Обработка результатов экспериментальных исследований влияния деформационной анизотропии на величину модуля сдвига грунтовых образцов
Автор: Тельпуховская Анна Антоновна
Рубрика: 8. Строительство
Опубликовано в
III международная научная конференция «Технические науки: традиции и инновации» (Казань, март 2018)
Дата публикации: 28.02.2018
Статья просмотрена: 227 раз
Библиографическое описание:
Тельпуховская, А. А. Обработка результатов экспериментальных исследований влияния деформационной анизотропии на величину модуля сдвига грунтовых образцов / А. А. Тельпуховская. — Текст : непосредственный // Технические науки: традиции и инновации : материалы III Междунар. науч. конф. (г. Казань, март 2018 г.). — Казань : Молодой ученый, 2018. — С. 65-69. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/287/13862/ (дата обращения: 05.10.2024).
Главной проблемой современного строительства является надежное прогнозирование напряженно-деформированного состояния, поэтому необходимо учитывать реальные свойства грунтовых оснований, что позволит получить наиболее надежные и экономичные варианты фундаментов при обеспечении достаточной безопасности в процессе их эксплуатации. Экспериментальные исследования влияния деформационной анизотропии грунтов на величину сопротивления сдвигу образцов, отобранных с различных глубин по взаимно перпендикулярным направлениям, были выполнены в приборе одноплоскостного среза. Кроме этого, были поставлены задачи выявить влияние деформационной анизотропии на модуль сдвига G и на угол наибольшего отклонения max. Лабораторные испытания для определения величины сопротивления сдвигу проводились методом одноплоскостного среза согласно ГОСТ 12248–2012 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости» прибором ПСГ-2М.
Рис. 1. Зависимость сопротивления сдвигу τ, МПа от давления σ, МПа на глубине 2,0 м: 1 — супесь твердая; 2 — суглинок тугопластичный; 3 — глина полутвердая;
Испытанные образцы в вертикальном направлении
Испытанные образцы в горизонтальном направлении
Испытывались образцы разных видов грунта (супеси, суглинки и глины), отобранные на глубинах 2,0; 4,0; 6,0; 9,0 м. По результатам, полученным лабораторными испытаниями образцов, были построены графики зависимости сопротивления сдвигу τ, МПа от давления σ, МПа на разных глубинах. В качестве примера на рисунке 1 представлены результаты образцов трех видов грунта, отобранных на глубине 2,0 м в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Анализ результатов показал, что величина сопротивления сдвигу постепенно возрастает до определенной глубины, но затем начинает снижаться. Это связано с тем, что с увеличением глубины деформации в грунтовых основаниях начинают затухать.
Чтобы выявить влияние деформационной анизотропии грунтов на величину модуля сдвига были исследованы образцы, отобранные вдавливанием колец в грунт, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Модули сдвига G были определены по зависимости:
G = /, (1)
где — сопротивление сдвигу; — деформация сдвига
При обработке данных были получены зависимости изменения величины модуля сдвига от величины сдвиговых деформаций, из чего можно сделать вывод, что величина модуля сдвига образца, отобранного в вертикальном направлении, превышает по значению образец, отобранный в горизонтальном направлении. Лабораторные испытания для определения модуля деформации проводились согласно ГОСТ 12248–2012 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости» автоматическим компрессионным релаксометром АКР-2.
Испытывались образцы разных видов грунта (супеси, суглинки и глины), отобранные на глубинах 2,0; 4,0; 6,0; 9,0 м. По результатам, полученным в лабораторных испытаниях, составлена (таблица 1) результатов расчета коэффициента анизотропии грунтов, α. Для каждого вида грунта было рассчитано среднее значение коэффициента анизотропии α. Наряду с вышеперечисленными исследованиями была рассмотрена область пластических деформаций — потенциальная зона разрушения грунта.
Влияние показателя деформационной анизотропии α на угол наибольшего отклонения max. Исследование, позволяющее оценить степень приближения напряженного состояния основания к предельному.
Таблица 1
Результаты расчета коэффициента анизотропии грунтов, α
Наименование грунтов |
Глубина отбора пробы, м |
Значения модуля деформации по данным компрессионных испытаний, МПа |
Коэффициент анизотропии, α |
||
образцов, вырезанных перпендикулярно (вертикально) плоскости изотропии, Еверт. |
образцов вырезанных параллельно (горизонтально) плоскости изотропии, Егор. |
частные значения |
средние значения |
||
Супесь твердая |
2,0 |
10,1 |
10,3 |
0,98 |
1,06 |
4,0 |
12,5 |
11,6 |
1,08 |
||
6,0 |
11,1 |
10,3 |
1,08 |
||
9,0 |
13,5 |
12,0 |
1,12 |
||
Суглинок тугопластичный |
2,0 |
6,3 |
5,3 |
1,21 |
1,17 |
4,0 |
4,3 |
3,7 |
1,16 |
||
6,0 |
16,9 |
14,2 |
1,19 |
||
9,0 |
16,0 |
14,6 |
1,10 |
||
Глина полутвердая |
2,0 |
6,5 |
5,4 |
1,20 |
1,23 |
4,0 |
5,9 |
4,8 |
1,22 |
||
6,0 |
8,3 |
6,6 |
1,25 |
||
9,0 |
9,2 |
7,4 |
1,24 |
||
Для этого в каждой характерной зоне вычислялись величины главных напряжений: определялся max — угол наибольшего отклонения полного давления от нормали к площадке, на которой оно действует:
, (2)
sinmax = (1 — 3)/(1+3 +2с*сtg ), (3)
Напряжения σ1 и σ3 вычислены по известным зависимостям теории напряжений при осредненных (для каждой из зон I-III) значениях напряжений σz, σx и τzx.
В случае несвязного грунта удельное сцепление в грунте с = 0. Зависимость отношения θmaxα / θmax от показателя анизотропии α при ρ = 0,1 и 0,5 МПа. Как было установлено, практически неизменным при изменении α ( = Еz/Ex, где Еz и Ex — модули деформации в вертикальном и горизонтальном направлениях) значениям σz (в зонах I... III) соответствуют увеличивающиеся (при α < 1) или уменьшающиеся (при α > 1), по сравнению с решением изотропной среды, значения σx и τzx. Это обстоятельство усиливает или снижает тенденцию к появлению сдвигов в этих зонах. Так, расчетом установлено, что при значениях α = 1; 2 и 0,5 (νzx = νyx = 0,30) среднее для зоны I значение угла наибольшего отклонения θmax = 63º, 79º и 48º соответственно. Это означает, что при прочих равных условиях, показателю α = 2 будет соответствовать уменьшенное значение расчетного сопротивления грунта основания R, а показателю α = 0,5 — увеличенное, по сравнению с расчетным сопротивлением, установленным для изотропной полуплоскости.
Таблица 2
Пример вычисления угла наибольшего отклонения (для зоны 1; = 0,3)
Ez = Ex = 1 |
Ez > Ex = 2 |
Ez < Ex = 0.5 |
z = 0,161 МПа x = 0,037 МПа zx = 0,063 МПа |
z = 0,161 МПа x = 0,017 МПа zx = 0,050 МПа |
z = 0,161 МПа x = 0, 078 МПа zx = 0,080 МПа |
А.(z+x)/2= 0,099 (z-x)/2= 0,062 ((z-x)/2)2.= 0,003844 2zx = 0,003969 |
0,0890 0,0720 0,005184 0,00250 |
0,1195 0,0415 0,001521 0,0064 |
Б. = = 0,08839 |
0,087658 |
0,089 |
1 =А+Б = 0,18739 3 = А-Б = 0,01061 |
1 = 0,17666 3 = 0,001342 |
1 = 0,2085 3 = 0,0305 |
(1 -3)/(1+3)= 0,17678/0,1980=0,8928 sin max = 0,8928 max = 63,13 |
0,175318/0,178002 0,985 sin max = 0,985 max = 79 |
0,178/0,239 0,745 sin max = 0,745 max = 48,12 |
эталон — расчетное сопротивление — R, при p = const — b |
основание слабее, чем при =1,R1 < R, при b =const –b1 > b |
основание прочнее, чем при =1,R2 >R, при р=const –b2 < b |
В пределе: сила предельного сопротивления основания Fu [1] |
Если — одноосное сжатие Fu1< Fu |
Если — компрессия Fu2 > Fu |
В зоне II значениям α = 1; 2 и 0,5 соответствуют величины θmax =30º, 41º и 11º; в зоне III — θmax = 52º, 60º и 39º. Как видно, в каждой из зон влияние изменения α на величину θmax качественно одинаково. Однако, при любом значении α, угол θmax в зоне I больше, чем в других зонах, в зоне II — он минимален. Эти данные хорошо согласуются с экспериментальными результатами, свидетельствующими о развитии областей сдвигов в зоне I и появлении уплотненного ядра в зоне II, где напряженное состояние далеко от предельного. Примеры вычисления угла наибольшего отклонения θmax для зон I — III приведены в таблицах 2–4.
