Учет повторности нагружения при описании деформирования грунтов в условиях сложного напряженного состояния
Модель грунта, учитывающая особенности деформирования грунтов при многократных циклических воздействиях. Прогноз механического поведения грунтов, его осуществление посредством математического описания процессов, происходящих при внешних воздействиях.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2019 |
| Размер файла | 22,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
185
Размещено на http://www.allbest.ru/
Учет повторности нагружения при описании деформирования грунтов в условиях сложного напряженного состояния
Канд. техн. наук Н.М. Инкарбек
Основное содержание исследования
В работе рассмотрена модель грунта, учитывающая особенности деформирования грунтов при многократных циклических воздействиях, описаны определяющие соотношения, функции и параметры модели.
Прогноз механического поведения грунтов осуществляется посредством математического описания процессов, происходящих в них при внешних воздействиях. Такой прогноз связан со схематизацией и созданием представлений, учитывающих основные особенности изученных явлений и свойств грунтов. Важным этапом такой схематизации является выбор соответствующей расчетной модели. Отображая, в зависимости от поставленной задачи, лишь наиболее важные свойства среды, расчетная модель представляет собой некоторый абстрактный, идеализированный объект, наделенный определенными характеристиками.
Основное допущение модели сплошной среды, которая лежит в основе нелинейной механики грунтов, изучающей грунты как нелинейно-деформируемую или упруго-пластическую среду, состоит в том, что любая реальная среда рассматривается сплошной с непрерывно распределенными по объему характеристиками. Конкретизация модели для грунтовой среды достигается формулировкой определяющих соотношений, устанавливающих связь между напряжениями и деформациями грунта. В общем случае модель грунта и соответствующие ей определяющие соотношения должны отражать все процессы, происходящие в грунтовой среде при работе под нагрузкой и выявляемые в результате экспериментов, а полнота отражения особенностей деформирования грунта определяет точность расчетно-теоретического прогноза.
В работе /1/ предложена модель нелинейно-деформируемого грунта, определяющие соотношения которой записываются в виде уравнений Генки с зависящими от напряженного состояния характеристиками деформируемости. Эта модель справедлива для случая активного (т.е. однократного) нагружения и не учитывает особенности деформирования грунтов при многократных воздействиях.
Экспериментально установлено, что при многократных воздействиях на грунт в них происходит развитие дополнительные пластических деформаций, которые накапливаются с увеличением числа циклов нагружения. Эти особенности и закономерности развития дополнительных пластических деформаций при многократном нагружении должны найти отражение в модели грунта.
Особенности деформирования грунтов с учетом повторности нагружения
Закономерности нелинейного деформирования, установленные по результатам экспериментальных исследований поведения грунтов в условиях сложного напряженного состояния при циклических воздействиях позволяют отметить следующие особенности их деформирования:
1. Повторное нагружение приводит к возникновению дополнительных, по сравнению с однократным воздействием, сдвиговых и объемных деформаций. В области статического девиаторного уплотнения объемная деформируемость при многократном нагружении характеризуется доуплотнением, а в области разуплотнения тенденция к разрыхлению уменьшается. Последнее обусловлено более плотной упаковкой частиц грунта при многократной нагрузке. В общем случае полные деформации (объемные и сдвиговые) с учетом повторности нагружения можно определить суммированием деформаций от однократного нагружения и дополнительных деформаций от повторного нагружения:
; (1)
, (2)
механическое поведение грунт деформирование
где и - объемные и сдвиговые деформации при однократном (статическом) нагружении; и - дополнительные объемные и сдвиговые деформации, накопленные за N циклов повторного воздействия.
2. С увеличением числа повторности нагружения развитие дополнительных, как объемных, так и сдвиговых, деформаций происходит с затухающей интенсивностью. Первые циклы сопровождаются интенсивным развитием дополнительных пластических деформаций, приращения которых с увеличением числа повторного нагружения уменьшается. Приведенная деформация , определяемая отношением накопленных за N циклов нагружения дополнительных деформаций к дополнитель-ным деформациям на первом цикле повторного нагружения, не зависит от предшествующего статического напряженного состояния и степени разгрузки (отношение величин циклической и статической составляющих напряжения) и является функцией только числа повторности нагружения. Интенсивность накопления дополнительных деформаций, характеризуемая тангенсом угла наклона прямых (параметр В) в зависимости , для объемной и сдвиговой деформаций неоднозначна, что обусловлено различным характером развития этих деформаций.
3. Величины дополнительных объемной и сдвиговой деформаций от первого цикла повторного нагружения определяются степенью приближения напряженного состояния к предельному и степенью разгрузки, и практически не зависят от напряжения гидростатического обжатия. При значении степени разгрузки nn0 дополнительные деформации не возникают, а превышение этого значения приводит к развитию дополнительных деформаций, величины которых вырастают с приближением статического напряженного состояния к предельному.
