CC BY
132. Величина разрушающей нагрузки, определяющая живучесть отдельно стоящих фундаментов, значительно превышает нагрузку, вызывающую локальные разрушения в конструкции и определяющую, в соответствии с нормами, его несущую способность;
3. Живучесть отдельно стоящих фундаментов зависит от таких факторов, как перераспределение нормальных контактных напряжения под подошвой, объемное напряженно-деформированное состояние конструкции, нелинейная работа материалов и др.;
4. Живучесть фундаментов, у которых в сжатой зоне бетона на ответственных участках возникает объемное напряженное состояние, значительно выше, чем у конструкций с одно- или двухосным сжатием на данных участках;
5. После разрушения фундаментов от продавливания, конструкция обладает остаточной несущей способностью, зависящей от жесткости фундамента и несущей способности основания, что необходимо учитывать при оценке стойкости к прогрессирующему разрушению некоторых типов зданий, (например: каркасных зданий с монолитным перекрытием, зданий с полным металлическим каркасом, имеющим жесткие связи в узлах и др.).
6. Необходима разработка методики оценки живучести фундаментов и внедрение ее в методику оценки стойкости зданий и сооружений к прогрессирующему разрушению.
Список литературы
1. ДБН В.2.6-98-2009. Конструкцп будинюв i споруд. Бетонш та залiзобетоннi конструкцп. Основш положення. К.: Мшрепонбуд Украши, 2011.- 73 с.
2. ДСТУ Б В.2.6-156:2010 Бетонш та залiзобетоннi конструкцп з важкого бетону. Правила проектування. К.: Мшрепонбуд Украши, 2011.- 118 с.
3. Дьяков И.М. Особенности силового взаимодействия отдельно стоящих прямоугольных в плане фундаментов с песчаным основанием при внецентренном приложении внешней нагрузки. /Автореф. дисс. на соис. уч.й степ. канд. техн. наук. Днепропетровск, 1989.-21 c.
4. Барыкин Б.Ю. Применение экспериментальных диаграмм «an - sn» сжатого бетона при расчете перекрестно-балочных фундаментов для зданий на склонах / Б.Ю.Барыкин, А.В.Андронов, А.Б.Барыкин. //Строительство и техногенная безопасность. Сборник науч.трудов НАПКС.- Симферополь: НАПКС, 2011. - Вып. 39. - С.9-19.
УДК 624.131.54
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ГЕТЕРОГЕННЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ И РЕШЕНИЕ РЯДА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Саломатин В.Н.
Крымская академия природоохранного и курортного строительства,
В гетерогенных твердых системах при механическом нагружении на разных стадиях изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) происходят сложные импульсные электромагнитные эмиссионные процессы. Исследования проводились на различных минералах, горных породах, железобетонных балках, бетонных и стеновых блоках. Большую роль в интенсивности излучения играет жидкая фаза, что находит отражение на многих натурных объектах в Крыму, Карпатах и других регионах.
Электромагнитная эмиссия, импульсы, трещинообразование, адгезия, когезия, флуктуация, дислокации
Введение
Научный и практический интерес представляют электромагнитные эмиссионные процессы в механически нагружаемых гетерогенных системах. Нами исследования экспериментального характера проводились на образцах кварца, полевых шпатов, различных, преимущественно метаморфических горных породах. Электромагнитное излучение (ЭМИ) наблюдалось на разных стадиях нагружения указанных материалов. В изменчивом поле механических напряжений вещества претерпевают разные стадии напряженно-деформированного состояния - упругие, пластичные и хрупкие. Какие вещественные или структурные элементы на каждой из этих стадий являются наиболее информативными? Гетерогенность исследуемых геологических и строительных
материалов обусловлена, например, наличием жидкой фазы. Разрушение двойных электрических слов (ДЭС) и перетекание ионов из одного слоя в другой создает благоприятные условия для формирования импульсного электромагнитного поля (ИЭМП). На конкретных натурных объектах в Крыму и Карпатах это неоднократно подтверждалось при непрерывной регистрации электромагнитных импульсных сигналов.
