Динамика грунтов
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Инженерная геология
Издательство:
Томский политехнический университет
Составитель:
Строкова Людмила Александровна
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 190
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-4387-0801-8
Артикул: 719360.01.99
В пособии приведена информация о динамических свойствах грунтов, методах их определения. Предназначено для студентов геологических специальностей вузов, в том числе обучающихся по специальностям инженерной геологии, гидрогеологии, магистрантов, аспирантов, а также специалистов, работающих в области инженерно-геологических изысканий.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 05.03.01: Геология
- ВО - Специалитет
- 21.05.02: Прикладная геология
- 21.05.03: Технология геологической разведки
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ДИНАМИКА ГРУНТОВ Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Составитель Л.А. Строкова Издательство Томского политехнического университета 2018
УДК 624.131.1(076.5) ББК 26.329я73 Д46 Динамика грунтов : учебное пособие / сост. Л.А. Строкова ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2018. – 190 с. ISBN 978-5-4387-0801-8 В пособии приведена информация о динамических свойствах грунтов, методах их определения. Предназначено для студентов геологических специальностей вузов, в том числе обучающихся по специальностям инженерной геологии, гидрогеологии, магистрантов, аспирантов, а также специалистов, работающих в области инженерно-геологических изысканий. УДК 624.131.1(076.5) ББК 26.329я73 Рецензенты Кандидат геолого-минералогических наук, доцент ЮГУ Т.И. Романова Кандидат геолого-минералогических наук, доцент ТГАСУ А.А. Краевский ISBN 978-5-4387-0801-8 © Составление. ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2018 © Строкова Л.А., составление, 2018 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2018 Д46
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие...................................................................................................5 Введение..........................................................................................................6 I. Теоретический раздел.............................................................................10 1. Основные источники динамических воздействий.............................10 1.1. Виды нагрузок.................................................................................10 1.2. Методика оценки динамических нагрузок на дисперсные грунты ....................................................................28 2. Реакции грунтов на динамическое воздействие.................................31 2.1. Разжижение грунтов.......................................................................34 2.2. Тиксотропные и плывунные явления в грунтах ..........................40 2.3. Поведение скальных и полускальных пород ...............................52 2.4. Нагрузки и уровень отклика ..........................................................54 3. Параметры динамических свойств грунтов........................................58 3.1. Параметры динамических свойств как среды распространения волн...................................................59 3.2. Параметры динамической неустойчивости грунтов...................63 4. Методы установления параметров динамических свойств грунтов .....................................................................................64 4.1. Лабораторные методы динамических испытаний грунтов ........66 4.2. Полевые методы динамических испытаний грунтов................104 5. Выводы по разделу..............................................................................152 II. Практический раздел..........................................................................155 1. Определение деформационных свойств грунтов динамическим методом........................................................155 2. Изучение тиксотропных свойств грунтов на вибростенде .............157 3. Изучение тиксотропных свойств грунтов методом вибрирующего индентора ..................................................................160 4. Определение динамической устойчивости грунтов методом динамического трехосного сжатия....................................................164 5. Выводы по разделу..............................................................................174 III. Раздел для самостоятельной работы..............................................175 1. Контрольные задания для студентов.................................................175
2. Вопросы и задания для самоконтроля...............................................176 Заключение ................................................................................................179 Обозначения и сокращения................................................................... 180 Термины и определения ..........................................................................180 Список литературы..................................................................................179
ПРЕДИСЛОВИЕ Цель разработки данного учебного пособия – закрепить знания студентов, обучающихся по специальности «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» по динамике грунтов, о системе инженерно-геологических изысканий для строительства и производства инженерных работ. Задачи дисциплины: сформировать знания о системе инженерных изысканий в проек тировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений в сейсмоопасных районах; ознакомить учащихся с задачами инженерно-геологических ис следований для разработки проекта и рабочих чертежей различных зданий и сооружений, испытывавающих динамические нагрузки; показать разнообразие технологий и методик в области инже нерно-геологических исследований грунтовых массивов при динамических воздействиях; познакомить учащихся с принципами комплексной оценки ин женерно-геологических условий территорий. В основе данного пособия лежат главным образом труды известно го российского специалиста в области динамики грунтов профессора Московского госуниверситета Е.А. Вознесенского, а также работы К. Ишихары (Япония), П. Мейна (США).
