CC BY
41
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЙ
УДК 534.011:624.13 DOI: 10.22227/1997-0935.2020.10.1372-1389
Исследования скорости поперечных волн в грунтоцементе при анизотропном напряженном состоянии
А.З. Тер-Мартиросян, Е.С. Соболев
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. Преобразование строительных свойств оснований методом глубинного грунтосмешения позволяет возводить здания и сооружения на площадках со слабыми грунтами. Как правило, неблагоприятные инженерно-геологические условия сопровождаются наличием динамических воздействий на проектируемые здания и сооружения. Задачей настоящих исследований является прогноз изменения механических свойств грунтов после преобразования строительных свойств основания. Объект настоящего исследования — грунтоцемент.
Материалы и методы. Результаты специальных лабораторных испытаний проб грунтоцементов методом малоамплитудных крутильных колебаний в резонансной колонке в режиме анизотропного трехосного сжатия позволили оценить влияние дополнительной вертикальной нагрузки на скорость распространения упругих поперечных волн. В работе представлено описание метода исследований, выполнен обзор оборудования, на котором выполнялись специальные лабораторные испытания. Испытания проводились на образцах грунтоцемента ненарушенной струк-О О туры при естественной влажности. Анизотропное напряженное состояние образцов грунтоцемента в ходе трехосных
N N испытаний в резонансной колонке было обусловлено особенностями работы основания проектируемого сооружения.
сч сч Результаты. В настоящем исследовании лабораторные испытания проводились в два этапа. На первом этапе
д д оценивалось влияние вертикального напряжения на скорость распространения поперечных волн. Получены кор-
реляционные зависимости между скоростью сдвиговых волн и отношением вертикальных и боковых напряжений. ¡5 § На втором этапе лабораторных испытаний было выполнено определение скорости распространения поперечных
> «Я волн при различных комбинациях бокового ст3 и вертикального ст, напряжений. Результаты второго этапа предназна-
2 — чаются для оценки влияния анизотропного напряженного состояния и прогнозирования скоростей поперечных волн
Ш и> при уровнях напряжений, ожидаемых на площадке размещения проектируемых тяжелых сооружений.
1П ф Выводы. Полученные результаты позволили дать оценку влияния боковых и вертикальных напряжений в режиме
£ трехосного сжатия на изменение скорости поперечных волн. Установлено, что при равных значениях боковых на-
5 з пряжений ст3 увеличение вертикального напряжения ст, в 7 раз приводит к росту скорости поперечных волн в грунто-
1_ Л цементах на 15 %. Вместе с тем при увеличении отношения вертикальных напряжений к боковым ст,/ст3 в 15 раз
Д наблюдалось увеличение скорости поперечных волн на 11 %. Отмечается, что, чем меньше была исходная величина
^ <и бокового напряжения ст3, тем больше увеличение скорости поперечных волн V в процессе испытаний. Корреляци-
онные зависимости, представленные в настоящей работе, можно использовать для оценки влияния анизотропно-
о
О ф го состояния в первом приближении (для предварительных расчетов) при проектировании тяжелых сооружений
о на грунтоцементных основаниях.
(О <
-о КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: динамические свойства грунтов, глубинное грунтосмешение, скорость упругих поперечных
о § волн, анизотропное напряженное состояние, дополнительная пригрузка, резонансная колонка, лабораторные ис-
гм § следования
от 'Ё
ОТ Е ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Тер-Мартиросян А.З., Соболев Е.С. Исследования скорости поперечных волн в грун-
^ тоцементе при анизотропном напряженном состоянии // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. Вып. 10. С. 1372-1389.
о DOI: 10.22227/1997-0935.2020.10.1372-1389 и °
^ с ю о
£ « о Е
Studies of the shear wave velocity in soil cement ? Z under the anisotropic stress state
Ев s
от от
Armen Z. Ter-Martirosyan, Evgeniy S. Sobolev
>» Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU);
i_ W Moscow, Russian Federation
SS
| x ABSTRACT
|E £ Introduction. Deep soil mixing, that alters construction properties of foundations, allows to construct buildings and struc-
jj jj tures on the sites that have loose soils. As a rule, adverse geotechnical conditions are accompanied by dynamic forces that
U > affect designed buildings and structures. The objective of these studies is to predict changes in mechanical properties of soils that follow the alteration of structural properties of a foundation. Soil cement is the focus of this study.
