильно отличаются друг от друга, з чем убеждают результаты разнообразных экспериментов (Кожобаев, 1977; Урьеа, 1080; Николаева, 1982). Однако методически достаточно обоснованных приборов, позволяющих определять прочность природных связных грунтов во время ДВ, сопровождаемых колебательными смещениями, практически нет.

ЧАОТЬП. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

ГЛАВА 4. Энергетическая характеристика динамических Воздействий и исследование природы процессов, происходящих в дисперсных грунтах при их действии.

В главе дается описание энергетического подхода к изучению поведения дисперсных грунтов при ДВ. Показано, что энергия, передаваемая образцу грунта в условиях его колебательных смещений, равна работе деформирования квазистатического образца грунта от действия равных по величине динамических нагрузок лишь в том случае, когда абсолютная деформация образца равна амплитуде его колебательных смещений. Этого при лабораторных испытаниях реальных образцов грунта практически не наблюдается. При передаче ДВ на образец грунта в виде его колебательных смещений, на единицу его обьема (массы) передается гораздо больше энергии (речь идет о целых порядках), чем при передаче динамических нагрузок на квазистатический грунт-при абсолютно одинаковых по величине значениях средних напряжений. Одинакового эффекта этих двух видов ДВ можно было ожидать для идеального грунта с абсолютно одинаковыми

структурными связями между всеми его частицами одинаковою размера и одинаковой плотности, Так как з природе таких грунтов не существует, то и эффект от этих двух видов ДЗ должен быть различным, В работе приводятся пути расчета дополнительных сил и энергий для простейшей модели строения грунта: равномерное расположение крупных шаров среди мелких (простая кубическая упаковка крупных шаров среди "заполнителя") - для различных расстояний между крупными шарами (см,рис.1). На рисунке также приведен характер распределения напряжений для разных случаев передачи динамических нагрузок.

При равных ускорениях, но разном времени действия сил инерции рассматриваемого объема грунта и отдельных его структурных элементов, то есть при разных частотах И амплитудах колебания: во-перзых, на единицу объема грунта передается не одинаковое количество энергии, что приводит к разной степени изменения структуры, прочности- и деформирования грунта; во-вторых, иначе реализуются реологические свойства. Вследствие этого, даже при равной средней мощности (интенсивности) ДВ на грунт, но кв одинаковых частоте и амплитуде колебаний, следует ожидать различного его поведения. То есть выбор Методов исследования грунтоа при ДВ должен, кроме всего прочего, основываться на энергетическом и реологическом обосновании,

Таким образом, теоретически показано, что моделировать ДВ, передающие грунту колебательные смещения, й частности сильные сейсмические воздействия, необходимо строго соблюдая равенство как величин ускорений, так и йеличич скоростей колебаний и удельных энергий. А, как известно, величина удельных энергий, кроме указанных параметров колебаний, зависит зщо и от размеров образца и статической нагрузки.

В связи с тем, что значительная часть изменения объема и осадки поверхности грунтов при ДВ связаны со сдвиговыми деформациями, автором были проведены расчеты и два группы специальных экспериментов по выяснению природы дилатансии. В первой группе различные фракции аллювиального песка, уложенные с максимальной плотностью непосредственно а коробка одноплос-костного сдвигового прибора и находящиеся ПОД разными нормальными нагрузками, подэергались сдвигу с различной скоростью в сухом состоянии, полностью йодйИэсЫЩйнноМ и 8 состоянии уйлажне.чин только ЗоМЫ сдвига- В "квпИЛЛйрно-уВЛажнеНном" состоянии.

aj -16- ¿J

и^фог a: ^

Рис.1. Схемы распределения напряжений (сг) при раэ-' личньк видах динамического воздействия (ДЗ) на однородные (а) и неоднородные (5, в, г) грунты:

а) при ДВ на каазистатический однородный образец и при его вибрации: t » • fit/faS) ; «

б) при Д5 на кзазистатический образец содержащий крупную частицу: О? » (Г£ Сер t

в) при высокоамплитудной вибрации (ВАВ) образца с включением крупней частицы: # '} ОТ и & • V'oi)

i'.ci; t (¡"{¡..ер, = ± ^ •rn/fz-Sjjzp;

г) при BAB грунта с мелкозернистым заполнителем:

Мг ^/М « /V ' Yi).

Исследования зо второй группе экспериментов проводились на различных моноионных, мономинеральиых (ментомориллонит, гидрослюДа, каолинит; молотые: кварц, биотит, мусковит), монодисперсных (<1 мкм; 1-2 мкм и др.)'системах и их смесях с использованием, полуавтоматического пластометра ИФХ РАН, при

-17-

разной глубина м скорости погружения конуса,

Опытами, в частности еще Н.Н.Масловя (1966), было убедительно показано, что а зона сдвига грунты всегда стремятся к максимально рыхлому состоянию, Поэтому при сдвиге и разрыхлении неполностью родонасыщенных дисперсных грунта радиус капиллярных менисков будет уменьшаться, то есть будет возрастать капиллярная связность грунта. Для условий максимального развития капиллярных сил связности (Ск), их предлагается ресчитать (по аналогии с другими силами -Осипов, 1979) по формуле:

С:<«3-М'г-(1-г,).Ск,/(В.П'г)!

здесь 2'-координациоНное число, характеризующее среднее число контактов каждой частицы с соседними частицами; п-г.орцстссть грунта в долях единицы; г - средний радиус частиц; М-доля контактов с наличием капиллярных менисков от общеро числа контактов з плоскости сдвига; Ск, - 2 • П > г • ¿Г' - сила капиллярного давления на единичном контакте' мезду двумя частицами; сГ- позорхнсстнсз нэтяжаниа воды на граница свозду-хом, Расчеты показали, что для тонкодисперсных неполностью зсдэнаеыщенных грунтов, "возрастание прочности" за счет капиллярных сил гложэт достигать многих десятков килопаскалей. Это подтвердили и эксперименты - максимальное значение сопротивления сдвигу плотных песков получено для капиллярно-уалажненных образцов, среднее - для сухих и минимальное - Для водонасыщенных образцов. Также получено, что с ростом величины нормальных нагрузок возрастаэт величина абсолютного сдвига, необходимая для достижении максимального значения сопротивлений сразу ( "2Г тах) плотных пассэа, а величина зазрыхлэния (дилатансии) - уменьшается,

Исследованиями во второй группе экспериментов юлучено.что по степени выраженности специфических 'дилатантных" свойств (здесь термин используется по опро-юлзнию И.М.Горьковой, 1075) минералы распологаются согласну' >яду: кварц > биотит > мусковит > каолинит > гидрослюда, У лонтмориллонитовой глины при любой влажности дилатантныэ ■.войстза не обнаружены. В обратной последовательности 'меньшается способность этих систем к проявлению пластинных И иксотропных (в классическом понимании этого Термина) саойоТ

Возрастание величины сопротивления сдвигу ряда тонкодисперсных систем, с ростом скорости сдвига, вполне объяснимо ростом отрицательного порового давления -"вакуумированием" зоны сдвига - что подтверждено расчетами и экспериментами автора.