ВВЕДЕНИЕ Основная цель геологического образования специалиста в области инженерной геологии – формирование геологических знаний, необходимых и достаточных для успешного решения разнообразных задач при освоении геологической среды. Структура современного геологического знания представлена на схеме (рис. 1). Рис. 1. Структура современного геологического знания [11]
Итак, в курсе речь будет идти о таком разделе инженерной геоло гии, в котором сосредоточены систематизированные знания об организации процесса получения геологической информации, необходимой и достаточной для проектирования и строительства различных зданий и сооружений. Эта информация охватывается понятием об инженерно геологических условиях строительства и производства инженерных работ на конкретных территориях, при этом содержание информации неразрывно связано с формированием теоретических аспектов и практических навыков в области инженерной геологии в целом. Инженерно-геологические изыскания дают геопространственную информацию для рационального выбора и оценки строительной площадки или трассы, типа основания и способа производства работ нулевого цикла, для построения прогноза изменения природной среды и оценки рисков, связанных со строительной деятельностью человека. Из вышеприведённой схемы видно, что инженерная геология неразрывно связана с фундаментальными разделами геологического знания – кристаллографией, минералогией, петрологией, гидрогеологией, мерзлотоведением, исторической геологией, структурной геологией, геотектоникой и геофизикой, с которыми учащийся познакомился ранее. Виды инженерно-геологических исследований чрезвычайно разно образны и включают в себя технологии использования архивной информации об объекте исследований, дистанционные и контактные технологии полевых и мониторинговых наблюдений и компьютерные технологии обработки и представления информации широкому кругу потребителей. Одну и ту же информацию можно получить с применением различных технологий, поэтому необходимо оптимизировать комплекс технологий по месту, времени, затратам труда и стоимости в зависимости от проектируемых сооружений, при этом оптимизация, с одной стороны, должна опираться на действующие нормативнометодические документы, с другой стороны, подобная оптимизация является делом сугубо творческим. Цель преподавания раздела «Динамика грунтов» – дать студентам необходимые знания о методах определения динамических свойств грунтов. Предметом изучения динамики грунтов являются грунты и их взаимодействие с сооружениями. Грунты каждой строительной площадки имеют самостоятельную историю образования. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения. Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложны
ми процессами, во многом отличающимися от поведения конструкционных материалов. Это требует применения специальных экспериментальных методов и теоретического аппарата механики грунтов для описания процессов их деформирования и разрушения. Основная задача специальной научной дисциплины – научить студентов уметь не только правильно оценивать прочностные и деформационные свойства грунтов при динамических нагрузках, но также использовать обоснованные теорией и практикой методы расчета несущей способности и деформаций оснований сооружений и горных массивов. Динамические свойства грунтов – группа физико-механических свойств грунтов, определяющих их реакцию на действие динамических нагрузок. Динамические свойства грунтов характеризуют их и как среду рас пространения колебаний (упругие, демпфирующие и фильтрующие свойства), и определяют их динамическую неустойчивость, проявляющуюся как увеличение деформируемости и снижение прочности грунта при динамическом нагружении по сравнению со статическими нагрузками. Сведения о динамических свойствах грунтов нужны: 1. Для расчета колебаний сооружений, работающих в условиях ди намических нагрузок. 2. Для оценки сейсмических характеристик грунтов и приращений сейсмической балльности. 3. Для прогнозных расчетов дополнительных осадок и кренов со оружений при действии динамических нагрузок. 4. Для оценки возможности разрушения, в том числе разжижения грунтов и определения его возможных последствий. 5. Для выбора правильной конструкции фундамента, метода про кладки трубопровода, конструкции земляного полотна, мер инженерной защиты и т. д. Основные задачи экспериментальной оценки динамической не устойчивости грунтов: определение возможности разрушения грунтов при известных параметрах динамического воздействия; определение возможности динамического (обычно сейсмическо го) разжижения грунтов и оценка его последствий; оценка дополнительных деформаций грунтов и земляных соору жений в условиях динамических нагрузок; оценка возможности накопления критических для данного со оружения деформаций грунтов основания в условиях динамического воздействия.
Дисциплина «Динамика грунтов» относится к специальным дисци плинам и дает студентам представление об их будущей инженерногеологической деятельности, о том месте, которое занимают динамические свойства грунтов при оценке территории, при решении как общегеологических, так и экологических проблем. В процессе освоения дисциплины студенты учатся определять характеристики физико механических свойств грунтов, оценивать напряженно-деформированное состояние оснований и его изменение во времени, рассчитывать устойчивость грунтовых массивов и расположенных на них сооружений. В табл. 1 приведена структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности. Таблица 1 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения Название раздела/темы Аудиторная работа (час) СРС (час) Колл, Контр. р. Итого Лекции Практ. занятия Лаб. зан. Введение. Динамические нагрузки их распространение, характеристика 2 10 12 Лабораторные методы динамических испытаний грунтов 2 2 8 12 Полевые методы динамических испытаний грунтов 2 4 8 1 14 Усталость грунтов с жесткими структурными связями 1 2 8 13 Динамическая дилатансия несвязных грунтов 1 6 7 Тиксотропия и квазитиксотропия связных грунтов 1 2 6 9 Дилатантно-тиксотропные явления в слабосвязных грунтах 1 6 7 Анализ динамики фундаментов мелкого заложения 6 6 Анализ динамики заглубленных фундаментов 6 6 Анализ динамики свайных фундаментов 6 6 Итого 10 20 70 90
I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 1. Основные источники динамических воздействий 1.1. Виды нагрузок Под динамическим воздействием понимается динамическая нагрузка произвольного вида, создаваемая силой переменной величины и направления [21]. По своему типу нагрузка может быть постоянной или перемен ной, как по величине, так и по знаку. Переменные нагрузки делятся на монотонные (возрастающие или убывающие) и циклические. Циклические нагрузки, в свою очередь, подразделяются на однократные и многократные. Под динамической понимается переменная нагрузка, изменяющаяся во времени быстрее, чем затухают вызванные ею в грунте волны напряжений. А поскольку реально не существует достаточно длительно и монотонно убывающих или возрастающих усилий, то практически все динамические нагрузки являются циклическими (однократными или многократными) и представляют собой колебания – чередование во времени возрастания и убывания напряжений. В соответствии с характером такого чередования можно выделить периодические и непериодические динамические нагрузки (рис. 2). Рис. 2. Разные формы нагрузок: периодических (а – синусоидальная; б – П-образная; в – пилообразная; г – сложная) и непериодических (д – импульсная; е – биения)