Экспериментально-теоретические основы определения механических свойств грунтов при динамических воздействиях
Покупка
Новинка
Тематика:
Основания и фундаменты. Механика грунтов
Издательство:
МИСИ-Московский государственный строительный университет
Составитель:
Тер-Мартиросян Армен Завенович, Соболев Евгений Станиславович, Сидоров Виталий Евгеньевич, Лузин Иван Николаевич
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 59
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7264-2851-2
Артикул: 849816.01.99
В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы прочности и деформируемости дисперсных грунтов при динамических воздействиях. Изложены основные методы испытаний грунтов динамическими нагрузками. Приведено описание основных механических моделей динамики грунтов. Особое внимание уделено прогнозированию устойчивости грунтов и определению дополнительных деформаций грунтовых оснований при динамических воздействиях. Для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
УДК 624.131.5 ББК 38.58 Э41 Рецензенты: доктор технических наук З.Г. Тер-Мартиросян, профессор кафедры механики грунтов и геотехники НИУ МГСУ; доктор технических наук, доцент Я.А. Пронозин, професссор кафедры геотехники ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет» Составители: А.З. Тер-Мартиросян, Е.С. Соболев, В.В. Сидоров, И.Н. Лузин Э41 Экспериментально-теоретические основы определения механических свойств грунтов при динамических воздействиях [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / [А.З. Тер-Мартиросян и др.] ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра механики грунтов и геотехники. — Электрон. дан. и прогр. (3,8 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2021. — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru. — Загл. с титул. экрана. ISBN 978-5-7264-2851-2 (сетевое) ISBN 978-5-7264-2852-9 (локальное) В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы прочности и деформируемости дисперсных грунтов при динамических воздействиях. Изложены основные методы испытаний грунтов динамическими нагрузками. Приведено описание основных механических моделей динамики грунтов. Особое внимание уделено прогнозированию устойчивости грунтов и определению дополнительных деформаций грунтовых оснований при динамических воздействиях. Для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство. Учебное электронное издание © ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2021
Редактор Т.Н. Донина Корректор В.К. Чупрова Верстка и дизайн титульного экрана Д.Л. Разумного Для создания электронного издания использовано: Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS6, ПО Adobe Acrobat Подписано к использованию 08.04.2021. Объем данных 3,8 Мб. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». 129337, Москва, Ярославское ш., 26. Издательство МИСИ – МГСУ. Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95. E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru
Оглавление Предисловие. .......................................................................................................................................................... 5 Введение................................................................................................................................................................. 6 Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА................................................................................................................ 7 1.1. Форма и размер частиц....................................................................................................................... 7 1.2. Плотность. ............................................................................................................................................ 11 1.3. Степень водонасыщения и влажность. ............................................................................................. 14 Глава 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ........................................................................................................ 16 2.1. Приборы и методики проведения лабораторных испытаний грунтов........................................ 17 2.2. Определение динамической прочности грунтов. ........................................................................... 23 2.3. Определение модуля сдвига и коэффициента демпфирования. ................................................... 25 Глава 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ............................................................................................................. 31 3.1. Линейные модели................................................................................................................................ 32 3.2. Нелинейные модели. ........................................................................................................................... 36 3.3. Модели, описывающие ползучесть и виброползучесть. ................................................................ 40 Глава 4. ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ.................................................................................................................... 44 4.1. Потенциал разжижения. ..................................................................................................................... 44 4.2. Деформации при разжижении.......................................................................................................... 47 4.3. Виброползучесть................................................................................................................................. 49 4.4. Жесткость и демпфирование............................................................................................................. 51 Термины и определения....................................................................................................................................... 54 Основные обозначения и сокращения............................................................................................................... 54 Контрольные вопросы. ......................................................................................................................................... 56 Заключение............................................................................................................................................................ 57 Библиографический список. ................................................................................................................................ 58