Расчеты автора, проведенные с использованием формул глобулярной модели дисперсных тел показывают,что в системах из пылеватых и тонкозернистых песчаных частиц, при реально встречающихся процессах нагрузки и разгрузки, точечные и коагуля-ционные контакты Могут обратимо переходить друг в друга. Этим можно' объяснить некоторые особенности их поведения - резкое возрастание сопротивляемости после определенных величин деформации и обратное снижение прочности при прекращении деформирования; способность к самоуплотнению.

На основе представлений различных авторов о природе тиксотропных явлений . и собственных экспериментов, делается, вывод о том, что в отличие от суспензий в таких высококон-центрироаанных системах, как водонасыщенные природные связные грунты, итенсивность проявления тиксотропных процессов в первую очередь зависит от степени (глубины) разрушения исходной структуры, прочности и вязкости грунта. При достаточно мощных воздействиях в глинистых грунтах обратимое снижение прочности и вязкости происходит и за счет временного перехода связанной воды в свободную. В таблице 1 приведены результаты специальных экспериментов по инструментальному изучению этого явления.

Совместно с доцентом физического Факультета МГУ Ю.М.Петрусееичем на усовершенствованном спектрометре фирмы "Брукер" РС-120 (ФРГ) методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с трехкратной гювторностью измерялись времена продольной релаксации протонов воды (ТО различных' систем в состоянии их покоя, ао время интенсивных ДВ (при зазоре соосных "цилиндров" в 1 мм и частоте 2-4 Гц, амплитуда колебаний составляла 3-5 Мм) и спустя разное время после их прекращения. Из таблицы видно, что во всех системах (за исключением монтМориллонитовой) при ДВ наблюдается обратимый переход связанной воды в свободную, о чем можно судить по увеличению степени подвижности молекул йоды, пропорциональной Эти эксперименты и данные по удельной энергии атомизации свободной и связанной воды (Мамыроз, 1984), позволяют утверждать, что: а) только за счет обратимого перехода связанной воды энергия структуры .тонкодисперсных грунтов гложет "изменяться на десятки процентов, а величина прочности - на

Таблица 1.

Результаты экспериментов методом КНР по измерению времен продольной релаксации протонов воды Т^ до, во время и после динамических воздействий на дисперсные системы

Г 1 — 1..... ........... 1 ! Т1 в ¡Характеристика 1 1 сос- ¡динамического I Объект и 1 гея- ¡ноздс-йстзия I его влаж- | нии I (при зазоре в 1 ность. ¡покоя,) 1 мм) 1 % | МО |-г—- 1 1 ¡час- I ампли-1 1 ¡тота,| туда, 1 1 1 Гц I мм т г • 1 Т1 во | Зре~|Т£ время | мя ¡подина- | по- ¡еле мичес- | коя,1дина-кого | о ¡мичве-воз- | ¡кого ДйЙСГ- | ¡Е03- вия.нс | ¡дейст- 1 ¡ВИЯ,МО 1 1

I 1 • г 1 1

1 Кварц < 1 мкм 1 31,4; 1 || | || 43 | 2 | 3 | 48 | 30 1 44 II I 1 1 1 I г II

1 [Кварц < 1 мкм 1 31.4; | 44 | 4 | 5. 1 1 1 1 62 | 30 1 60 ¡120 49 46 46

1 ¡Кварц < 1 мкм 1 34,2; 1 1 1 | | 49 | 4 | 5 ! 1 1 1 1 1 63 1 30 1 90 ¡150 1 51 1 51 1 51 1

1 ¡Каолинит Глу-¡ховецкий, 50,3; 1 1 1 1 | В) | 2| 3 1 1 " 1 4|.5 1 1 77 | 30 1 101 I 60 1 90 61 1 61 1 61 |

[Каолинит (тот 1 же), 57,2; 1 I | 67 1 4| 5 1 1 1 | ............ I 6В | 30 ! 1 67 |

1 ¡Монтмориллонит. | (Асканглияа). 1 00,7; 1 38 | 4 | 5 1 1 1 1 | 1 18 | 30 1 46 |

1 |Монтмориллонит, 1 (-"-). 89.6; 1 60 | 4 1 5 40 ! 30 ( 54 \ | 60 | 54 | | | |

1 ¡Лессовый грунт, | Ош, генплан, ¡ш. 134/бм, 27,5; 1 ......... 18 | 4 1 1 | 5 28 | 30 1 13 | I 60 | 18 | ¡120 16

соуни процентов (при разжижении грунта); б) обратный переход свободной воды а связанное состояние происходит практически мгновенно (<30 с; 30 с, это то минимальное время, которым ограничивается возможность метода ЯМР на описанном приборе),

В работе также приведены расчеты по определению зависимости коэффициента "последующего" (после "мгновенного") тиксотропного упрочнения (Кпту) от толщины частиц и расстояния между ними, показавшие, что Кпту растет с ростом этих величин (для Принятой модели грунта с контактами частиц по типу базис-базис и базис-скол).

ГЛАВА 5. Разработка методики и новых приборов для исследования поведения дисперсных грунтов при низкочастотных динамических воздействиях.

Из материалов, Приведенных в 3-й и 4-й главах логически, вытекает, что не все методы и приборы пригодны для достижения цели диссертации. Так, для прямого и быстрого определения прочности природных связных грунтов во время ДВ в виде вибрации, практически предлагается лишь один метод - метод вибропенётрации В.Н.Кутергина. Однако, как показано в работе теоретически и специальными методическими экспериментами, этот метод можно Использовать лишь в ограниченных случаях. В связи с этим автором предложены два устройства, позволяющие определять прочность связных грунтов как в статических условиях, так и во время ДВ, признанные изобретениями, И которые сокращенно можно назвать как совместно колеблющийся вибросдвиговой прибор и слабоинерционный вибропенетрометр.

Суть "совместно колеблющегося вибросдвигового прибора" заключается в тoм¡ что за счет закрепления микрокрыльчатки (с приспособлениями для его сдвига и измерения усилий) к кольцу с образцом, исчезает возможность взаимного сдвига крыльчатки и грунта в направлении вибрации и дополнительное неучитываемое разрушение структуры грунта. Усилия и деформации можно фиксировать автоматически (за счет сменных пружин с тензодатЧиками) или определять по индикаторам Часового Типа.

^ Все элементы "слабоинерционного виброленетрометра", за исключением сменного конусного наконечника из легкого материала и подставки для измерения деформаций, жестко закреплены к обойме с образцом, а нагрузка На конус предается при помощи лротарированнрй пружины. Пластическая прочность в

статически* услоаиях (Ртс) и во время вибрации (Рт") рассчитываются по формулам;

где К - коэффициент зависящий от угла заострения конуса; С-жесткссть пружины, ¡¿. - амплитудное значение ускорения колебания; £ - ускорение силы тяжести; т-'Общая масса элементов аибрспенетрометра, не связанных жестко с вибростолом; Я/ -величина перемещения упорного болта; - глубина погружения конуса в груит а статических условиях; - дополнительное погружение конуса в грунт при его вибрации.

Из анализа результатов экспериментов делается вывод о том, что динамические испытания на .сдвиговых приборах нужно подразделить на два вида, которые можно назвать: динамосдви-говыми и вибросдвиговыми.

При вибросдвиговых испытаниях определяют те же характеристики, что и на сдвиговых, и по тем же методикам, но при условии наложения на образец (вместе с частью прибора) вибрации. При этом необходимо учитывать как параметры вибрации (ускорение, скорость, длительность, форму, направленность), так и параметры динамической нагрузки и деформаций (величину, направленность, относительные и абсолютные деформации).

Динамосдзиговые испытания отличаются от вибросдвиговых тем, что динамические нагрузки прикладываются к образцу, находящемуся в квазистатическом состояний, Моделирование производится по относительным деформациям или по напряжениям (нагрузкам). Разновидностью динамосдвигоеых испытаний являются динамические испытания на кручение и трехосное сжатие. Предлагается ряд новых показателей дилагансии, которые можно использовать для характеристики грунтов при тех или иных услоаиях их испытания: максимальные степени дилатаноии по объему, пористости или коэффициенту пористости, под которыми надо понимать максимальные значения отношений изменения объема, пористости или коэффициента пористости к их исходным значениям; величины сдвигов максимальной дилатаноии и максимального коэффициента Д и л а т а н с и и, то есть тех значений абсолютного кД) и относительного (>) сдвигов, при которых етвлвнй дилатвнсий и коэффициент дилатансии достигают максимальных величин.

Анвлиз распределений нвпряжаний (см, №. 4) при ДВ с колебательными (пибраЦионнымй) перемещениями Исследуемого, объема грунта, а таюкё эксперименты Доказывав (ьм. Ж. В, Ъ 8),

что важную роль в изменении структуры, прочности и деформировании грунтов играют амплитудные значения скоростей колебаний. Поэтому, думается есть необходимость введения таких показателей, как критическая скорость и скорость связности, по смыслу аналогичных подобным показателям по ускорениям, т.е., соответственно, те значения скоростей колебаний, при превышении которых наблюдается резкая интенсификация процесса разупрочнения грунта и его разжижение. При региональных исследованиях, например, оползней и при исследованиях на площадках строительства с разнообразными грунтовыми условиями в сейсмически активнь/х областях, где бывает необходимым выделить участки. разупрочИяемых и дополнительно деформируемых грунтов (потенциально опасные участки) ст ожидаемых землетрясений, представляется' целесообразным введение новых показателей типа критическая плот к ость (з том числе относительная), критическая прочность, критическая влажность или критическая степень О о д о н а с ы Щ е н и я. Выбор того или иного из последних показателей должен определяться простотой их определения, а таюке теснотой и характером их связи с величинами деформирования, снижения прочности н вязкости грунтов при ДВ.

В главе также дано краткое описание приборов, Использованных автором при проведении исследований с анализом распределения напряжений в грунте при работе' на них: виброскашивающего прибора; динамического прибора трехосного сжатия и Др.

ЧАСТЬ ¡¡[.ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ ПРИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И КЛАССИФИКАЦИОННАЯ СХЕМА ИХ СЕЙСМОУСТОЙЧИВССТИ

ГЛАВА 6. Закономерности изменения прочности и структуры глинистых грунтов при низкочастотных динамических воздействиях.

В начале главы в кратком виде приводятся характеристики 128 групп Изученных монолитов связных грунтов, отобранных из самых различных мест (континентов, озер и морей) и государств (Болгарии, Кыргызстана, Польши, России, Таджикистана, Украины) и минеральный состав глинистой фракции некоторых из них.

Даны результаты определения (175 "парных" определений, с ~:2-4-х кратной поаторностью каждого определения) коэффициента

изменения их прочности от действия гармонической и импульсной вибрации с использованием методов определения прочности сразу после ДВ и по рремя ДВ ка приборах виброскашивания, вибропенетрации и комплекса с микрокрыльчаткой. Эти исследования показали, что при использовании метода определения прочности зо время ДВ коэффициент изменения прочности получается намного больше (от десятков до сотен процентов), чем в случае использования метода определения прочности сразу после ДВ.

В образцах из паст монтмориллонита при любых исследованных влажностях (от 113 % до 178 %), ускорениях (до 250 м/с2), времени вибрации (до 5 мин.) и момента измерения прочности (во время вибрации или после) снижения прочности не зафиксировано.

Во всех других грунтах (глинистых, илах, пастах из каолинитовых глин разной влажности и др.). при определении прочности во время вибрации наблюдалось снижение прочности э той или иной степени - от 1,1 до 5-10 раз. При определении же прочности сразу после ДВ отмечалось как снижение прочности, так и ее повышение. Между коэффициентом изменения прочности (Ки), з данном случае определенного кал отношение прочности,, определенного в условиях вибрации (Ртй ; "С®), к прочности а статических условиях (Ртс; С3 ) и исходной прочностью была отмечена связь. С использованием метода наименьших квадратов, между ними было составлено уравнение регрессии, имевщее следующий зид:

Ни - + о, 02.-,

здесь /^/¡^исходная прочность,кПа. 1о уравнению получается, что чем больше исходная прочность, тем иенее связные грунты способны к разупрочнению.

Эксперименты при различных сочетаниях амплитуд ускорений и скоростей колебаний показали, что при принятых 1начениях ускорений колебаний (от единиц до первых сотен м/с2) лежду ускорениями _ колебаний и изменением прочности сраженной связи не наблюдается - при недостаточном количестве 1анных для "статистики" превалирует влияние других факторов -сходной прочности, влажности и др. В то же время при анало-ичных исследованиях на рисунках видна связь между коэффи-^ентом изменения прочности и скоростями колебаний, менявшейся от единиц до 68 см/с. При выссчозмппитудных еибрациях с скорениями, равными амплитудам ускорений низкоамплитудной ибрации, отмечается четко заметная интенсификация процесса

-24-

разупрочнения лессовых грунтов.

С целью изучения влияния низкочастотных высокоамплитудных колебательных перемещений грунта на его микростроениа, ряд образцов лессовых пород были подвергнуты качественному и количественному анализу с помощью комплекса растровый электронный микроскоп (РЭМ) - микро ЭВМ, подробно описанной в работе О.И.Осилоеа, В.Н.Соколова, H.A. Румянцевой (1989). Из образцов-монолитов вырезались небольшие "таблетки" которые, после быстрого замораживания с помощью жидкого азота, подвергались вакуумной морозной сушке (методику см. там же, с.85-86). Из этих монолитов также вырезались две другие партии образцов, которые насыщались водой. Одна партия образцов сразу же после этого подвергалась процедуре быстрого замораживания и далее все проводилось также, как и для исходных образцов. Вторая партия образцов после аодонасыщения подвергалась в течение 30 с высокоамплитудной вибрации с частотой 1,4 Гц, амплитудами ускорений 600 см/с2 и скоростью 70 см/с и сразу подвергалась быстрому замораживанию в жидком азоте. Подготовленные таким образом образцы в дальнейшем исследовались по методике и на аппаратуре, описанной в указанной выше работе.