© А.З. Тер-Мартиросян, Е.С. Соболев, 2020 Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)
Исследования скорости поперечных волн в грунтоцементе л-ът люв
С.1372-1389
при анизотропном напряженном состоянии
Materials and methods. The findings of special laboratory tests of soil cement samples using the method of low amplitude torsional vibrations inside a resonant column in the anisotropic triaxial compression mode allowed to assess the effect of the supplementary vertical load on the velocity of shear elastic wave propagation. The co-authors present a description of the research method and provide an overview of the equipment used to conduct special laboratory tests. Tests were performed on undisturbed soil cement samples that had a natural water content. The anisotropic stress state of soil cement samples exposed to triaxial tests in the resonant column was caused by special behaviour features of the foundation. Results. In this study, laboratory tests had two stages. At the first stage, the effect of the vertical stress on the velocity of shear wave propagation was assessed. Correlation dependences between the shear wave velocity and the ratio of vertical and lateral stresses were obtained. At the second stage, shear wave propagation velocity values were identified at various combinations of lateral ct3 and vertical ct, stresses. The results of the second stage are designated for the assessment of the effect of the anisotropic stress state and the projection of shear wave velocities at the stress levels anticipated on the site that will accommodate designed heavy structures.
Conclusions. The findings allow to assess the effect of lateral and vertical stresses on changes of shear wave velocities in the triaxial compression mode. It was identified that at equal values of lateral stresses ct3, a 7-fold vertical stress ct, increase leads to a 15 % increase in the shear wave velocity in soil cement Vs. At the same time, an increase in the ratio of vertical to lateral stresses ct1/ct3 by a factor of 15 causes an 11 % increase in the shear wave velocity. It is noted that the smaller the initial value of lateral stress ct3, the higher the rise in the shear wave velocity Vs in the course of testing. Correlation dependencies, presented in this study, can be used to assess the effect of the anisotropic state as the first approximation (for preliminary calculations) in the design of heavy structures on soil cement foundations.
KEYWORDS: dynamic properties of soils, deep soil mixing, shear elastic wave velocity, anisotropic stress state, additional surcharging, resonant column, laboratory tests
FOR CITATION: Ter-Martirosyan A.Z., Sobolev E.S. Studies of the shear wave velocity in soil cement under the anisotropic stress state. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(10):1372-1389. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.10.1372-1389 (rus.).
ВВЕДЕНИЕ
Возведение промышленных и гражданских зданий и сооружений, передающих существенные нагрузки на основания, выполняется, как правило, на слабосжимаемых и прочных грунтах. В процессе инженерных изысканий и проектирования объекты высотного строительства, тяжелые промышленные здания, такие как теплоэнергетические и гидротехнические сооружения, нуждаются в особых методах определения физико-механических свойств грунтов. Площадка размещения таких сооружений зачастую выбирается исходя из оптимального соотношения между конструктивно-технологическими (наличие источников технической воды, дорожная и электрическая сеть, социальная доступность, экономическая целесообразность и т.п.) и инженерно-геологическими особенностями (слабые грунты, неблагоприятные геологические и инженерно-геологические процессы, сейсмическая активность и т.п.). Геотехнический прогноз зданий и сооружений повышенной ответственности обязательно включает в себя оценку динамических воздействий, так как в противном случае повреждения, полученные в течение жизненного цикла таких объектов, могут привести к крайне тяжелым техническим, экономическим и, самое опасное, социальным последствиям. Динамическая реакция грунтового основания обусловлена наличием и мощностью толщи слабых нестабилизированных глинистых отложений, водонасыщенных пылеватых песков, залеганием вблизи поверхности подземных вод и близостью тектонических разломов.
Надежность и долговечность эксплуатации особо сложных зданий и сооружений достигается, в частности, за счет решения одной из основопо-
лагающих геотехнических задач — ограничения
совместных деформаций основания и сооружения.
Величина этих совместных деформаций не долж- ^ ®
на превышать предельно допустимой величины & т
в зависимости от конструктивных особенностей k |
здания. В России предельно допустимые здания M
совместных деформаций основания и сооружения S т
регламентируются нормативными техническими С У
документами: СП 22.13330.2016 «Основания зда- м 1
ний и сооружений», МДС 50-1.2007 «Проектиро- § со
вание и устройство оснований, фундаментов и под- 1
земных частей многофункциональных высотных о 7
зданий и зданий-комплексов», СП 23.13330.2018 § 0
a со
«Основания гидротехнических сооружений», Пи- ° 5
НАЭ-5.10-87 «Основания реакторных отделений ? >
атомных станций». В международной практике § §
s ??
используются европейские нормативные докумен- о S
ты (CEN EN 1997-1-2004 Eurocode 7: Geotechnical О ?
design, CEN EN 1998-5: Eurocode 8: Design of ? 3
structures for earthquake resistance), американские d —
нормативные документы (IBC 2012/15, ASCE/SEI > 6
о о
7-10) и многие другие. Во многих случаях для того, § (
чтобы исключить перемещение зданий и сооруже- § §
ний на альтернативные площадки, при этом соблю- e e
дая предельно допустимые величины деформаций • ?
и обеспечивая динамическую устойчивость, необ- о О
ходимо выполнить усиление грунтов основания. | 1
Сегодня разработано и используется огромное с .
количество специальных технологий усиления и ста- ш л
билизации слабых грунтовых оснований [1]. В насто- ¡¡f ^
ящей работе рассматриваются пробы грунтоцемен- с с
тов, отобранные в процессе инженерных изысканий 1 1
после преобразования строительных свойств мето- С С
дом глубинного грунтосмешения (ГГС) на площадке 0 0
проектируемого объекта энергетической промыш- 0 0 ленности. Технология ГГС в иностранной литера-
о о
сч N
о о
N N
о о
г г
К <D
U 3
> (Л
С И
to in
U) (U
Ü
<D ф
O ё
со от
.E о
^ с ю о
s ц
о Е с5 °
СП ^ т-
Z £
S
ОТ °
О (О
туре именуется deep soil mixing (DSM) [2, 3]. Существуют только зарубежные нормативные документы, регламентирующие данный метод, в частности европейский стандарт BS EN 14679:2005. Метод усиления оснований ГГС улучшает физико-механические свойства за счет перемешивания грунтов и цемента (или иных вяжущих) для образования грунтоцемент-ной смеси (soil mix или cement-soil). Полученный композитный материал по своим свойствам близок к бетону, обладает значительно большей прочностью и сжимаемостью, меньшей водопроницаемостью, чем непреобразованный грунт. Параметры грунто-цемента зависят от типа вяжущего и соотношения «грунт - вяжущее - вода». Альтернативные технологии инъецирования — струйная цементация (jet grouting) или армирования — свайное основание проигрывают ГГС по объему используемого вяжущего на единицу объема преобразованного грунта.
Благодаря существенному улучшению физико-механических свойств грунтов метод ГГС находит все большее применение, являясь более экономичным и эффективным аналогом традиционных способов замены толщи слабых грунтов или использования фундаментов глубокого заложения. При этом тяжелые сооружения энергетической промышленности не только могут располагаться на площадках с возможными динамическими воздействиями как природного, так и техногенного характера, но и сами являются источниками таких воздействий за счет происходящих внутри технологических процессов. Расчет и прогноз взаимодействия сооружения и основания, преобразованного по технологии ГГС, с учетом динамических воздействий является на настоящий момент не до конца изученной и актуальной геотехнической проблемой.
Проектирование оснований динамически устойчивых сооружений базируется на спектральном методе расчета (в соответствии с ПиНАЭ-5.10-87). Основные расчетные параметры оснований объектов энергетической промышленности при динамическом (в частности, сейсмическом) воздействии: осадка S, горизонтальные перемещения U и крен i Указанные виды деформаций обуславливаются соотношением динамических сил P. и жесткости основания K. на контакте грунта и сооружения. Динамическая жесткость K. зависит от геометрии подошвы фундамента проектируемого сооружения и величин скоростей продольных V и поперечных V волн в грунте основания.
В существующей практике проектирования скорости продольных и поперечных волн пород в полевых условиях определяются с помощью наблюдений с поверхности и во внутренних точках среды методами преломленных волн (МВП), вертикальным сейсмическим профилированием (ВСП) и сейсмическим просвечиванием (СП) в соответствии с СП 11-105-97. Однако представляется достаточно трудоемким, используя указанные методы, оценить изменение фи-
зико-механических свойств грунтов вместе с изменением напряженно-деформированного состояния основания под возведенным сооружением большой площади. Кроме того, несмотря на некоторое преимущество в точности определения динамических параметров грунтов полевыми методами, следует отметить неудобство использования полевого оборудования и проведения геофизических исследований на действующем теплоэнергетическом или гидротехническом режимном объекте.
В лабораторных условиях основным методом являются ультразвуковые измерения на образцах в соответствии с ГОСТ 17624-2012. Однако этот метод ограничен применением высокоточного специального оборудования, мало распространенного в грунтовых лабораториях. Альтернативным методом лабораторных исследований скоростей распространения упругих волн в грунте является метод малоамплитудных крутильных колебаний. Оборудование для реализации этого метода позволяет определять большее количество необходимых параметров при исследованиях и, следовательно, является более универсальным [4].
Цель настоящего исследования — изучить закономерности изменения скорости распространения упругих поперечных волн V в образцах грунтоце-мента. Задача исследования — получить корреляционную зависимость скорости поперечных волн V от действующих вертикальных CTj и боковых ст3 напряжений в условиях анизотропного трехосного сжатия путем лабораторных испытаний в резонансной колонке.
Актуальность поставленной цели объясняется следующим. Опыт проектирования на преобразованных основаниях и анализ опубликованных работ отечественных и зарубежных исследователей по испытаниям образцов преобразованных грунтов показывают некоторое увеличение скорости распространения упругих волн в преобразованных грунтах (грунтоцементах) с увеличением действующих напряжений (в том числе при анизотропном напряженном состоянии, когда вертикальные напряжения Cj превышают боковые напряжения ст3). Увеличение скоростей распространения упругих волн, в свою очередь, приводит к увеличению динамической жесткости основания K, что в конечном итоге позволяет снизить деформации при динамических воздействиях. Это имеет непосредственный экономический эффект при рациональном подходе к проектированию и конструированию подземных конструкций тяжелых промышленных сооружений с динамическими нагрузками.
Цементация грунтов методом ГГС оказывает влияние на микромеханическое взаимодействие частиц, из которых состоит грунтовый массив. В работе A.L. Fernandez и J.C. Santamarina [5] отмечается, что увеличение содержания вяжущего вещества в общем объеме раствора увеличивает толщину це-
ментных пленок, окружающих частицы грунта при цементации. Возникает эффект увеличения площади контактов между твердыми частицами грунта [6, 7]. В этом случае следует ожидать и увеличения скорости распространения поперечных волн V. Анизотропное напряженное состояние должно способствовать возникновению дополнительных контактных напряжений между частицами, что, в свою очередь, дополнительно увеличит и скорость распространения поперечных волн.
Согласно исследованиям J.C. Santamarina и G. Cascante [8], эмпирическая зависимость между скоростью поперечных волн и изотропным напряжением может быть выражена как:
V = Aab
(1)
где А и Ь — постоянные значения.
В случае анизотропного нагружения [9] следует учитывать как напряжение в направлении распространения волны с1, так и боковое давление ст3, как представлено в уравнении (2):
V = A
(2)
где А, а и в — постоянные значения.
Для изотропного напряженного состояния уравнение (2) сводится к формуле (1). Указанные константы могут быть определены в множественной переменной линейной регрессии путем логарифмирования обеих частей уравнения (2). Для зернистых материалов (таких как песок) отмечается, что скорость сдвиговых волн в основном определяется средним напряжением в плоскости поляризации, когда отношение напряжений не превышает 3 [8].
Для больших значений отношения напряжений ст1 к ст3 никакой корреляции найдено не было.
Несмотря на то что значения постоянных коэффициентов (т.е. Ь, а и в) необходимо определять для каждого материала, существуют некоторые рекомендации по их диапазонам. Например, для сплошной среды значение Ь приближается к нулю, что означает, что состояние напряжения оказывает минимальное влияние на скорость волны. В зернистых материалах эта величина указана в диапазоне от 0,25 до 0,75 [8]. Для преобразованных грунтов ожидается, что это значение коэффициента Ь должно быть меньше 0,25.
N. СЫага и К.Н. Stokoe II [10] исследовали влияние различных факторов на измерения скорости поперечной волны в лабораторных условиях. Они объясняют несоответствие между лабораторными и полевыми измерениями скорости поперечной волны влиянием четырех основных факторов:
1) различная прочность в естественных условиях и после отбора грунта;
2) число пластичности грунта;
3) глубина отбора пробы грунта;
4) эффективное среднее боковое давление в естественных условиях.
