Автор: Аюпов Геннадий Евгеньевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №11 (115) июнь-1 2016 г.

Дата публикации: 03.06.2016

Статья просмотрена: 29 раз

Библиографическое описание:

Аюпов Г. Е. Применение трехосных испытаний песчаных грунтов для определения параметров условий пластичности // Молодой ученый. — 2016. — №11. — С. 270-273.



В статье выполнен краткий обзор работ, преследующих цель изучить модификацию известных условий пластичности, расчета главных и касательных напряжений для проектирования дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу грунтов земляного полотна. Описаны правила и регламент трехосных испытаний песчаных грунтов.

Ключевые слова: земляное полотно, грунт, сцепление, угол внутреннего трения

Условия пластичности закладывают в основу любого расчета земляного сооружения по условию сопротивления грунта сдвигу. Как правило, используют оригинальное условие пластичности Кулона — Мора [1–3], уравнение предельного равновесия которого имеет вид:

(1)

где 1 и 3 — максимальные и минимальные главные напряжения, МПа;  — угол внутреннего трения, град; с — сцепление, МПа.

Основные недостатки уравнения (1) описаны в работах [4, 5], а попытки их устранения привели к поиску условий пластичности, которыми можно заменить критерий Кулона — Мора. Автор работы [6] рассматривал возможность использования различных аналитических и эмпирических критериев. В работах [7–9] применен критерий Г. К. Арнольда, являющийся эмпирической модификацией критерия (1), из которого получена формула расчета безопасного давления. Авторы публикаций [10, 11] рассматривали возможность вывода формул, связывающих пределы прочности на сжатие и растяжение с параметрами критерия Кулона–Мора. Подстановка таких зависимостей в условия прочности твердых тел позволила получить серию модифицированных критериев, в которых пределы прочности заменены сцеплением и углом внутреннего трения. В работах [12, 13] получены трехпараметрические модифицированные критерии Кулона — Мора, в которых наряду с углом внутреннего трения и сцеплением содержится третий параметр. В зависимости от величины этого параметра критерий может превращаться в одно из двух известных условий, а также принимать любое промежуточное значение между двумя этими известными условиями. Уравнения предельного равновесия некоторых, описанных нами условий помещены в табл. 1.

Таблица 1

Условия пластичности модифицирующие критерий Кулона–Мора

Автор модификации

Уравнение предельного состояния модифицированного условия

Г. К. Арнольд [14]

А. Л. Калинин [13]

А. С. Александров [12, 13]

Из анализа данных табл. 1 следует, что проверка уравнений предельного равновесия включает в себя две задачи. Первая задача состоит в расчете главных напряжений, что достаточно просто реализуется применением традиционных [15, 16] или модифицированных решений [17–19] или моделей [20–22]. Решение второй задачи требует экспериментального определения параметров грунта в условиях пластичности, которое выполняется посредствам трехосного сжатия.

Методика лабораторных исследований сдвигоустойчивости грунтов при помощи трехосных испытаний разработана в 30-х годах ХХ века Касагранде [23]. Трехосные испытания по сравнению с испытаниями на прямой срез в технологическом исполнении более сложные, но имеют ряд существенных преимуществ, что делает такие испытания более универсальными. К числу таких преимуществ относят возможность: контролировать степень консолидации и условия дренирования, измерения порового давления, проведения испытаний по различным траекториям напряжений и мн. др. Такие испытания проводят по стандартным методикам, регламентируемым нормативными документами: ГОСТ 12248 в России, ASTM D2850 и ASTM D4767 в США, ISO 17892–8, ISO 17892–9 и BS 1377–8 — в Европе. В этом случае испытаниями определяются: угол внутреннего трения , удельное сцепление c, сопротивление недренированному сдвигу cu, продольный, поперечный и объемный модули деформации Ед, Gд, Kд, модуль упругости, коэффициенты Пуассона µ и поперечной деформации υ.

Испытания проводят, как для природных грунтов (песчаные, глинистые, органо-минеральных и органические), так и щебеночных и гравийных материалов (щебень и гравий, щебеночно песчаные с подобранной гранулометрией, смеси из различных горных пород, обогащенные песчано-гравийные смеси), а так же различных техногенных грунтов.

Лабиринт В аттестованной лаборатории каф. «Строительство и эксплуатация дорог» СибАДИ имеется измерительно вычислительный комплекс АСиС-1, изготовленный НПО «Геотек», в состав которого входит камера трехосного сжатия, имеющая свидетельство о поверке. Используя это оборудование нами определены параметры условий пластичности. На рис. 1 представлен песчаный образец, испытанный на этом оборудовании, при условии, что критерием отказа послужило его деформирование на величину 15 %.

Рис. 1. Песчаный образец после трехосных испытаний, деформированный на 15 %

Отметим что для всех испытаний значение сцепление и угла внутреннего трения составило 0,93–1,02 от величин, регламентируемых ОДН 218.046–01. Причем эти значение соответствуют коэффициенту уплотнения 1,0, который был обеспечен при изготовлении образцов. В дорожных конструкциях пески уплотняют до коэффициента уплотнения 0,98 и даже 0,95. В этом случае параметры условий пластичности будут меньше определенных в наших экспериментах, что увеличит их разнице с регламентируемыми ОДН 218.046–01 значениями. Для определения параметров условий пластичности при коэффициенте уплотнения 0,95–0,98, автор рекомендует использовать эмпирические зависимости, опубликованные в работах [24–26].