Анализ публикаций
За последние десятилетия опубликовано достаточно большое количество работ, авторских свидетельств на изобретения способов изучения оползней, выявления и характеристики геодинамических структур, прогнозирования
горных ударов и сдвижений в подземных горных выработках по импульсному электромагнитному излучению в широком диапазоне частот [4,5,6].
Увеличение интенсивности импульсного ЭМИ минералами-диэлектриками и содержащими их горными породами происходит при их нагревании. Это явление было детально изучено в лабораторных и полевых условиях на различных минералах, породах и искусственных смесях [7,10,12]. В лаборатории природно-техногенных электромагнитных систем (ПТЭС) при Томском политехническом университете (ТПУ) под руководством доктора геол.- мин. наук профессора В.Н.Сальникова функционирует установка по синхронному измерению электропроводности, импульсного электромагнитного излучения, акустоэмиссии при нагревании до 11000С в вакууме не ниже 10-4 мм ртутного столба [10].
В строительной практике, особенно при реконструкции и реставрации зданий и сооружений, широко используется для неразрушающего контроля качества бетона ультразвуковой метод [1]. С помощью резонансной установки исследуется кинетика структурообразования при твердении цементного теста и бетонных растворов.
Недавно опубликованы результаты длительных исследований ЭМИ в
процессе набора прочности бетона класса В 25 [13].
Цель и постановка задач
Целью настоящей работы является обобщение опыта применения электромагнитных источников информации в гетерогенных твердых телах на объектах разного назначения.
Задачами исследований являлись:
1.Разработка методических приемов изучения напряженно-деформированного состояния (НДС) фундаментов, несущих стен в жилых зданиях и производственных помещениях.
2.Выявление общих закономерностей ЭМИ на оползнях при искусственной активизации оползневого процесса и в горных выработках разного назначения.
3.Выбор частотных информативных характеристик, разработка и создание аппаратуры.
Методика исследования
Методика определялась в каждом конкретном случае и зависела от сложности общих инженерно-геологических условий, доступности объекта, масштаба и задач
исследований. На оползнях руководствовались главным образом существующими отработанными на многих разнотипных объектах методическими рекомендациями [8]. При быстром развитии оползневого процесса производилась непрерывная в течение нескольких суток регистрация сигналов с одновременной фиксацией влияния на него различных оползнеобразующих факторов.
При исследовании фундаментов мелкого заложения (ленточные, плитные, столбчатые) и их надземных конструкций (колонны, стены, башни и др.) применялся индивидуальный в каждом случае подход. Например, башни-маяки в Севастополе исследовались выносной антенной, закрепленной на стержне и по круговой развертке через 30°. колонны в лагере «Алмазный» в Артеке и во Владимирском соборе на Херсонесе также по круговой развертке и поэтажно.
Скибовые стволы глубиной свыше 800м «Новый капитальный», «Сибиряк» на Таштагольском железорудном месторождении в Кемеровской области изучались классическим в электроразведке способом многоотсчетного профилирования при опускании бадьи с остановками через каждые 5м.
Стволы шахтных лифтоподъемников в гостинице «Ялта» в Крыму глубиной 50м одновременно исследовались с их крыш двумя методами -ультразвуковым и методом естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) с круговой разверткой через 300 с интервалом по глубине каждые 3-5 м.
На всех объектах автор статьи принимал непосредственное активное участие в полевых работах, обработке и анализе полученных результатов.
Результаты и их анализ
Исследования влияния жидкой фазы на электромагнитные импульсные процессы в условиях естественного развития приповерхностных оползней - оплывин и сплывов наиболее ярко и представительно проводить в Карпатах и Предкарпатье. В отдельных районах огромные территории становятся непригодными для освоения из-за развития этих оползней.
На склоне, пораженном оплывинами по р. Хычке в Ивано-Франковской области был выбран участок совершенно чистый от техносферных помех. Для регистрации сигналов использовалась электрическая антенна рамочного типа, которая ориентировалась на развивающуюся оплывину. По мере увеличения влажности и разжижении глыбово -щебенисто - суглинистых отложений происходило увеличение числа импульсов, а во время текучепластичного течения этого материала - минимальное. Искусственное увлажнение пород на оползнях всегда приводило к изменению скорости счета импульсов. Изменения эти не носили однозначного характера, что, очевидно, связано с различной степенью водонасыщения пород, их составом, свойствами и процессами, происходящими в них. Разжижение суглинистых пород до текучего состояния вызывало уменьшение скорости счета импульсов от нескольких тысяч в час до нулевых значений.