Каждый образец просматривался под РЭМ и, при разных увеличениях, характерные ("ключевые участки") фотографировались. Всего было сделано и изучено 105 фотографий при разном масштабе увеличения (от 100 до 5000) двадцати одного образца.

Количественный анализ микроструктуры проводился по серии РЭМ изображений, перекрывающих весь диапазон встречаемых размеров структурных элементов при увеличениях РЭМ изображений: 100, 250, 1000, 6000 и некоторые другие (1500, 3500).

Анализ показал, что после высокоамплитудной вибрации исключительно во всех исследованных случаях заметно возрастает количество пер. Если брать в относительных величинах, то возрастание количества Лор составляет от 4 % до 183 %, а в среднем по всем образцам составляет 45,8. %. Пористость же как уменьшается, так и возрастает.

Обобщенный визуальный анализ фотографий также показывает, что после динамических воздействий в цэЛом возрастает однородность микроструктуры, хотя можно видеть, что пространство вокруг крупных частиц заметно разрыхляется. Последнее является следствием действий объемных сил Инерции этих частиц и неравномерного распределений напряжений внутри грунта. Из анализа количественных данных измзйения микростроения лессовых Пород, Можно прийти к мнению, что многие установленные ранее закономерности изменения (никростроения

лессовых и других связных грунтов при низкоамплитудных вибровоэдействиях и 1-й стадии трамбования (Трофимов, Мартынов, 1975; Николаева, 1982; Гридневский, 1986; Вознесенский, Калачев, Трофимов, Коваленко, 1990; Ефременко, 1991) наблюдаются и при высокоамплитудной вибрации, но имеются и свои особенности.

К общим закономерностям изменения микростуктур лессовых и других связных грунтов можно отнести разрушение слабопрочных агрегатов и формирование статистически более однородной структуры с увеличением количества мелких пор и общей площади пор.

К особенностям изменения микростроения лессовых грунтов под воздействием высокоамплитудной вибрации относится их разрыхление вокруг крупных частиц и возможное разрыхление грунта в целом.

ГЛАВА 7. Поведение песчаных грунтов при низкочастотных динамических воздействиях.

В начале главы э работе дается описание конкретной методики работ и характеристики исследованных образцов песков.« Приведены розультаты экспериментов ' по определению деформируемости и разжижению двух групп образцов песков хоостохранилищ в зависимости от их исходной плотности, проведенные совместно с доцентом кафедры Геотехники университета республики Македония Т. Богоевски на динамическом приборе трехосного сжатия. При испытаниях автоматически записывались величины и характер изменения вертикальной нагрузки, порового давления и подсчитывалось число циклов нагрузок. Пески состояли из сравнительно однородных (Си=2.5 - 4.0) неокатанных угловатых частиц и, по ныне действующему ГОСТу 25100-82, они относятся к переходным между мелкими и пылеватыми, по плотности сложения, при любой взятой относительной плотности (М от 0.00 до 0.89 и 0.65), за исключением максимально плотного сложения, относятся к пескам рыхлого сложения. При реальном наиболее плотном сложении (1(1=1.00), когда коэффициент пористости для первой и второй группы образцов равен 0.65 и 0.68, по тому же ГОСТу они относятся к пескам средней плотности. Для первой группы образцов 1 испытания проводились с частотой 2 Гц и со ступенью нарастания ' нагрузки в 1/10 части от всестороннего давления, которая тоже в разных экспериментах бралась разной, и, после каждых 100 циклов нагрузки, интенсивность увеличивалась на следующую ступень, то

ссть на 'l/ iü от всесторонней, и так продолжалось до достижения состояния разжижения образца. Для второй группы образцов испытания с постоянной интенсивностью, выражаемого отношением {Op/f&'Oer) ). в Пределах от 0.15 до 0.45, продолжались до их полного разжижения.

На основании экспериментов сделано следующее заключение: на устойчивость водонасыщенных песков против ДВ сильное влияние оказывает не абсолютное значение плотности, а относительное, следствием чего является вывод о несовершенстве классификации песков в ГОСТ 25100-82 по значению коэффициента пористости, на что, в частности, указывал и П.Л.Иванов (1983). Иллюстрацией сказанного может служить рис. 2, построенный на экспериментах с образцом второй группы при всестороннем давлении в 50 кПа, равном давлению консолидации. Из рисунка видно, что при прочих равных условиях, увеличение id от 0.40 до 0.65, для достижения состояния разжижения, требует увеличения количества циклов от 6 до 30 - при интенсивности 0.45, и от 90 до 1050 циклов - при Интенсивности 0.15. То есть "рыхлые" (по ГОСТу) пески имеют, во-первых, относительную плотность 0.4G-0.65 и, во-вторых, они устойчивы против довольно сильных землетрясений (7-9 баллов по Seed, Idriss, 1970).

Эти исследования, моделирующие сейсмические воздействия по напряжениям, также показали, что: а) изменение частот колебаний з пределах 1-5 Гц не влияет на их устойчивость против уплотнения и разжижения; 6) величины деформаций резко интенсифицируются с ростом перового и уменьшением эффективного давлений; в) устойчивость песков против разжижения возрастает с ростом величины всестороннего давления и уменьшением относительной интенсивности динамической нагрузки (Богоезски, Кожобаев,1984).

На приборах ВЭДС-10 и специально изготовленном высокоамплитудном низкочастотном вибраторе было исследовано уплотнение различных песксв (Люберецкого, аллювиальною различных фракций и их смеси) при вибрациях с амплитудами ускорений от единиц ule1 до пределов выше порогов их виброкипения (1.2-2.0 д) и скоростях колебаний от единиц до 68 см/с. Эти изменения ускорений и скоростей соответствовали изменениям часгот от долей герца до более чем 20 Гц. ^следования показали, что с ростом амплитуд ускорений, скоростей и времени колебаний наблюдается увеличение плотности песков (за исключением колебаний а пределах "виброкипения" и ниже "критических)". Причем, при одних и тех же амплитудах ускорений колебаний,

AS-

osas-

9.Í-V

JÉL

jTl

инц-

■ S 6} ts IS JÍ Vf & tit tit list SßM

Рис. Я. ffeofaocfr/Afüe ¿лярозяы/же&м Vi/мо /лу J ¿л?