В заключении отметим, что обеспечение сопротивления грунтов сдвигу, особенно по условиям табл. 1, которые более жесткие, чем по критерий Кулона — Мора, способствуют уменьшению пластических деформаций в грунте и дискретных материалах, но не являются панацеей от них. Поэтому наряду с расчетом по сдвигу необходимо вычислять пластические деформации, например, по методам предложенных в публикациях [27–32] и сравнивать их с предельными значениями неровностей, регламентированными в [33–35].

Литература:

  1. Березанцев В. Г. Расчет прочности оснований сооружений — Ленинград: 1960. — 137 с.
  2. Болдырев Г. Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса — Пенза: ПГУАС, 2008. — 696 с.
  3. Соколовский В. В. Статика сыпучей среды [Текст] / В. В. Соколовский — М.: Изд-во физико-математической литературы, 1960. — 242 с.
  4. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Том Часть 1. Состояние вопроса. — Омск: СибАДИ, 2015. — 292 с.
  5. Теплов С. А., Гончаров П. В. Анализ условий пластичности для совершенствования расчета грунтов по сдвигу. Часть 2 Критерий Друкера–Прагера и его параметры // Вестник магистратуры. — 2016. № 5. — С. 44–46.
  6. Чусов В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 4 (61). — С. 49–57.
  7. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2012. № 2. — С. 10–13.
  8. Долгих Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — С. 43–49.
  9. Долгих Г. В. Расчет нежестких дорожных одежд по критерию безопасных давлений на глинистые грунты земляного полотна // Автореф. Дис. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ. — 2014. — 20 с.
  10. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск: СибАДИ, 2013. — С. 228–235.
  11. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Применение критерия Друкера — Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — С. 26–29.
  12. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Том Часть 2. Предложения. — Омск: СибАДИ, 2015. — 262 с.
  13. Александров А. С., Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона — Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7 (59). — С. 4–17.
  14. Arnold G. K. Rutting of Granular Pavements. // Thesis submitted to The University of Nottingham for the degree of Doctor of Philosophy, November 2004. — 417 p.
  15. Craig R. F. Soil Mechanics. — Seventh edition. Department of Civil Engineering, University of Dundee, UK. — Published by Taylor & Francis e-Library, London and New York, 2004. — 447 p.
  16. Foster, С.R., Ahlvin R. G. Stresses and deflections induced by a uniform circular load. // Proc. Highway Research Board. — 1954. — Vol. 33. — P. 236–246.
  17. Александров А. С., Долгих Г. В., Юрьев Д. В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. — 2011. — № 7. — С. 17–22.
  18. Александров А. С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А. С. Александров // В сборнике:Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. ИнновацииМатериалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск, СибАДИ, 2013. — С. 217–228.
  19. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. — Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. — С. 9–22.
  20. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике:Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. ИнновацииМатериалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — С. 236–246.
  21. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Долгих Г. В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. — 2014. — № 2 (36). С. 49–54.
  22. Александров А. С., Александрова Н. П., Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — С. 14–17.
  23. Casagrande A., Wilson S. D. Effect of loading on the stregs of clays and shale’s at constant water content // Geotechnique.– 1951. — № 2. — pp. 251–263.
  24. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Стригун К. Ю. Совершенствование методов экспресс оценки качества уплотнения грунтов земляного полотна строительства автомобильных дорог / Н. П. Александрова, // Вестник СибАДИ. — 2015. — № 4. — С. 46–57.
  25. Семенова Т. В., Долгих Г. В., Полугородник Б. Н. Применение Калифорнийского числа несущей способности и динамического конусного пенетрометра для оценки качества уплотнения грунта // Вестник СибАДИ, 2014, № 1 — С. 59–66.
  26. Александрова Н. П., Троценко Н. А. Применение измерителя жесткости грунта Geogauge для оценки качества уплотнения при операционном контроле // Вестник СибАДИ, 2014, № 3 — С. 40–47.
  27. Александров А. С. Обобщающая модель пластического деформирования дискретных материалов дорожных конструкций при воздействии циклических нагрузок // Строительные материалы. 2016. № 5. С. 27–30.
  28. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.
  29. Семенова Т. В., Гордеева С. А., Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4 (37). — С. 247–254.
  30. Семенова Т. В., Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — С. 68–73.
  31. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 49–59.
  32. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — С. 22–34.
  33. Герцог В. Н., Долгих Г. В., Кузин В. Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. — 2015. — № 5 (57) — С. 45–57.
  34. Александров А. С., Гордеева С. А., Шпилько Д. Н. О допускаемых и предельных значениях неровностей асфальтобетонных покрытий дорожных одежд жесткого типа //Автомобильная промышленность. — 2011. — № 2. — С. 31–35.
  35. Александров А. С., Александрова Н. П., Семенова Т. В. О проектировании шероховатости дорожных покрытий и дождевой канализации по условиям безопасности движения // Автомобильная промышленность. — 2008. — № 8 — С. 36–38.
Основные термины (генерируются автоматически): Долгих Г, земляного полотна, условий пластичности, грунтов земляного полотна, сопротивлению сдвигу, Александрова Н, главных напряжений, внутреннего трения, дорожных конструкций, Совершенствование расчета дорожных, расчета дорожных конструкций, Семенова Т, расчета главных напряжений, грунте земляного полотна, дорожных одежд, угол внутреннего трения, параметры условий пластичности, дорожных конструкциях, Международного конгресса ФГБОУ, сопротивлению сдвигу грунтов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос