CC BY
15УДК 624.131.23 Хужакулов Р., Зарипов М., Набиев Э., Файзуллаев Ж.
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПРОСАДОЧНЫХ ОСНОВАНИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Хужакулов Р. - д.т.н., профессор; Зарипов М., Набиев Э. - ассистенты (КарИЭИ) Файзуллаев Ж. (Каршинский филиал ТИИИМСХ)
Мацолада лёссли заминда цурилган ирригация иншоотларининг замин билан биргаликда ишлан хусусиятлари уацида суз боради. Шунингдек, чукувчан заминларни Узбекистон жанубининг сугориш каналларидаги гидротехника иншоотлари билан биргаликда ишлаш даврида кучланганлик-деформация уолати цараб чицилган.
Калит сузлар: чукувчанлик, деформация, намланган грунт, грунтга босим, штампли синовлар, фаол катлам чукурлиги
The article discusses the issues of studying the features of the joint work of full-scale irrigation structures with their loess subsidence bases, as well as the stress-strain state of subsidence foundations during their joint work with hydraulic structures on irrigation canals in the south of Uzbekistan.
Key words: subsidence, deformation, moistened soil, pressure on the soil, stamp tests, core depth.
Введение. Как показали исследования [1,2,3,4,6], при увлажнении грунта под нагруженным штампом развитие деформации можно условно разделить на два этапа. На первом деформация возрастает за счет увеличения объема деформируемой зоны в процессе продвижения фронта увлажнения в глубину массива. На втором этапе развитие зоны деформации в глубину массива происходит одновременно с дальнейшим уплотнением верхних слоев грунта и появлением в них горизонтальных деформаций. Следует отметить, что боковые деформации грунта в основаниях штампов были зарегистрированы только в тех случаях, когда влажность грунта достигала 25-28 %. Если количество подаваемой в котлован воды не обеспечивало такой влажности, то боковые деформации либо отсутствовали, либо были весьма незначительными и имели место только под краями штампов.
В случае передачи давления на заранее увлажненный грунт зона деформации почти полностью формируется в течение 1-2 часов. Последующий рост деформаций обуславливается, главным образом, дальнейшим уплотнением всех вовлеченных в деформацию слоев.
Материалы и методы. Закономерности процесса деформации увлажняемого лессового грунта ненарушенной структуры изучались нами при работе с устройством, описание которого дано в [10], в условиях юга Республики Узбекистан [6;7;8].
На рис.1 показаны контуры деформированной зоны в основании полукруглого штампа, имеющего диаметр d = 35 см и передающего на грунт давление Р = 0,1 МПа. За несколько часов до установки штампа исследуемый массив грунта увлажнялся ограниченным количеством воды. Испарение влаги с поверхности грунта предотвращалось с помощью временно уложенных гидроизоляционных материалов. Это давало возможность получать достаточно равномерно увлажненный объем грунта.
Результаты и обсуждения.Для получения различных значений конечной влажности грунта изменялся объем подаваемой для увлажнения воды, а также промежуток времени между сроками увлажнения грунта и установки штампа. После проведения опыта влажность грунта уточнялась путем отбора проб.
Как видно из рисунка, глубина деформированной зоны грунта тем больше, чем больше его влажность, а угол а, ограничивающий эту зону, с увеличением влажности уменьшается.
На рис.2 приводится график зависимости угла а, ограничивающего зону деформации грунта, вызываемой действием сжимающего давления, от весовой влажности. График
построен по результатам исследования просадочных грунтов территории исследовании штамповыми испытаниями и с помощью устройства [9;10] , при давлении на грунт Р = 0,05 -0.2 МПа.
Среднеквадратичное отклонение экспериментальных сценок от предложенной параболической кривой составляет ± 3 (%).
Рис. 1. Контуры деформированной зоны просадочного грунта основания штампа при давлении на контакте штампа и грунта Р=0,1 МПа.
На рис. 3 показана зависимость глубины зоны деформаций от площади штампа и передаваемого им на грунт давления. Кривые 1 и 2 построены по результатам экспериментов, проводившихся с помощью вышеуказанного устройства, а кривая 3 - по данным испытаний грунта штампами диаметром 112 см с последующим вскрытием их основания. Весовая влажность грунта, служившего основанием штампов, равнялась 25-30%.
Как видно из рисунка 3, глубина активной зоны с увеличением диаметра штампа увеличивается, однако, ее относительная глубина Н/D существенно не изменяется.
В результате наблюдений за деформациями грунта в основаниях штампов было установлено, что горизонтальные деформации возникают только тогда, когда давление на грунт достигает определенной величины, которая зависит от свойств исследуемого грунта и от размера штампа.