Во время обследования Ялтинского гидротоннеля и штолен на южном берегу Крыма при прохождении через обводненные зоны наблюдались низкие значения интенсивности импульсного электромагнитного поля. Однако, это может быть связано с релаксированным характером напряжений в трещиноватых зонах разломов, которые часто являются обводненными. В то же время, как показали специальные исследования зон разломов, многое зависит от степени их активности, от напряженного состояния сопряженных структур, упругости и прочности слагающих пород.
В.Н.Сальниковым было установлено на искусственных кристаллах KBr,
KCl, NaCl, Lif, CaF2 появление электромагнитных сигналов за счет адгезионных и когезионных явлений. При этом интенсивность ЭМИ увеличивается за счет роста запасенной энергии.
Полученные В.Н.Сальниковым, С.Д.Заверткиным, М.В.Коровкиным
экспериментальные результаты при нагревании пород показывают, что интенсивность ЭМИ связана с процессами дегидратации, газоотделения, фазовыми переходами и
другими физико-механическими процессами. При механических нагружениях эти процессы и другие также имеют место. Перераспределение дефектов, движение дислокаций, колебания атомов в кристаллических решетках генерируют импульсы [9].
В подземных выработках Таштагольского рудника нами было замечено, что активное трещинообразование со стреляниями на стенке забоя в перенапряженном массиве из диоритов, гранодиоритов характеризуется уменьшением значений интенсивности поля.
При реологических испытаниях в полевых условиях на крупных целиках пород в Крыму (оползни Ставлухар, Приветненский) мощные всплески ЭМИ отмечались в момент приложения сдвигающих нагрузок с последующим резким снижением скорости счета импульсов [2,8]. То же самое наблюдалось и при испытаниях железобетонных балок в лаборатории кафедры железобетонных конструкций Национальной академии природоохранного и курортного строительства (НАПКС).
Достаточно острую проблему на протяжении ряда лет представлял выбор наиболее информативных частот. Специальными исследованиями на минералах-диэлектриках и разнообразных породах в полевых и лабораторных условиях совместно с проблемной лабораторией электроники диэлектриков и полупроводников (ПНИЛ ЭДИП) Томского политехнического университета (ТПУ) пришли к выводу о необходимости использования широкой полосы частот в килогерцовом диапазоне (5-50КГц).
Приборы индикаторного типа постоянно совершенствуются по мере улучшения элементной базы и разработки принципиальных схем. Они предназначены как для непрерывной регистрации импульсов, так и с определенным заданным интервалом.
Одной из последних модификаций приборов является GEOSENSE -500. Он позволяет измерять параметры ЕИЭМПЗ и накапливать результаты в своей памяти, которые затем могут быть выгружены в персональный компьютер для последующей обработки и анализа. Прибор имеет 2 канала регистрации импульсов, 2 синхронных канала регистрации уровня амплитудной огибающей ЕИЭМПЗ и 2 режима работы -прерывистый по точкам и непрерывный стационарный. Объем памяти -2ГБ. Прибор выполняется в компактном пыле-влагозащищенном, ударопрочном корпусе. Встроенная Li-ion батарея обеспечивает до 8 суток непрерывной работы в режиме стационарных наблюдений. GPS навигатор Media Tek MT3329 66- канальный позволяет определять координаты в любых условиях.
Условно механизмы ЭМИ делятся на адгезионно-когезионные и флуктуационные. Первые обусловлены образованием свежих заряженных поверхностей и пробойными явлениями в газе. ЭМИ происходят в широком диапазоне частот. Очевидно, электромагнитные импульсы возникают главным образом при термофлуктуационном возбуждении кристаллических решеток в момент зарождения микротрещин в скрытой стадии их развития [11]. Все это и позволяет оценивать прочность и прогнозировать момент разрушения пород, строительных материалов и конструкций по интенсивности электромагнитного излучения.
