Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОТТАИВАЮЩЕГО ГРУНТА ОТОБРАННЫХ ИЗ ОСНОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ НА СКЛОНЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ НАГРУЖЕНИЯ

Юшков Б.С. 1 Сергеев А.С. 1
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Деформация, наблюдаемая при оттаивании грунта, представляет собой следствие сложных процессов — набухания агрегатов грунта и уменьшения объема в результате оттаивания ледяных включений, а затем ликвидации пустот и отжатая избыточной воды под нагрузкой. Оттаивание грунта связано с появлением деформации консолидации, которая протекает медленно и более сложно, чем консолидация талого грунта. Для практических целей важно установить, насколько грунт после замораживания и оттаивания теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам. Сам факт снижения сопротивляемости грунта известен давно, однако количественная сторона этого вопроса исследована лишь в недавнее время.
оттаивание
компрессия
грунт
осадка
сжимаемость
стабилометр
криотекстура
напряжение
испытание
график
1. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. М.: Стройиздат, 1994, 381 с.
2. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978, 447 с.
3. Месчян С.Р. Экспериментальная реология глинистых грунтов. М.: Недра, 1985, 342 с.
4. Кузнецов Г.Б. О влиянии скорости в начале процесса на ползучесть и релаксацию материалов // Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений / Пермь. Перм.политехн.ин-т, 1972. С.21-24.
5. Бронин В.Н., Вишневский Г.Д. Прикладная теория ползучести грунтов: Учеб. Пособие. Л.: ЛИСИ, 1983, 49 с.

Деформирование грунта при оттаивании изучено лишь для условий нагружения, близких к компрессионным. Единственной зависимостью, связывающей деформации оттаивания (относительную осадку S) с напряженным состоянием (внешним давлением Р), является известная формула Цытовича – Лапкина:

где А и – коэффициенты оттаивания и сжимаемости.

Однако во многих практически важных случаях компрессионной зависимости недостаточно для анализа напряженно-деформированного состояния оттаивающего основания автомобильной дороги. Так, если размеры в плане чаши протаивания заметно превосходят размеры загружаемого участка, то пренебрежение пространственными эффектами (рассеивание напряжений с глубиной, горизонтальные перемещения грунта по склону) недопустимо. На практике в этом случае зависимость “подправляют” коэффициентами, полученными из решения упругой задачи, что применительно к оттаивающему грунту не вполне корректно [1].

В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований деформирования оттаивающего грунта при различных способах нагружения (в компрессионном приборе и стабилометре).

Испытывались серии из 3 – 5 идентичных образцов, промороженных под одной и той же (в пределах одной серии) нагрузкой и оттаенных затем в компрессионных опытах – под различными нагрузками, включая , в стабилометре – при различных сочетаниях вертикального и бокового давлений [2].

Эксперименты показали, что давление является важным параметром, определяющим “память” оттаивающего грунта. Для грунтов массивной и сетчатой криотекстур зависимость относительной осадки оттаивания от давления при оттаивании в диапазоне близка к прямо пропорциональной (коэффициент корреляции 0,93). При прямая пропорциональность S и нарушается, график в этом диапазоне имеет меньший угол наклона, (Рис. 1, кривые 1, 2) [3]. Для грунтов слоистой криотекстуры аппроксимация опытных данных приводит к аналогичному графику, но не проходящему через начало координат (рис. 1, кривая 3).

Оттаивание грунта 1.jpg

Рис. 1. Зависимость осадки оттаивания от давления:

1 – суглинок массивной криотекстуры ; 2 – суглинок сетчатой криотекстуры ; 3 – суглинок слоистой криотекстуры

Таким образом, зависимость осадки оттаивания от давления может быть представлена в виде кусочно-линейной функции из двух участков и переломом в точке , (Рис. 2).

Оттаивание грунта 2.jpg

Рис. 2. Схема деформирования грунта при оттаивании:

1 – грунты массивной и сетчатой криотекстуры; 2 – грунты слоистой криотекстуры

В стабилометрических испытаниях возникшие при оттаивании деформации (объемная ) рассматривались как деформации некоторого условного “упругого тела”, находящегося в аналогичном напряженном состоянии. Для грунтов массивной и сетчатой криотекстур определяемый таким образом “модуль деформации” обладает достаточно хорошей воспроизводимостью (табл. 1) и может рассматриваться как инвариантная характеристика деформативности оттаивающего грунта. Анизотропия сжимаемости, характеризуемая величиной , равной отношению горизонтальной деформации к вертикальной в условиях всестороннего сжатия (), для грунтов этих криотекстур невелика [4]. Так, в проведенных опытах различие вертикальной и горизонтальной деформаций при всестороннем сжатии не превышало 13%.

Таблица 1

Деформации суглинка и песка массивной криотекстуры

№ опыта

Суглинок,

1

0,05

0,05

0,037

0,098

0,87

1,18

2

0,075

0,0375

0,059

0,095

-

1,13

3

0,03

0,003

0,03

0,028

-

1,1

Комп. 1

0,075

-

0,063

0,063

-

1,17

Комп. 2

0,05

-

0,039

0,039

-

1,24

Песок,

1

0,05

0,05

0,008

0,026

0,88

3,9

2

0,05

0,025

0,008

0,019

-

3,4

Комп. 1

0,05

-

0,010

0,010

-

4,2

Комп. 2

0,025

-

0,008

0,008

-

3,3

Комп. – компрессионные испытания грунта.

Результаты компрессионных и стабилометрических испытаний обобщаются в следующих соотношениях:

при :

при :

где – среднее напряжение при оттаивании и промерзании; – коэффициент оттаивающего грунта (условный коэффициент Пуассона), (по проведенным опытам заключен в интервале 0,1 – 0,2); – характеристики 2-го линейного участка.

Для грунтов слоистой криотекстуры сочетание напряжений и деформаций не соответствует модели изотропного упругого тела, что приводит к существенному различию формально определяемой величины в разных опытах (табл. 2, числитель). В то же время, если разность между вертикальной и горизонтальной деформациями оттаивания при всестороннем сжатии рассматривать как дополнительную, не связанную с действующими напряжениями осадку (в приведенном примере ) и вычесть её из во всех опытах, то величина , рассчитываемая по скорректированным таким образом данным, имеет практически тот же разброс, что и для грунтов массивной криотекстуры (табл. 2, знаменатель). Кроме того, величина оказывается довольно близкой к значению ординаты пересечения графика “S - ” с осью в компрессионных испытаниях данного грунта [5].

Таблица 2

Деформации суглинка слоистой криотекстуры,

№ опыта

1

0,02

0,02

2

0,015

0,002

-

Комп. 1

0,03

-

-

Комп. 2

0,02

-

-

Таким образом, общую деформацию при оттаивании грунта слоистой криотекстуры можно представить в виде суммы изотропной компоненты и дополнительной вертикальной составляющей, не зависящей от напряжений, наличие которой обусловливает анизотропию сжимаемости.

Рецензенты:

Олонцев В.Ф., д.т.н., профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь;

Овчинников И.Г., д.т.н., доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь.


Библиографическая ссылка

Юшков Б.С., Сергеев А.С. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОТТАИВАЮЩЕГО ГРУНТА ОТОБРАННЫХ ИЗ ОСНОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ НА СКЛОНЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ НАГРУЖЕНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=21990 (дата обращения: 07.04.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074