¿'/rrAûct/rrfejf&A'aâ /rs/7/rtwe/?u/ á£o¿r¿iJ0¿ ffi/J : Л - ¿>.S0; J- ЯУ* ff, ßs

S s ¡t>

?Q &>

St

is' SJ M

to

$1% ârftûevrejtrtï? ялегмасп

Усхоренм /алгёсгУЩЦ.

/

Л

X •

AAA

Л ÀÀ А а оа

I¿ "

Spc.48 t?iV7e¿ayust:

», о, f> - 30t

X, AfA - iZ о с

'¿/J?

4 5 в ? t э и н it i$ Ít ¡s 16 ¡Гсч/с

смесея Лвсерецхаго с дзасм/иег}

flm см/7Л(//т/<?б/ ceô/iâcr/s Afa/teSwi/я.

с ростом амплитуд скоростей наблюдается увеличение степени уплотнения песков, На рис, 3 предетззлена часть результатов подобных экспериментов, из которого видна, что при увеличении амплитуд скоростей колебаний примерно в два раза и при отклонениях амплитуд ускорений колебаний в пределах не более чем 3-4 %, полученная относительная плотность увеличивается с 5-15 % до 60-80 %, то. есть р Б-10 раз. Передача же на пески, находящихся в состоянии покоя, таких жз по величине динамических нагрузок, приводит к намного меньшей степени уплотнения, Более тесную зависимость степени уплотнения песков от величины амплитуды скоростей, чем от амплитуды ускорений и "интенсивности- вибрации" (термин по Шмигальскаму, 1959) пропорциональной 'произведению амплитуд ускорений и скоростей, подтверждают.и результаты статистического анализа (см, табл, 2). Эта связь, о которой а данном случае судится по коэффициенту парной корреляции (г) заметна еще более ярче в случае отнесения полученной степени плотности (как и положено считать) к равным (а работе к 100) циклам колебаний (см, табл. 3]. Понятно, что о степени тесноты связи необходимо судить в первую очередь по минимальному времени вибрации (по 0,5 мин), так как с увеличением времени начинает играть главную роль приращение плотности грунта, имеющего уже резную исходную плотность.

Как видно из таб, 3, наибольшая теснота связи амплитуд ускорений со степенью уплотнения наблюдается ' з случаях "чистых", то еоть более однородных -,в гранулометрическом отношении песков - чистой фракции 1-2 мм (г для 0.5 мин с 0.48) у' для Люберецкого песка (г для 0.5мин = 0.61), чем;-Для их смесей (г меняется от 0.25 до 0.38), Между тем, при намного более тесной связи между амплитудами скоростей колебаний и полученной степенью плотности (С Лежит в пределах 0.76-0.89) этого не наблюдается. Эти данные убедительна подтверждают представления о роли распередэления напряжений внутри грунта при вибрационных испытаниях грунтов (см. гл. 4-), Ёывод о более тесной связи степени уплотнения слабонагруженных песков с емпли-тудами скоростей, чем с амплитудами ускорений, подтвердили и исследования этих песков на ВЫсокоамплитудном вибраторе,

Были проведены эксперименты по выявлению влияния угла направления вибрации .на уплотнение изометричных образцов песка. Во время разнонаправленных (от 0 До 90 градусов через каждые 15 градусов) вибраций с частотой 12 Гц и Продолжительностью 2 мин., инструментально замерялись амплитуды колебаний - для определения вертикальных и горизонта пьНых состав-

Таблица 2.

Коэффициенты парной корреляции между амплитудами ускорения, скорости вибрации и относительной плотностью для смесей Люберецкого песка с песком фракции , 1-2 мм посла определенного времени вибрации

Содержа-1 Амплитуда | ние фра-I1-усК-я-"а"! кции

Коэффициенты парной корреляции ко времени -вибрации. мин

1-2мм, |2-скор.-"V" | ■

3.5

2

10

о ! 1/2

Ю ! 1/2

20 | 1/2

30 | 1/2

45 | 1/2

60 | 1/2

75 I 1/2

100 ( 1/2

10,70/0,79 10,50/0, В5 [0.52/0,83 10,67/0,84 Ю, 67/0, 81 10, 60/0, 82 10,66/0,77 10.71/0,81

0,55/0,74 0,62/0, 88 0,63/0,57 0,71/0,85 О, 69/0, 85 О, 60/0, 83 О, 65/0, 77 О, 76/0, 83

0,46/0,70 0,63/0,91 0,61/0,87 0,70/0,86 0,67/0,87 0,59/0,89 0,64/0,81 0,71/0,83

0,43/0,661 0,64/0,93| 0,61/0,681 0.69/0,89| 0,66/0,871 0,56/0,861 0,67/0,81 0.72/0,81

Признанна: коэффициенты Парней корреляции рассчитаны без данных экспериментов, у которых "а" и "V" ниже критических значений или находятся б области виброкипения образцов.

Таблица 3.

Коэффициенты парной корреляции (г) между изменением относительной плотности (М) за 100 циклов и амплитудными значениями ускорения (а), скорости (V) и интенсивности (а*У) зибрации для Люберецкого песка, его смесей с фракцией песка 1-2мм.

Содэр жание Фракции 1-2мм

Колй-| чест-зо ,— наб- |

лю- 1-г—

де- | а |у ней | 1

Коэффициента парной корреляции за время вибрации (мин)

-—1—1—--;-

0.5

|а*у

2

а V |а*у

-1-1-

а I V |а»у

О 10 20 30 45 60 75 100

28 |0,4е|0,79|0,62

18 -10.2610,8910,70

18 ¡0, 23|0, 89|0, 72

18 |0.3610,87|0,77

18 |С, 26! О, 3410. 74

20 [0, 38|0, 84(0, 73

16 10,2510,8110,72

20 ¡0, 61 ¡0, £810. 33

_I_:_I_

О,31|0.70|0,47 О, 22|0, 90|0, 67 О, 26)0, 9010, 72 0,3710,3310,78 О, 25|0, 89Ю.76 0,3810,8610,74 О, 13|0, 79|0.66 0,5910,&0|0,ео

.. I__I_

0,19|0. 6410.38| 0,21]0. 93|0,69| 0.2610, Э1(0.6Э| 0,3010,8910,731 0,18|0. 89|0,73| 0.30|0,86|0,69( 0.1410.8310,661 0; 4710,8810,78|

„ I 1_I

ляющих амплитуд ускорений и скоростей. Исследования показали, что при наклрнных и горизонтальных вибрациях пески уплотняются более эффективно, чем при вертикальных, Коэффициенты парной корреляции, рассчитанные между амплитудами ускорений (скоростей) колебаний В направлении рибрации и достигнутыми относительными, плотностями песка получились равными 0.81; по вертикальному и горизонтальному направлениям 0,00 и 0.68, соответственно.