ПРЕДИСЛОВИЕ При проектировании, строительстве и эксплуатации промышленных и гражданских зданий и сооружений часто возникает необходимость учета циклических и вибрационных воздействий на напряженно-деформированное состояние (НДС) грунтов оснований, в том числе для определения устойчивости, дополнительных осадок и кренов фундаментов. Надежность количественной оценки этих величин во многом зависит от достоверности и точности определения расчетных параметров деформируемости и прочности, в том числе ползучести и виброползучести грунтов оснований как в лабораторных, так и в полевых условиях. Опыт эксплуатации различных видов зданий и сооружений показывает, что длительные циклические и вибрационные воздействия ведут к накоплению дополнительных деформаций в грунтах основания, что в итоге приводит к дополнительным осадкам и кренам фундаментов. В водонасыщенных песчаных грунтах циклическое и вибрационное воздействия могут привести к их динамическому разжижению и полной потере прочности и устойчивости. Поэтому изучение механических свойств грунтов при динамических воздействиях и их использование при прогнозировании НДС оснований зданий и сооружений является крайне актуальной задачей прикладной механики грунтов и геотехники. Учебно-методическое пособие к выполнению лабораторных работ составлено в соответствии с программой дисциплины «Механика грунтов в высотном и подземном строительстве» для обучающихся магистратуры по направлению подготовки 08.04.01 Строительство. Пособие предназначается для магистров и аспирантов геотехнических специальностей и будет интересно специалистам проектных, изыскательских и научных организаций.
ВВЕДЕНИЕ В настоящее время развитие промышленного, энергетического и транспортного строительства тесно связано с освоением новых территорий, в том числе в сейсмически опасных районах (Северный Кавказ, Алтай, Саяны, Восточная Сибирь, Камчатка, Сахалин), и увеличением плотности застройки в уже освоенных районах и мегаполисах; при этом зачастую возникает необходимость проектирования и возведения зданий и сооружений в крайне неблагоприятных инженерно-геологических условиях. Одна из основных задач при проектировании зданий и сооружений в сейсмически опасных районах — определение запасов прочности грунтового массива при динамических воздействиях различного характера и уменьшение расходов на дополнительное усиление оснований и фундаментов до минимально возможного уровня при обеспечении их достаточной прочности и надежности. В настоящей работе выполнен обзор существующих экспериментальных и теоретических методов исследования динамических свойств песчаных грунтов. В соответствии с современными представлениями о взаимодействии подземных конструкций зданий и сооружений со сжимаемым грунтовым основанием при статическом и динамическом воздействиях выполнен анализ существующих методов лабораторных испытаний грунтов, отмечена необходимость учета остаточных деформаций и напряжений в грунтовой среде при динамических воздействиях. Наибольший вклад в изучение поведения грунтов при динамических воздействиях внесли научные работы следующих ученых: М.Ю. Абелева, Д.Д. Баркана, Е.А. Вознесенского, С.С. Вялова, Н.М. Герсеванова, С.С. Григоряна, Ю.К. Зарецкого, П.Л. Иванова, В.А. Ильичева, Н.Д. Красникова, М.В. Малышева, Н.Н. Маслова, C.Р. Месчана, И.Т. Мирсаяпова, А.Д. Потапова, Л.Н. Рассказова, О.А. Савинова, Л.Р. Ставницера, З.Г. Тер-Мартиросяна, В.А. Флорина, Н.А. Цытовича, I.M. Idriss, K. Ishihara, N.M. Newmark, H.B. Seed, A.W. Skempton. Экспериментальные и теоретические исследования динамических свойств грунтов при сейсмических, вибрационных и других воздействиях не позволяют считать до конца решенной задачу долгосрочного прогнозирования НДС грунтового массива и требуют дальнейшего развития и совершенствования. Методы количественной оценки НДС массивов грунтов, вмещающих подземные части зданий и сооружений при динамическом воздействии, существующие в настоящее время, также требуют совершенствования. При этом необходимо учитывать большое количество факторов, что возможно путем использования численных методов оценки НДС. Численное моделирование НДС необходимо проводить с использованием новых экспериментальных данных лабораторных и полевых исследований грунтов при статических и динамических воздействиях, которые интегрируются в модифицированные механические модели, учитывающие различные особенности поведения грунтов при указанных видах воздействий. Результаты теоретических и экспериментальных исследований поведения грунтов при динамических воздействиях, приведенные в настоящем методическом пособии, основаны на фундаментальных работах отечественных и зарубежных ученых, а также на многолетнем опыте исследования динамических свойств грунтов в Научно-образовательном центре «Геотехника» МГСУ под руководством заслуженного деятеля науки РФ, лауреата премии Правительства РФ, почетного академика РААСН, доктора технических наук, профессора З.Г. ТерМартиросяна.
Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В соответствии с ГОСТ 25100 «Грунты. Классификация» грунтами называются любые горные породы, почвы, осадки и техногенные отложения, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и как часть геологической среды. В строительном деле грунты изучаются прежде всего с целью их использования в качестве основания зданий и сооружений, среды, вмещающей подземные сооружения и конструкции, а также как материал для возведения сооружений. Механика грунтов занимается изучением дисперсных грунтов, состоящих из совокупности твердых частиц, зерен, обломков и других элементов, между которыми есть физические, физико-химические или механические структурные связи. В наиболее общем виде дисперсные грунты классифицируются на связные грунты, обладающие физическими и физико-химическими структурными связями, и несвязные, обладающие механическими структурными связями и характеризующиеся сыпучестью в сухом состоянии. Рассмотрим наиболее важные физические свойства несвязных и связных дисперсных грунтов, оказывающие влияние на динамическую устойчивость и поведение при динамических воздействиях. 1.1. Форма и размер частиц Все виды песчаных грунтов, наряду с крупнообломочными грунтами с песчаным заполнителем, в частности гравий, дресвяной грунт, галечник и щебень, относятся к категории несвязных грунтов. Несвязные грунты представляют собой систему сравнительно крупных минеральных частиц или обломков горных пород, образующих жесткий скелет с непосредственными контактами между твердыми частицами грунта. Характерной особенностью несвязных грунтов является отсутствие или малая прочность связей между частицами. Прочностные, деформационные и фильтрационные свойства несвязных грунтов в основном определяются их гранулометрическим (зерновым) составом, формой частиц и плотностью сложения. С увеличением крупности частиц несвязных грунтов, как правило, увеличивается сжимаемость при статических нагрузках. С увеличением плотности сложения также увеличивается прочность и уменьшается сжимаемость, но несколько уменьшается водопроницаемость. Глинистый грунт — связный грунт, состоящий в основном из пылеватых и глинистых частиц. Такой грунт практически водонепроницаем (имеет малый коэффициент фильтрации), во влажном состоянии обладает высокой пластичностью и большой сжимаемостью при действии статических нагрузок. При динамических нагрузках не уплотняется, но может снижать прочность. После прекращения динамических воздействий прочность грунта частично или полностью восстанавливается, т.е. он может обладать специфическими тиксотропными свойствами. Такой грунт в зависимости от материала слагающих его частиц при изменении содержания в нем воды меняет объем, набухает при увлажнении и получает усадку при высыхании. В природных условиях редко встречаются грунты, содержащие только одну гранулометрическую фракцию. Такие грунты называют монодисперсными, например жирные глины. Наиболее часто встречаются грунты, состоящие из смеси песчаных, пылеватых и глинистых частиц, находящихся в разных пропорциях [10]. Глинистые частицы определяют одним из методов седиментационного анализа — пипеточным или ареометрическим с использованием метода Стокса, в основе которого лежит зависимость между размером (массой) и скоростью движения тела в вязкой среде (газе или жидкости) под действием гравитационных или центробежных сил. Крупные частицы грунта разделяются просеиванием через стандартный набор сит. 7