В работе [11] количественно оценено влияние этих четырех факторов в одном уравнении (или поправочном коэффициенте), чтобы прогнозировать соотношение между скоростью поперечной волны, измеренной в полевых условиях и измеренной в лаборатории. В своем исследовании эти авторы также признают, что увеличение глубины образца приводит к увеличению эффективного среднего бокового давления.
Undrained shear strength, kPa
b
Рис. 1. Корреляционные зависимости осевых деформаций в режиме трехосного сжатия (a) и недренированной прочности на сдвиг (b) от скорости поперечной волны [12] Fig. 1. Correlation dependencies of axial deformations in the triaxial compression mode (a) and undrained shear strength (b) on the shear wave velocity [12]
< П
8 8 i н
G Г
S 2
0 со
n CO
1 O
y ->■ J to
u-
^ I
n °
O 3
о СЛ
O i n
Q.
СО СО
n O 0
O 6
A CD
Г 6 t (
• )
f5
5
л *
ui п
■ т s п
s У с о (D Ж
О О
2 2 О О 2 2 О О
a
о о
сч N
о о
N N
о о
г г
К <D
U 3
> (Л
С И
to in
U) <u
Ü
<D ф
O ё
Исследования [10] не позволили выполнить количественную оценку каждого из указанных выше факторов. Таким образом, окончательная формула, представленная в их исследовании, является только функцией скорости, измеренной в лаборатории. Можно предположить, что влияние прочности образца, глубины отбора и бокового давления в грунтовом массиве могут быть объединены в один фактор — влияние анизотропного напряженного состояния в грунтовом массиве.
Результаты исследований зависимости прочности модифицированных и обычных грунтов от напряженного состояния [13] показывают, что изменение модуля сдвига при малых деформациях в зависимости от напряженного состояния аналогично изменению модуля сдвига при больших деформациях.
Опытные данные, содержащиеся в работах A.S.A. Rashid и J.A. Black [12], хорошо доказывают взаимосвязь между ростом скорости поперечных волн и увеличением осевых деформаций в режиме трехосного сжатия (рис. 1, а). Дополнительно в работах [12, 14] представлены результаты тех же экспериментов, показывающие пропорциональный рост скорости упругих поперечных волн вместе с увеличением недренированной прочности на сдвиг (рис. 1, b).
R. Sharma с коллегами [15] в 2011 г. выполнял исследования грунтоцементов на основе преобразованного песчаного грунта. Выполненные эксперименты установили максимальное значение модуля
сдвига при малых деформациях G0 при полной мобилизации сдвиговой прочности. Полученный результат позволяет использовать параметр скорости поперечных волн V как маркер изменения физико-механических свойств в преобразованных грунтах в период поэтапного устройства насыпей грунтовых плотин, полотен железных и автомобильных дорог, а также фундаментов тяжелых сооружений. Помимо этого важного обстоятельства, в работе R. Sharma [15] установлено возрастание скорости поперечных волн V с ростом дополнительных эффективных вертикальных напряжений (рис. 2).
В работе М. Cha и G.-C. Cho для песчаных грунтов исследована эмпирическая взаимосвязь между скоростью поперечной волны V и коэффициентом пористости e при различных величинах вертикального напряжения CTj (рис. 3). На основе полученных экспериментальных данных [16] приводится зависимость между скоростью поперечных волн V и эффективным напряжением a'v при минимальном e и максимальном e значениях коэф-
mm max т
фициентов пористости:
V
= 181
1кПа
V
= 55
1кПа
(3)
Структура формулы (3) соответствует работам J.C. Santamarina и G. Cascante и повторяет приведенную ранее формулу (1). Скорость сдвиговых волн возрастает с увеличением уровня напряжений и уменьшением доли пустот в материале. Выполненные исследования позволяют прогнозировать
от " от Е
— -ь^
^ (Л
I §
OL О
^ с Ю о
8 «
0 Е
feo
СП ^ т-
Z £ £
ОТ °
> А
1
ES
о (ñ
a b
Рис. 2. Лабораторные исследования грунтоцемента на основе песка (плотность р = 2,1 г/см3) в условиях трехосного сжатия: a — изменение скорости поперечной волны и эффективного вертикального напряжения во времени; b — зависимость скорости прохождения поперечных волн от эффективного вертикального напряжения; OPC — содержание портландцемента [15]
Fig. 2. Laboratory testing of sand-based soil cement (density р = 2.1 g/cm3) exposed to triaxial compression: a — alteration of the shear wave velocity and effective vertical stress over time; b —pendence of the shear wave propagation velocity on the effective vertical stress; PCC — Portland cement content [15]
Рис. 3. Зависимость скорости поперечных волн V от действующего вертикального напряжения ^ для образцов с различным коэффициентом пористости e [17]