Эксперименты по выявлению влияния слабоинерционной и инерционной нагрузок на уплотнение песка показали, что увеличение величины слабоинарционной нагрузки, передаваемого, например посредством сжатой совместно колеблющейся пружины, препятствуют виброуплотнению, Для выявления закономерностей влияния инерционной нагрузки, являющихся довольно сложными -из-за необходимости учета резонансных явлений, соотношения жесткостей и Других параметров нагрузки и грунта, требуются дополнительные исследования, хотя в наших исследованиях здесь тоже отмечена подобная >ка тенденция.

ГЛАВА 0. Классификационная схема дисперсных грунтов ло сэйсмоустойчивости. ,

В начале главы даются принципы построения классификационной схемы сейсмоустойчивости дисперсных грунтов. В качестве первого принимается принцип учета в классификационной схеме всех тргх, относительно независимых друг от друга, групп факторов: особенности ДВ: "внутренние факторы", то есть характеристики грунта; напряженно-деформированное состояние рассматриваемого объема грунта и граничные условия его существования.

Каждая Из перечисленных групп Включает в себя множество факторов, в тех или иных условиях существенно влияющих на поведение грунтов. Учет всего их многообразия в классификационной схема привел бы к его значительному усложнению. Поэтому вторым принципом построения классификационной схемы сейсмоустойчизости дисперсных Грунтов принимается принцип учета небольшого числе главнейших факторов из каждой группы.

Параметры каждого из выбранных "главнейших" факторов в реальных условиях могут меняться в значительных пределах, вследствие чего в качестве третьего принципа принимается

принцип построения классификационной схемы длл каких-то "осредненных" или "обобщенных" значений главнейших факторов каждой из трех групп. Следствием применения второго и третьего принципов является вывод о том, что классификационная схема может служить лишь для ориентировочного суждения о поведении дисперсных грунтов при тех или иных сейсмических воздействиях, то есть только для качественной оценки возможного поведения грунтов.

Четвертым принципом построения классификационной схемы может служить принцип выбора в качестве обобщенных значений основных параметров хорошо апробированные, проверенные практикой значения.

В работе дается описание, анализ и расчеты основных факторов - с точки зрения учета их" в классификационной схеме. С определенными упрощениями, в частности, для конкретных значений ускорений и скоростей колебаний, взятых по Ф.Ф.Аптикаеву и Н.В.Шебалину (1988), были рассчитаны удельные (по объему) кинетические энергии (Wk), работы деформирования и относительные разницы между ними для различных глубин, плотностей грунта и частиц грунта. Расчеты показали, что относительное значение разницы кинетических энергий и удельных pa6of деформирования ((Wk - Ауд)/Ауд 100% до глубин 2-2.5м выше 90%, а до глубин 6м - выше 50%. Для конкретных моделей (см. гл. 4) крупные шарообразные частицы среди мелких, при разном их соотношении по содержанию - принимая соответствующую для данного случая глобулярную модель пористого тела, были рассчитаны на ЭВМ типа IBM на языке "Бэйсик": силы и энергии связи (сцепления) мелких частиц (частиц "заполнителя" - матрицы) по боковой поверхности цилиндра с основанием, равным площади диаметрального поперечного сечения крупного шара); силы и энергии трения на той же площади, а также разности кинетических энергий и сил инерции крупных частиц и мелких частиц в объеме крупных (то есть тех "дополнительных" сил и энергий, которые приводят к сдвиг/ этого "цилиндра" и дополнительному разрушению структуры грунта).

Анализ результатов расчета показал, что:

1 - силы сцепления и энергии связи частиц при сильных землетрясениях намного уступают силам инерции и кинетическим энергиям "крупных" частиц, начиная с лылеватых и крупнее;

2 - кинетические энергии "крупных" частиц превышают энергии за счет сил сопротивления грунта сдвигу только для спучаез соблюдения всех трех ниже перечисленных условий: а) сильные землетрясения >7-8 баллов; б) частицы крупнее средних

песчаных; в) глубина расположения грунта не превышает 2-3 м; 3 -отношение разности "дополнительных" сил инерции к силам сопротивления сдвигу за счет трения составляют значимые величины (десятые доли и целые проценты), а отношения разности "дополнительных" кинетических энергий к энергии сопротивления сдвигу за счет сил трения (при принятии за критерий сдвига минимальный величины сдвига 0,25мм, при которой песчаный грунт "доуплотняетсн") составляет десятки и сотни процентов (при принятии критериев сдвига по ГОСТу в 5 мм - единицы и десятки процентов) тоже для случаев; а) сильных землетрясений; б) ела-бонагруженной поверхностной части земли; в) наличия в грунте частиц, крупнее пылеватых.

В работе дается описание случая разжижения и течения неокатанных неоднородных крупнообломочных водонасыщенных грунтов с песчано-гравийным заполнителем, наблюдавшееся при Толукском землетрясении (19.08.1992 г., Кыргызстан) с силой в эпицентре 9 баллов. Этот случай, как и ряд других, показывает, что при сильных землетрясениях в приповерхностной части земли перейти в разжиженное состояние и образовать "сейсмосели" могут даже грунты, по мнению абсолютного большинства специалистов имеющие практически нулевой потенциал разжижения.

В работе приведено описание составленной

классификационной схемы сейсмоустойчивости дисперсных грунтов. В'ней, по характеру преобладающих структурных связей, дисперсные грунты подразделены на две группы - связные и несвязные. Несвязные грунты, по признаку резко различного поведения при ДВ, подразделены на водонасыщенные и неводонасыщенные и, далее, по этому же признаку, последние подразделены по величине относительной плотности (М) на рыхлые (Ю = 0 - 0.33); средней плотности (М = 0.34-0.66) и плотные (1с1 > 0.66).

Связные грунты, по этим же признакам, подразделены по числу пластичности (1р) на две группы - с 1р < 10 и 1р > 10 и далее, по показателю текучести (10 и по коэффициенту пористости (как в СНиП 11-7-81 - "Строительство в сейсмических районах", М, 1982) на подгруппы с К < 0.5 при "е" < 0.7 и К > 0.5 для группы с 1р < 10 и с и < 0.5 при "в" < 0.9 и И > 0.5 - для группы с 1р > 10.

Из параметров ДВ учтен один комплексной показатель -сила проявления землетрясения в баллах: 7, 8 и 9 баллов. Из показателей напряженно-деформированного состояния учтена лишь глубина расположения грунта - тоже как определяющий фактор, по степени влияния далеко опережающий все другие факторы этой группы. По соотношению кинетических энергий и

сил инерции с анергиями и силами сопротивления грунтов сдвигу, исходя из величин отношения разности кинетических энергий и сил инерции крупных частиц к этим же параметрам частиц заполнителя, а также из наблюдений за природными явлениями, в качестве интерзалов выбраны глубины 0-2.5 м; 2.5-6.0 м и > 6 м.

В классификационной схеме поведение грунтов характеризуется чисто качественно: грунт (при данных параметрах и условиях) устойчив против сейсмических воздействий данной силы -У; грунт условно-устойчив - УУ и неустойчив -.НУ, Рядом в скобках, в сокращенном виде, дано перечисление тех процессов, проявление которых наиболее вероятно для данного грунта во время ДВ: Упл.-уплотнение; Разж.- разжижение; Д- процессы дилатзнсии; ТП - ти.ксотропныэ процессы; ИКС - изменение капиллярной связности; Разр - разрыхление.