10 20 2: ** ¿з о
Рис.2. График зависимости угла а от влажности грунта. о - по результатам работы с устройством [2]; + - по результатам штамповых испытаний
При давлениях меньших, чем эта критическая величина, несмотря на наличие вертикальных деформаций, горизонтальные перемещения в грунте зарегистрированы не были.
Наибольшие боковые деформации наблюдались под краями штампа на глубине, зависящей от размеров штампа и передаваемого им на грунт давления. В наших экспериментах эта глубина изменялась в пределах 0,7-1,0 радиуса штампа.
Коэффициент бокового расширения грунта определялся по общеизвестной формуле:
где,
50 100 1S0
200 H(sm)
м = 0,5 * Ь*
2Vo S
Vo - объем исследуемого грунта под штампом до опыта,
Иод - высота столба грунта под штампом в пределах зоны сдвигов,
V - объем того же грунта после опыта,
S - вертикальная осадка штампа.
0.05 0,10 0,15 0,20 p(MFa
(1)
"ч jipie=3;sm
t dpie^DOsm с. —
1 k
dpie=ll25m ^^ < с
1 í -
0,05
0.10
0,15
0,20 Р(МР<
0,5
1,0
15
2,0 H/D
-
\ И
г.
ь т
Рис. 3. Зависимость мощности деформированной зоны давления на грунт: а) глубина в сантиметрах; б) глубина в долях от диаметра штампа.
При этом, в случае отсутствия боковых деформаций в грунте
AV
= ¿1>0, а 02 = Sз = 0 ), ¡и = 0. В случае же деформации только за счет течения формы
исследуемого материала при постоянном объеме (AV/V = 0), ¡и = 0,5.
Справедливость этих предельных значений ¡и доказана в работе Троицкой М.Н. [5] для легко выводимого из формулы (1) выражения
AV
— = (1-2 ¡) (2)
Коэффициент бокового расширения рассчитывался по результатам опытов c устройством для исследования физико-механических свойств грунта [9]. В ходе опытов применялись полукруглые штампы площадью 480; 980 и 1920 см2. При этом считалось, что процессы, происходящие по контакту грунта с экраном аналогичны происходящим под диаметрами круглых штампов площадью 960,1960 и 3840 см2, т. е. экспериментально решалась осесимметричная задача.
На рис. 3 даны графики зависимости коэффициента бокового расширения /и от давления, передаваемого штампом на основание.
Следует отметить, что при передаче на грунт штампом давления достаточного для появления боковых деформаций, бокового расширения во всех случаях удовлетворяет требованию 0,5 >/ > 0.
При сравнительно небольших давлениях, передаваемых штампом на грунт, зависимость / = f (Р) прямолинейна. С увеличением давления, как видно из графиков на рис.3, / стремится к своему, зависящему от размеров штампа пределу, меньшему чем 0,5. При этом, чем больше площадь штампа, передающего нагрузку на грунт, тем меньше значение этого предела.
Из рис. 3 видно, что боковые деформации грунта в основаниях сооружений, существенно влияющие на величину просадки, возникают при давлениях превышающих 0,05 МПа. Коэффициент ц, характеризующий эти деформации при данном давлении тем больше, чем меньше площадь флютбета сооружения.
Таким образом,учет боковых деформаций при расчете по второй группе предельных состояний ирригационных сооружений, передающих на лессовый грунт давление менее 0,05 МПа видимо не обязателен.
Выводы. В статье рассматривются проведенные исследования напряженно деформированного состояния просадочных оснований на моделях флютбетов гидросооружений, и полученные результаты позволяют сделать следующие выводы :
1. В процессе увлажнения просадочных грунтов, служащих основанием гидросооружений, в них происходит трансформация напряженного состояния с возникновением зон концентрации напряжений;
2. Концентрация напряжений на контакте флютбета ГТС с основанием имеет место в зонах с большим значением модуля деформации грунта. Для лессового просадочного основания - это зоны незамоченного или маловлажного грунта;
3. По глубине увлажняемого массива оснований гидросооружений концентрация напряжений происходит как за счет анизотропии прочностных и деформативных свойств лессовых грунтов, так и за счет влияния жесткого пока еще неувлажненного слоя. Максимальные в слое грунта значения нормальных напряжений возникают при достижении им критической влажности ю на границе с грунтом природной влажности;
4. Конечная величина просадки слоя грунта в основании гидросооружения может быть обусловлена как максимальными возникающими в грунте критической влажности напряжениями, так и напряжениями, стабилизировавшимися на более низком уровне, но при оптимальной для процесса просадки повышенной влажности;
5. Боковые деформации просадочных грунтов в основаниях сооружений, передающих на грунт давление меньше чем 0,05 МПа незначительны и, как правило, нет необходимости их учитывать при расчете деформаций ирригационных сооружений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бакиев М.Р., Засов С.В., Кириллова Е.И., Хужакулов Р. Влияние срока эксплуатации гидротехнических сооружений на надежность ирригационных систем. Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК». Часть П,МГУП, Москва, 2007, с. 41-44.