Таблица 3
Пример вычисления угла наибольшего отклонения (для зоны II; = 0,3)
Ez = Ex = 1 |
Ez > Ex = 2 |
Ez < Ex = 0,5 |
z = 0,310 МПа x = 0,110 МПа zx = 0,002 МПа |
z = 0,310 МПа x = 0,064 МПа zx = 0,004 МПа |
z = 0,310 МПа x = 0,210 МПа zx = 0,003 МПа |
А.(z+x)/2= 0,21 (z-x)/2= 0,10 ((z- x)/2)2 = 0,01 2zx = 0,000004 |
0,187 0,123 0,01513 0,000016 |
0,260 0,050 0,0025 0,000009 |
Б. = = 0,10 |
0,123 |
0,05 |
1 = 0,31 3 = 0,11 |
1 = 0,31 3 = 0,064 |
1 = 0,31 3 = 0,21 |
(1 -3)/(1+3)=0,51 sin max = 0,5 max = 30 |
0,66 sin max = 0,66 max = 41,18 |
0,19 sin max = 0,19 max = 11 |
Эталон R b |
слабее, R1 < R b1 > b |
прочнее, R2 > R b2 < b |
В пределе: Fu |
одноосное сжатие Fu1 < Fu |
компрессия Fu2 > Fu |
Таблица 4
Пример вычисления угла наибольшего отклонения (для зоны III; = 0,3)
Ez = Ex = 1 |
Ez > Ex = 2 |
Ez < Ex = 0,5 |
z = 0,311 МПа x = 0,036 МПа zx = 0,003 МПа |
z = 0,315 МПа x = 0,022 МПа zx = 0,001 МПа |
z = 0,303 МПа x = 0,068 МПа zx = 0,010 МПа |
А.(z+x) = 0,347 (z-x) = 0,275 |
0,337 0,293 |
0,371 0,235 |
sin max = 0,79 max = 52,12 |
sin max = 0,87 max = 60,5 |
sin max = 0,64 max = 39,4 |
эталон R |
слабее, R1 |
прочнее, R2>R |
в пределе — Fu |
одноосное сжатие — Fu1 < Fu |
компрессия — Fu2 > Fu |
По всем трем зонам I — III результаты качественно одинаковы:
Эталон, R |
Слабее, R1 |
прочнее, R2>R |
Fu |
Fu1 |
Fu2>Fu |
b |
b1>b |
b2 |
Соотношение между b, b1 и b2 определяется соотношением полных (природных плюс дополнительных) главных напряжений, а не только соотношений исследованных напряжений от нагрузки, которую можно считать дополнительной (к природной). Осадки фундамента зависят не только от = Ez / Ex, но и от величины Ez (в большей степени, чем от ). Полученные расчетом компоненты напряжений σz, σx и τzx достаточны для полной оценки напряженного состояния полуплоскости и выявления тенденции к упрочнению или разрушению анизотропной среды в каждой из рассмотренных зон I — III при изменении показателя анизотропии α.
Выводы. Учет деформационной анизотропии грунта в зонах I — III приводит к изменению размеров зон сдвигов и величины расчетного сопротивления грунта R, следствием чего является необходимость проведения корректировки размеров фундаментов по сравнению с размерами, установленными без ее учета. При возрастании показателя анизотропии α в каждой из рассмотренных зон I — III происходит нарастание признаков, соответствующих появлению условий предельного напряженного состояния, что необходимо учитывать в расчетах грунтовых оснований, что, в свою очередь, позволит повысить обоснованность, точность и надежность принимаемых решений.
Литература:
- Свод правил СП 22.1333.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01–83*. — М.: Министерство регионального развития, 2011. — 160с.
- ГОСТ 12248–2012 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости»
- Коробова О. А., Максименко Л. А. Методы усовершенствования расчета осадок грунтовых оснований //Интерэкспо Гео-Сибирь: Сб. материалов XI Междунар. науч. конф. (13–25 апреля 2015 г.), г. Новосибирск: СГУГиТ, 2015. — Т.1. — № 1, — С.194–199.
- Коробова О. А., Максименко Л. А. Результаты исследования численными методами влияния мощности анизотропных линейно-деформируемых слоев на их осадки //Интерэкспо Гео-Сибирь: Сб. материалов XII Междунар. науч. конф. (18–22 апреля 2016 г.), г. Новосибирск: СГУГиТ, 2016. — Т.2. — С.125–13.