Поведение грунтов во время землетрясения и после eta прекращения во многом определяется неучтенными в классификационной схеме факторами: граничными условиями существования (расположением на склоне или на ровном месте; водопроницаемостью границ); особенностями состава, строения и состояния грунтов - минеральным и гранулометрическим составом, окатзнностью сбг.смков, точным значением степени водонасыще-'* ния и т.д. Поэтому схема может служить для прогноза микро-прсцоссов в грунте, а прогноз макроскопических явлений - возможность проявления, развития и масштабы оползней, просадок поверхности земли и т.п., должен вестись на основе ' прогноза микропроцессов и с учетом граничных условий рассматриваемой толщи (тела, пласта, склона, откоса и т.д.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной диссертационной работе дано решение крупной научной и практической проблемы, имеющее важное народнохозяйственное значение и заключающееся в разработке новой методологической основы для исследования и прогнозирования изменения прочности и деформирования дисперсных грунтов при низкочастотных динамических, в частности сейсмических воздействиях, что вносит значительный вклад в развитие таких научных направлений, кзк имюнерная геология, инженерная сейсмология, механика грунтов.

Основные научные, методические и практические результаты работы эякпючаю-сч s следующем:

1. Установлено. что поведение дисперсных грунтов опрелртггмея не только величинами динамических нагрузок или

амплитуд ускорений, но и удельными энергиями, передаваемыми на грунт, и амплитудами скоростей колебаний. Поэтому способ исследования и прогнозирования поведения дисперсных грунтов, учитывающий вышеуказанные параметры, защищенный авторским свидетельством на изобретение, обеспечивает роблюдение как равенства передаваемых на единицу объема (массы) грунта энергий, так и адекватное природным распределение напряжений внутри грунта и соответствующее изменение его структуры, прочности и деформирование.

2. Разработаны новые приборы для исследования изменения прочности дисперсных грунтов при ДВ, в частности, устройство для исследования разупрочнения пластичных грунтов при вибрации (слабоинерционный вибропенвтрометр) И прибор для определения сопротивления сдвигу связных грунтов, признанные изобретениями, позволяющие проводить измерения ро время вибрационного воздействия, в том числе высокоамплитудного, с повышенной точностью и объективностью за счет исключения влияния на измеряемые величины сил инерции самих приборов или отдельных их частей.

3. Обоснован и предложен для использования ряд новых показателей свойств дисперсных грунтов, более полно и достоверно характеризующих их поведение при низкочастотных динамических воздействиях (критическая скорость, скорость связности, максимальные или минимальные степени дилатансии и др.), а также предназначенных для экономии затрат труда и средств, повышения точности прогнозов, облегчения микросейсмо-районирования территорий и региональных исследований (критическая влажность; критическая прочность; критическая "консистенция"; критическая относительная плотность - для несвязных грунтов).

4. Впервые при интенсивных ДВ экспериментально установлены обратимый переход связанной воды в свободную и влияние этого перехода на поведение дисперсного грунта, заключающееся в том, что даже при очень интенсивных динамических воздействиях в свободное состояние переходит лишь слабосвязанная вода; обратимый переход из свободного состояния в связанное происходит практически Мгновенно; обратимый переход связанной воды в свободную а дисперсных грунтах сопровождается резким снижением вязкости и жесткости грунта.

5. Выявлено: при абсолютно равных средних напряжениях при ДВ на фунт, сопровождаемых его высокоамплитудными вибрационными илй колебательными перемещениями (в отличие от ДВ при его квазистатическом положении) , грунт испытывает

болыиие изменения структуры, прочности и деформации.

6. Теоретически и экспериментально установлено влияние прочности единичных контактов, капиллярных сил связности, гранулометрического состава, напряженного состояния, направления ДВ на поведение дисперсных грунтов при ДВ, сопровождаемых перемещениями исследуемого объема грунта.

7. Экспериментально показано, что изменение частоты нагрузок з пределах 1-8 Гц на слабонагруженный грунт, находящийся з квазистатическсм состоянии, практически не влияет на его поведение, в то время как изменение частоты в тех же пределах и при тех же значениях амплитуд ускорений или динамических нагрузок с колебательными премещениями грунта сильно влияет на изменение его прочности и деформирозание, так как они более тесно связаны с амплитудными значениями скоростей колебаний, чем с амплитудами ускорений.

8. Выявлен механизм изменения структуры дисперсных грунтов при ДВ, сопровождаемых эысокоамплитудными колебательными смещениями, заключающийся в том, что изменение структуры вызывается как действием общих (средних) динамических нагрузок, так и соотношением разности кинетически к энергий и сил инерции отдельных структурных элементов с энергиями и силами их структурных связей.

9. Установлено: высочоамплитудные вибрационные воздействия на связные грунты вызывают существенные изменения их структуры, выражающиеся в диспергации слабопрочных агрегатов и формировании статистически более однородных, тонкодисперсных и изотропных структур, а также в локальных разрыхлениях грунта вокруг крупных или плотных структурных элементов, При этом в зависимости от соотношения сил инерции с силами связности возможно как уплотнение грунта, так и его разуплотнение.

10. Разработана классификационная схема сейсмоустой-чивосги дисперсных грунтой, предназначенная для предварительного прогноза их поведения при сейсмических воздействиях, построенная с учетом типа грунта, его напряженного состояния и силы землетрясения.

Jri. Результаты проведенных исследований внедрены в учебный процесс Кыргызского горно-металлургического института и используются в Государстаенной комиссии по чрезвычайным ситуациям и гражданской обороНе, Ошском филиале института КыргызГИИЗ, Кыргызской комплексной гидрогеологической экспедиции. По рекомендациям автора переселены жители из более чем трехсот домой;. ааторская доля экономического эффекта за 1993-1994 гт. составила пятьсот две тысячи соМОв

(более 45 тысяч долларов СЩА), а ожидаемый ежегодный

экономический эффект составляет порядка 130-200 тысяч ссмоа (12-19 тысяч долларов США).

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации,

1. Тиксотропное упрочнение современных илоа //Вопросы формирования и использования подземных вод и инженерно-геологических свойств пород Киргизии. - Фрунзе; Тр.ФПИ.-1977.-вып.ОВ. - С. 13-17.