4. Прочность грунтов при многократных воздействиях (при скоростях пластических деформаций менее 10-3 1/сек.) не зависит от характера и повторности приложения нагрузки.
Определяющие соотношения
Отражение в расчетных прогнозах перечисленных особенностей поведения грунтов при многократных воздействиях достигается введением в определяющие соотношения рассмотренной ранее модели грунта /1/ характеристик деформируемости среды, описывающих процессы развития деформаций с учетом повторности нагружения. Тогда для деформаций при многократном нагружении определяющие соотношения можно представить в виде:
(3)
где и - модуль сдвига и модуль объемных деформаций с учетом повторности нагружения.
Для конкретизации определяющих соотношений модели грунта достаточно использовать физическую связь между напряжениями и деформациями, определяемую экспериментально установленными закономерностями нелинейного деформирования грунта при многократных воздействиях.
Модули деформации и , характеризующие деформируемость грунтов при циклическом (многократном) нагружении описываются функциями /2, 4/
(4)
или соотношениями
, (5)
где G и K - модуль сдвига и модуль объемной деформации при однократном нагружении; - среднее нормальное напряжение; - интенсивность касательных напряжений; и - дополнительные пластические сдвиговые и объемные деформации, накопленные за N циклов нагружения; и - приращения пластических модулей деформаций сдвига и объемных деформаций от повторного приложения нагрузки.
Методики определения модуля сдвига и модуля объемной деформации при действии однократной нагрузки и параметров функций, описывающих их, приведены в работах /1, 2, 3/. Некоторые результаты экспериментальных исследований деформируемости грунтов при квазистатических циклических (многократных) воздействиях подробно изложены в /4/.
Для прогноза дополнительных пластических (объемных и сдвиговых) деформаций от N циклов нагружения, используя результаты исследований /4/, можно записать:
(6)
(7)
где и - экспериментальные параметры. Величины дополнительных пластических объемных и сдвиговых деформаций от первого цикла нагружения ( и ) хорошо аппроксимируются выражениями
; (8)
, (9)
где и - экспериментальные параметры.
Анализ результатов наших исследований по изучению влияния продолжительности цикла (частоты) нагружения на закономерности деформирования грунтов показывает, что зависимости дополнительных пластических объемных и сдвиговых деформаций от логарифма числа циклов в общем случае нелинейны и могут быть описаны функциями:
; (10)
, (11)
где , и - экспериментальные параметры. Если 1, то K (N) =0 и тогда выражения (10) и (11) совпадают с аналогичными выражениями для квазистатического циклического нагружения. Следовательно, выражения (10) и (11) могут быть использованы для прогноза дополнительных пластических объемных и сдвиговых деформаций при любой продолжительности цикла (частоте) нагружения.
Таким образом, предлагаемая модель грунта и ее определяющие соотношения (3) позволяют прогнозировать деформации грунтов в условиях сложного напряжен-ного состояния с учетом повторности нагружения.
Литература
1. Азбергенов М.И. Нелинейная деформируемость грунтовой среды. - Алматы: журнал “Поиск”, №3, 1996.
2. Азберген М.И. Нелинейная деформируемость грунтов и учет повторности нагружения. - Алматы: ?ылым, 1997.
3. Азберген М.И. Современные вопросы геотехники. - Тараз: ЖГТУ, 2008.
4. Воронцов Э.И., Азбергенов М.И. Оценка влияния циклического нагружения песчаных грунтов на их деформацию / Сб. научных трудов Гидропроекта, вып.124. - Москва: 1987.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика крупнообломочных и песчаных грунтов. Анализ влияния состава, структуры, текстуры и состояния грунтов на их свойства. Инженерно-геологическая классификация грунтов. Характер связей между частицами в породах. Механические свойства грунтов.
контрольная работа [27,9 K], добавлен 19.10.2014Предельные абсолютные и относительные деформации пучения фундамента. Физико-механические характеристики мерзлых грунтов. Классификация мёрзлых грунтов по гранулометрическому составу, льдистости и засоленности. Свойства просадочных грунтов лёссовых пород.
курсовая работа [558,0 K], добавлен 07.06.2009Физико-географическое описание и геолого-литологическая характеристика грунтов. Определение гранулометрического состава моренных грунтов. Аэрометрический метод определения состава грунтов - необходимое оборудование, испытание, обработка результатов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.02.2014Построение геологической колонки, изучение напластований грунтов. Классификация песчаного грунта. Определение нормативных значений прочностных и деформационных свойств грунтов и значение условного расчетного сопротивления грунта. Испытание на сдвиг.