Выводы
Многочисленные экспериментальные исследования с гетерогенными материалами подтверждают разнообразие и сложность механизмов генерирования электромагнитного излучения при механическом нагружении. Важную роль, при этом, играет жидкая фаза.
Возникая на самых ранних стадиях изменения напряженно-деформированного состояния, электромагнитные сигналы являются прогностическим критерием развития деформаций фундаментов, несущих конструктивных элементов зданий и сооружений, что и было неоднократно подтверждено на разных объектах в Крыму и далеко за его пределами.
Список литературы
1. Ефименко А.З. Исследование прочности и упругих свойств виброгазобетона с помощью ультразвуковых методов [Текст] / А.З. Ефименко // Строительные материалы.- Москва. 1966. - вып.№6, -С 30-32.
2. Кузнецов И. В. Закономерности деформирования пород при сдвиговой ползучести (на примере изучения оползней юго-восточного Крыма) [Текст] / В.Н. Саломатин, В.Д. Матвеев // Инженерная геология. - М., 1986, №1. С. 59-64.
3. Солодухин М.А. Инженерно-геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства [Текст] / М.А. Солодухин. - М., "Недра", 1985. - 225с.
4. А.с. 857899 СССР. Способ изучения оползней / В.Н. Саломатин, В.Н., Воробьев
A. А., Л. А. Защинский [и др.]. - № 2689637; заявл.28.09.1978; опубл. 21.04.1981.
5. А.с. 1385815 СССР. Способ оценки и прогнозирования устойчивости массивов горных пород / В.Н. Саломатин, В.Д. Матвеев, С.И. Кирикилица [и др.]. - № 3864291; заявл. 11.03.1985; опубл. 01.12.1987.
6. А.с 1088508 СССР. Способ анализа геодинамических процессов / А.А. Воробьев, Л.А. Защинский, В.Н. Саломатин [и др.]. - № 3516230; заявл.30.11.1982; опубл. 22.12.1983.
7. Сальников В.Н. Электрические и электромагнитные явления при нагревании минералов и горных пород [Текст]: автореф. дис. ... д-ра геол.-мин. наук: / Сальников Владимир Николаевич; Томск. ТПИ, 1999.- 47с.
8. Саломатин В.Н. Методические рекомендации по изучению напряженного состояния пород методом регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) [Текст] / В.Н. Саломатин, Ш.Р. Мастов [и др.] - Симферополь, 1991. - 88с.
9. Дмитревский В.С. Единая теория разрушения материалов и конструкций [Текст] /
B. С. Дмитревский // Становление и развитие научных исследований в высшей школе: сб. науч. работ междунар. науч. конф. Томск, изд-во Томского политехн. ун-та, 2009. Т.1. С. 326-331.
10. Заверткин С. Д. Термостимулированная электромагнитная и акустическая эмиссия при фазовых переходах в диэлектриках [Текст] / С.Д. Заверткин, В.Н. Сальников, К.П. Арефьев, В.А. Пилипенко // Становление и развитие научных исследований в высшей школе: сб. науч. работ междунар. науч. конф. Томск, изд-во Томского политехн. унта, 2009. Т.1. С. 331-338.
11. Саломатин В.Н. Постановка метода изучения естественного импульсного электромагнитного поля при искусственной активизации оползневого процесса [Текст] / В.Н. Саломатин, А.А.Воробьев // Разведочная геофизика: Киев, 1984, С.120-127
12. Арефьев К. П. Термостимулированные электромагнитные явления в кристаллах и гетерогенных материалах [Текст] / К.П. Арефьев, С.Д. Заверткин, В.Н. Сальников; Томск: БТТ, 2001.400 с.
13. Селаметов Э.Ш. Исследования электромагнитного излучения в процессе набора прочности и последующем разрушении бетона класса В-25 / Э.Ш. Селаметов, В.Н.Саломатин // Строительство и техногенная безопасность: Сб. науч. трудов Симферополь, НАПКС. - вып.43. -2012.С 64-69