2. Исследование факторов, влияющих на тиксотропное упрочнение глинистых пест /Нам жа, - С.17-28,

3. О времени тиксотропного упрочнения глинистых грунтов //Методы инж.-геол, цссл-й строит,-ва морских, нефтяных ц газовых промыслов; Тез, докл. Всес, семин. -'Баку, 1977. - 1й с,

4. Изучение изменения микростроения глинистых паст в ходе тиксотропного упрочнения //Инженерная геология.-1981,- N 5, 0.7281 (совместно с В.Ф.Котловым),

5. Исследование влияния плотности и интенсивности динамической нагрузки на разжижаемость песчаного грунта //Тез. докл. 1-й распубл. научно-техн. конф. молодых ученых Киргмзии.-Фрунзе: ФПИ, 1081,с.41,

6. Влияние некоторых фактороЕ на развитие деформаций в песках и их разжижение //Инженерная геология. - 1984, N 1, С.37 -41 (совместно с Т.Богоевски).

7. Некоторые результаты изучения прочности слабых грунтов при вибрации //Генезис, просадочность лессовых пород и мэгоды их изучения,- Ташкент: ФАН, 1985, - С.80-85.

8. Сдвиговые деформации дисперсных грунтов и процессы дилатансии и тиксотропии//Тезисы докладов 11 Всесоюзной конференции по нелинейной теории упругости. - Фрунзе: Илим,1985, - С.373-374.

9. К вопросу об использовании конического пластометра //Гидрогеология и инженерная |-еолагия Киргизской ССР1. -Фрунзе: Илпм, 1985, - С.54-58.

10. Факторы, влияющие на время разупрочнения и упрочнения водонасыщеннЫх дисперсных грунтов II Там же, С.59-65.

11. О методике определения прочностных свойств глинистых грунтов при II Там же, С.56-68, (совместно с В.И.Осиповым).

-3712. Никоторые итоги изучения и задачи динамики дисперсных грунтов //Тезисы докладов 1-го съэзда инженеров-геологов, гидрогеологов и гескриологоэ, Часть 1, - Киев: Наукова Думка, -1988. - С.90.

13. Влияние структурных связей, сил инерции частиц и амплитуды вибрации на изменение прочности грунта// Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений. Тез.докл. YII Been. конф. - Днепропетровск: 1989. - С.168-109.

14. Влияние разупрочнения грунтов при сейсмических воздействиях на устойчивость склонов и проблемы ее моделирования //Механика горных склонов, откосов и подземных сооружений, освоение подземного пространства. Матер. IX Всес. конф. по механике горных пород. - Фрунзв: 1980. - С.96-103.

15. За воду us благодарят, - Бишкек: Илим, 1990. - 104 с. (совместно с ИААбдрасуловыл- и В.Е.Матыченковым).

16. Тиксотролия, дилатаисия И разжижение дисперсных грунтов,- Бишкек: Илим, 1991.-213с.

17. Вопросы прогноза и факторы разжижения дисперсных грунтов при землетрясениях //Комплексные исследования по прогнозу землетрясений-в Киргизии. - Бишкек: Илим, 1991. - С.1В9-198.

18. Устройство для определ-эния сопротивления сдвигу диспэрсных грунтов при вибрации //Положит, решение от 23.05.1992г. на заяйку на изобрэт. Н 4867581/28 от 19.09.1990 (совместно с Е.Н.Добролюбоаым),

19. Устройство для! исследования разупрочнения пластичных Грунтов при вибрации //A.c. СССР N 1781Б65 - 1992. -Бюл. N 29.

20. Способ исследования плотности дисперсных грунтов при сейсмических воздействиях //A.c. СССР N 1753433 - 1992. - Бюл. N34.

mation

Abstrakt

Regularities of changing the strength and deformation in dispersed soils under low-fre qucncy dynamic effects, Bishkek, 1995,-37p.

The dissertation recommends new method for studing of dispersed soil behaviour which takes account of soil vibration velocity and soil specific energy. This method was based on analysis of the conditions of energy transmition to soil, stress distribution in soils under different types of low-frequency dynamic effects including seismic ones.

The new equipment and soil indexes are suggested for more reliable characteristics of soil behaviour under dynamic effects. The dissertation considers the experimental results obtained by the help of apparatus of treeaxial compression in dynamic mode, sheer-vibration mashine. The soils under investigation were clays, loesses and sands. The nature of such processes like dylatancy, thixotropy and liquefaction is explained. New regularities of soil behaviour under low-frequency dynamic effects are explained as well.

As a result new classification scheme of seismic stability of dispersed soils

В диссертации, На основе анализа условий передачи энергии на дисперсный грунт (ДГ) и распределения в- нем напряжений при различных видах низкочастотных динамических воздействий (НЧ ДБ), в т.ч. сейсмических, рекомендуется новая методика исследования поведений ДГ, учитывающая скорость их колебательных перемещений и удельную энергию ДВ.

Предлагаются новые приборы и показатели для ДГ, более Точно и объективно характеризующие их поведение при ДВ. Приводятся результаты экспериментов на приборах динамического трехосного сжагия, вибросдвиговых,' вибрации с глинистыми, лессовыми и песчаными грунтами; эксперименты по исследованию природы процессов дилатапени, тиксотропни и разжижения ДГ. Даны представления об основных закономерностях поведения ДГ при НЧ ДВ.

На основе расчетов, анализа и выделения ведущих факторов, влияющих на изменение прочности и деформирование ДГ, составлена классификационная схема их ссйсмоусгойчивости.

Is developed.

Аннотация

Закономерности изменения прочности и деформирования дисперсных грунтов при низкочастотных динамических воздействиях. Бишкек, 1995г,-37с.

г AmioraiiHíi

TtiueifKY илпиктйгы кучуийшллдык таасирдин кукумдуу киртишпш бйкеидитшшн оэгеруусунун Jtaim иайишууоунун шйзви чсневдсря. Бишкек,1Э35.-376, Диосиртяцияди ар кавдай гьменку шштиктуу кучкийинл.га.т-. тапсирдии CR KT), ошонун ичинен оейсюгкалык, кукгуедуу кыртшккл (Ktf) аиершяиын йерклуу жнга кыртшта чщнлуунуи йилунуш гаарттнрии талдоонун нчгизивдч, грунттун силкклдйо илдивд^ин яина езду'!! ьиоргнясин ьске елгяи, нвилдоиун усулу Oüf.iuu'en,

If!С учун, а/трдон ауруп-турувд.ч татароак капо обьштшдуу муноо^огон жнцн алеттер мит норсеткучтор ùyir/u мшшат. Чопо-луу, чмццуу маш[ куце.уу кнртыштичца кучкыйиилднк уч окгуу кнема, (ш « чнцчп-шлиш'гируу чу. сиглки ядетмв ораотмолордо еткорулгон »1№лвринйнттерд!)н »ыйинтик'гнри; далптшшш, тшюотропил чип» КК оу^ктакууауну« табиитик имилдеген окспвртаентвр борилген. та KT КК иурул-туруиунун neniara шпэиы чвиьыдири корсвтулген.

Зонитвьиун, 'таддоонун ян на ЙС Оекендипшки оагорушунв йиш> иийышууоуня ац -гайвирлуу фякторлору it белуупун иегтешвде, ЮС оейспютурумдуулугу Сотча класснфякаюшлык охеыа тузулгшь