2. Засов С.В. Взаимодействие гидросооружений оросительных систем с просадочными основаниями.Автореферат дисс.на соиск.уч.степ.канд.техн. наук. М., 1986,20 с.
3. Засов С.В., Хужакулов Р. Водопроводящее сооружения на просадочных грунтах.В сб. матер.конф.КИЭИ, Карши,"Насаф", 2002,с.147-148.
4. Засов С.В., Хужакулов Р. Надежность функционирования гидромелиоративных систем в аридной зоне земледелия. Материалы международной научно-практической конференции
«Проблемы развития водного хозяйства и пути их решения», МГУП,Москва,2011,с.201-205.
5. Троицкая М.Н.Пособие к лабораторным работам по механике грунтов.М.: Изд.МГУ,1991,303 с.
6. Фролов Н.Н., Засов С.В., Хужакулов Р. Особенности напряженно-деформативного состояния лессовых просадочных оснований сооружения. НИИТЗИ агропром Минселхоза РФ, № 69, ВС-96, Деп.,М., 1996
7. Хужакулов Р., Засов С.В., Бобомуродов Ф. Особенности функционирования гидромелиоративных систем в аридной зоне земледелия International Scientific and practical Conferense "WORLDScience", UAE,Ajman, №4(4), Vol.1,December 2015,48-51
8. Хужакулов Р. Гидротехнические сооружения ирригационных систем на лессовых просадочных грунтах республики Узбекистан. «Инновационные технологии», №1 (33), 2019, с.52-57.
9. А.с.922229.Устройство для исследования физико-механических свойств грунта стенках щурфа/Моск. гидромелиоративный ин-т: Авт. изобрет. Фролов Н.Н., Засов С.В., Докин В.А.-Заявл. 6.06.80 №2937372.-Б.И.1982,№15, с.93.
10. А.с.1717700.Водопроводящее сооружение на просадочных грунтах. /Моск. гидромелиоративный ин-т: Авт.изобрет.Засов С.В. Хужакулов Р. -Заявл. 15.06.1990 , №4839512.-Б.И.1992.№ 9.
УДК 532.595:532.529 Жонкобилов У.У, Жонкобилов С.У., Ражабов У.М., Хушиев Ш.П.
УЧЕТ ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛИТРОПЫ НА ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР С ДВУХКОМПОНЕНТНЫМ ПОТОКОМ
Жонкобилов У.У. - д.т.н., Ражабов У.М. - ассистент (КарИЭИ); Жонкобилов С.У. - докторант (ТИИИМСХ); Хушиев Ш.П. - ассистент (Каршинский филиал ТИИИМСХ)
Мацолада политропа коэффициентининг гидравлик зарба жараёнида напорли газли суюцлик оцимида назарий ва экспериментал тадцицоти натижалари келтирилган. Бунда таклиф этилаётган усул буйича политропа коэффициентининг щсобий цийматлари тажриба маълумотлари билан ишончли мос келиши, шунингдек политропа коэффициентининг циймати узгарувчанлиги исботланган. Бажарилган тажрибалар политропа коэффициентининг политропик характерга эга эканлигини исботлайди.
Калит сузлар: гидравлик зарба, хдвонинг сикилиш-кенгайиш конуни, икки компонентли (газ-суюклик) босим окими, политроп коэффициенти, зарба тулкинларининг таркалиш тезлиги, изотермик жараён, адиабатик жараён.
The article presents the results of theoretical and experimental investigation of the polytropic coefficient at hydraulic shock with gas-liquid pressure flow. At the same time, a reliable coincidence of the results of calculations of the polytropic coefficient according to the proposed method with experimental data was obtained, which also proves the variability of the value of the polytropic coefficient during a hydraulic shock in a gas-liquid flow. The experiments carried out prove that the polytropic coefficient has a strictly polytropic character.
Key words: hydraulic shock, air compression-expansion law, two-component (gas-liquid) pressure flow, polytrope coefficient, impact wave propagation velocity, isothermal process, adiabatic process.
Введение. Точность расчета двухкомпонентного (газожидкостного) напорного потока на гидравлический удар зависит от надежного значения коэффициента политропы n. В инженерной практике есть проблема о подборе численного значения коэффициента