курсовая работа [563,2 K], добавлен 25.02.2012Определение классификационных характеристик глинистых и песчаных грунтов. Построение эпюры нормальных напряжений от собственного веса грунта. Расчет средней осадки основания методом послойного суммирования. Нахождение зернового состава сыпучего грунта.
контрольная работа [194,6 K], добавлен 02.03.2014Особенности набухания и пластичности глинистых грунтов. Определение набухания, верхнего и нижнего пределов пластичности. Исследование влияния на свойства грунта замачивания и высушивания при проведении инженерного строительства разнообразных объектов.
курсовая работа [954,4 K], добавлен 30.03.2014Основные методы лабораторного определения физических характеристик и коэффициента пористости песчаных слоев грунта. Построение эпюры природного давления на геологическом разрезе. Виды, гранулометрический состав и литологическое описание песчаных грунтов.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 20.06.2011Геологическое строение, стратиграфия, генезис отложений, тектоника территории района изысканий. Коррозионная активность грунтов и воды. Закономерности изменения и взаимовлияния физических характеристик специфических глинистых грунтов и давления набухания.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 16.02.2016Состав и строение грунтов, типы просадки. Методы устранение просадочности лессовых грунтов. Лессовые просадочные грунты западной Сибири. Изменения физико-механических характеристик лессовых грунтов г. Барнаула в зависимости от сроков эксплуатации зданий.
реферат [633,7 K], добавлен 02.10.2013Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки. Расчет физико-механических свойств грунтов. Определение показателей текучести слоя, коэффициента пористости и водонасыщенности, модуля деформации. Разновидности глинистых грунтов и песка.
контрольная работа [223,4 K], добавлен 13.05.2015Исследование процесса кольматации на примере песков alQ возраста. Физические свойства песков. Закономерности изменения свойств грунта. Определение гранулометрического (зернового) состава песчаных грунтов ситовым методом. Глинисто-цементные растворы.
курсовая работа [374,4 K], добавлен 18.09.2013Породообразующие минералы и горные породы. Водно-физические свойства грунтов. Экзогенные процессы и вызванные ими явления. Геологическая деятельность атмосферных осадков. Геологическая деятельность озер, болот и водохранилищ. Особенности лессовых грунтов.
курс лекций [1,8 M], добавлен 20.12.2013Физико-географический обзор, геологическое строение и гидрогеологические условия Усть-Лабинского района. Проведение инженерно-геологических работ для проекта строительства компрессорной станции. Испытания просадочных грунтов статическими нагрузками.
дипломная работа [994,9 K], добавлен 09.10.2013Геолого-литологический разрез исследуемого участка. Гранулометрический состав грунтов первого водоносного слоя. Измерение влажности и индекса текучести у пылевато-глинистых грунтов. Анализ химического состава подземных вод из артезианской скважины.
курсовая работа [532,5 K], добавлен 10.06.2014Характеристики и свойства горных пород и их породообразующих минералов. Условия образования эоловых отложений. Составление инженерно-геологической характеристики грунтов. Описание подземных межмерзлотных вод, особенности их существования и движения.
контрольная работа [588,9 K], добавлен 31.01.2011Стратиграфия, литология, тектоника и карст. Демидовский песчаный карьер. Изучение выходов Упинских известняков и родников. Исследование гранулометрического состава и фильтрационных свойств песчаных грунтов. Музей эталонных образцов Тульского НИГП.
отчет по практике [16,4 M], добавлен 11.04.2015Анализ способов оценки инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства. Рассмотрение особенностей определения классификационных показателей и физико-механических свойств грунтов. Анализ грунтовых условий строительной площадки.
контрольная работа [620,4 K], добавлен 15.05.2014Построение геолого-литологического разреза по данным разведочных скважин. Оценка воздействия напорных вод на дно котлованов. Анализ значения показателей физико-механических свойств грунтов. Прогноз процессов, связанных с понижением уровня грунтовых вод.
контрольная работа [927,2 K], добавлен 22.12.2014Классификация обломков и частиц осадочных горных пород, принятая в дорожном строительстве. Геологическая деятельность моря. Влияние поглотительной способности грунтов на их строительные свойства. Определение угла естественного откоса песчаных грунтов.
контрольная работа [32,2 K], добавлен 22.11.2010Проведение оценки строительных свойств грунтов и выделение их таксономических единиц. Классификация песчаного грунта по водонасыщению и коэффициенту пористости. Схема определения мощности пласта. Расчет пластичности и консистенции глинистого грунта.
курсовая работа [162,8 K], добавлен 17.09.2011
