Закономерности механических свойств песчаных грунтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Закономерности механических свойств песчаных грунтов

В определении механических свойств грунтов основное внимание уделяется изучению перекрестного влияния среднего нормального напряжения и интенсивности напряжений.

Известно, что процессы упрочения грунтов обусловлены не только мобилизацией сил внутреннего трения, но и перестройкой структуры реально дискретного грунта, поэтому представляет теоретический и практический интерес анализ эксперимента, где производится деформирование по кинетической схеме. При этом осуществляется заданная траектория деформирования при широком значении скорости дилатансии, а производной является фиксируемая траектория нагружения. В частном случае деформации чистого сдвига, где скорость дилатансии равна нулю, в процессе деформационного упрочнения не участвует изменение прочности грунта. Результаты такого рода опытов воспроизводят условия работы грунта в большом числе практических задач фундаментостроения, где водонасыщенный грунт находится в недренированном состоянии, но без сопровождающей фиксации порового давления, необходимой для трактовки испытаний при силовой схеме загружения. Исследования при скорости дилатансии равной нулю позволяют упростить объем исходных данных для анализа физических процессов, обуславливающих пластическое упрочение грунта. Существенное отличие механического поведения сыпучих грунтов в условиях деформации чистого сдвига отмечено в [1].

Влияние свойств дилатансии на механическое состояние грунтов оказывается сопоставимым с влиянием параметра вида пространственного напряженного состояния ?_у (?_у =2у₂-у₁-у₃/у₁-у₃), то есть имеют не только теоретическое, но и практическое значение для повышения экономичности проектирования фундаментов.

Цель работы: исследовать прочностные и деформационные свойства песчаного грунта различной начальной плотности в условиях чистого сдвига, когда скорость дилатансии л = de_y/de_i = 0 [л- коэффициент, показывающий изменение объема грунта в процессе деформирования], а также при контракции л > 0 и дилатансии л<0. Опыты выполнены на приборе трехосного сжатия в условиях кинематического нагружения при задаваемых приращениях главных деформаций [dе_1, dе_2, dе₃) и фиксируемых напряжениях. Особенностью опытов является изменение скорости дилатансии л в широком интервале /от + 0,356 до - 0,590/. А в условиях деформации чистого сдвига в каждом отдельном опыте л в процессе деформирования сохраняется равной нулю. Объектом исследования выбран песок, испытания проводили при различных значениях начальной плотности с_Н [с_Н=1,64; 1,73; 1,83 г/см³] и при параметре приращений пластической деформации ?_dе = ? 1 и 0.

Анализ результатов опытов показывает (рис.1 и 2), что в условиях л = 0, так и л_>^<0 закономерности деформации формы существенно зависят от вида деформированного состояния, начальной плотности грунта и скорости дилатансии. На значение среднего нормального напряжения и на закономерности его изменения оказывает влияние скорость дилатансии. Экспериментальные данные (рис. 1) показывают, что в условиях чистого сдвига изменение нормального напряжения у для рыхлого грунта различно. При различных значениях начального гидростатического обжатия для рыхлого песка характерно уменьшение среднего нормального напряжения в небольшом интервале деформации сдвига. Дальнейшее деформирование грунта сопровождается ростом у.

Рисунок - 1 Паспортные данные трехосных испытаний грунта при чистом сдвиге, с_Н=1,64 г/см^З ?_dе =?1 и 0.

Интенсивность касательных напряжений у существенно зависит от , с_Н и ?_dе (?_dе- параметр, показывающий вид деформированного состояния). При этом, в зависимости от скорости дилатансии, наблюдается либо постоянное возрастание у_і, либо возрастание сменяется падением. Падение связано с достижением деформацией сдвига некоторого предельного значения.

Увеличение суммы главных напряжений в процессе деформирования в условиях чистого сдвига и контракции в состоянии предельного равновесия сопровождается практически линейной зависимостью у-e_i (рис.2.). Аналогичная линейная зависимость наблюдается для рыхлого песка в случае деформирования с проявлением эффекта дилатансии. Точки выхода в состояние предельного равновесия на графике отмечены кружками. При различных траекториях деформирования изменения у различный зависят от ?_dе а также от скорости дилатансии. При любых траекториях деформирования закономерности деформации формы и объема существенно зависят от ?_dе и р_Н. Предельное значение интенсивности деформации формоизменения е_і, соответствующее переходу песчаного грунта в состояние предельного равновесия, не постоянно, а зависит, прежде всего от реализованного в опыте ?_dе начальной плотности, начального уровня гидростатического обжатия и заданной в опыте скорости дилатансиц.

Результаты опытов сопоставляли с теориями Мора-Кулона /ц_т/ и Мизеса-Шлейхера-Боткина /ц₀/. Получено непостоянство параметров прочности ц_т и ц₀ при широком интервале изменения скорости дилатансии и зависимость их от начальной плотности грунта и вида приращения пластической деформации. Например, при с_Н=1,64 г/см^З ц₀ изменяется от 27,6⁰до 36,6⁰. Значение ц_т при различной начальной плотности в случае изменения скорости дилатансии установлено в пределах от 34,8° до 72°. Следовательно, изменение ц_т и ц₀ в зависимости от траектории нагружения определяется в первую очередь не изменением плотности, а различными кинематическими условиями взаимодействия частиц сыпучего грунта.

Рисунок - 2 Зависимость у = у(е_і) условиях чистого сдвига при различных ?_dе =?1 и 0..

Выводы

1 Для песчаного грунта в условиях чистого сдвига, а также дилатансии и контракции реализуются сложные траектории нагружения. При этом закономерности изменения напряженного состояния определяются плотностью грунта, параметром ?_dе и скоростью дилатансии. В условиях деформации чистого сдвига закономерности деформируемости не упрощаются в сопоставлении с общим случаем деформирования, когда одновременно изменяются деформации формы и объёма.

2 При значительном изменении скорости дилатансии устанавливается широкий диапазон изменения напряжений в состоянии предельного равновесия.

3Подтверждается непостоянство параметров прочности по теориям Мора-Кулона /ц_т/ и Мизеса-Шлейхера-Боткина /ц₀/ в условиях деформации чистого сдвига, дилатансии и контракции, что определяет целесообразность ограничения использования указанных теорий в практических расчетах, даже в упрощенных условиях деформации чистого сдвига.

Литература

механика грунт песчаный деформированный

Ломизе Г.М., Крыжановский А.Л., Воронцов Э.И. Исследование закономерностей деформируемости и прочности грунтов при пространственном напряженном состоянии. Труды к УП Международному конгрессу по механике грунтов и фундаментостроению. М.: Стройиздат, 1969. -с. 28-33.

Укибаев Е.У. Закономерности механического поведения песчаного грунта в условиях деформации чистого сдвига. - В сб.: Использование достижений нелинейной механики грунтов в проектировании оснований и фундаментов.-Йошкар-Ола,1989.с.32-34.

Пилягин А.В. Об определении модуля общей деформации грунтов по данным испытаний. //Основания, фундаменты и механика грунтов.-2013.-№2.-с. 25-29.

Пилягин А.В. Напряженно-деформированное состояние оснований фундаментов зданий и сооружений./ ЧПИ МГОУ, - Чебоксары. - 2010. - 261 с.

Размещено на Allbest.ru