Fig. 3. Dependence of the shear wave velocity V on the effective vertical stress ct1 for samples with different porosity ratio e [17]
изменение коэффициента пористости, предполагая, что изменение скорости поперечной волны, м/с, от минимального V до максимального V значения линейно между максимальными e
s,max J max
и минимальными emin значениями коэффициента пористости (д.е.). Может быть вычислен фактический коэффициент пористости eflM из фактической скорости сдвиговой волны Vsfie/d следующим образом:
V - V
(\ s, field s,max ,
e - e )—--,—. (4)
max min / тт- тт- v J
V . - V
s,min s,max
Краткий обзор наиболее актуальных работ по теме исследования показывает убедительную зависимость между скоростью распространения поперечных волн V и изменением напряженного состояния образцов грунтоцемента в условиях лабораторных испытаний. Вероятно, данная связь обусловлена изменением физико-механических характеристик грунтов в процессе приложения нагрузки, особенно ее вертикальной составляющей ст1. Существенным недостатком указанных работ является отсутствие связи с проектированием какого-либо строительного объекта, что затрудняет построение корреляционных зависимостей. Ведь именно использование таких зависимостей на предварительных этапах проектирования, до проведения непосредственных испытаний проб грунтов с площадки строительства, позволяет оценить экономическую эффективность и технологическую сложность реализуемого проекта. Из выполненного краткого обзора можно сделать еще одно важное обобщение: использование технологии преобразования строительных свойств основания методом ГГС может применяться в качестве способа управления дина-
мическими свойствами грунтов на участках с высокими динамическими нагрузками [4].
Метод глубинного грунтосмешения и работа оснований зданий и сооружений на таком основании при динамических воздействиях рассмотрены в публикациях Т.Т. Абрамовой [18, 19] и Е.А. Вознесенского [20].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Под анизотропным напряженным состоянием в процессе испытаний будем понимать различные значения бокового и вертикального напряжений, которые испытывает образец грунта в процессе работы реального основания сооружения. Значения данных напряжений, принятые в настоящей работе, получены путем математического моделирования в геотехническом программном комплексе, разработанном Plaxis BV Моделирование учитывает различные стадии строительства и эксплуатации проектируемого сооружения энергетической промышленности. Моделирование показывает, что в процессе работы основания возникает существенная анизотропия напряженного состояния, особенно после окончания возведения сооружения, так как давление под подошвой тяжелых сооружений превышает природное давление окружающего грунта. Для имитации полевых условий на различных этапах строительства в PLAXIS Foundation 3D был выполнен анализ для определения напряженного состояния. Значения принимались в трех областях: под центром загруженной площади, между центром и угловой точкой, под углом загруженной площади. Кроме того, в каждой из указанных точек напряжения регистрировались на трех значениях глубин, м, от подошвы загруженной площади: -1,0, -10,0 и -18,0.
< п
8 8 i н
G Г
0 сл
n СО
1 2
У ->■
J со
u-
^ I
n ° о 2
2 i n
Q.
CO CO
n 2 0
2 6 r 6
• ) Ц
® w
л * (Л DO ■ T
s У с о <D *
oo
2 2 О О 2 2 О О
о о
сч N
о о
N N
о о
г г
К <D
U 3
> (Л
С И
to in
U) (U
Ü
<D ф
O S
Зона грунтового основания, преобразованная по методу глубинного грунтосмешения, состояла из нескольких инженерно-геологических элементов. Однако при анализе экспериментальных данных предполагалось, что в результате преобразования массив грунтоцемента будет иметь одинаковые значения скорости поперечной волны, за исключением влияния анизотропии напряжений.
Поэтому все точки данных из программы лабораторных испытаний используются в одной серии регрессионных анализов, и не проводится различий в глубине, на которой была взята проба. Важно отметить, что в ходе лабораторных испытаний все образцы были испытаны при различных уровнях напряжений, что позволяет придерживаться согласованных напряженных состояний. Такой анализ позволит получить только одно уравнение для всего объема преобразованного основания.
Лабораторные испытания проб грунтоцемен-тов в форме цилиндров диаметром 83 мм и высотой 166 мм для определения скоростей поперечных волн V выполнялись методом малоамплитудных крутильных колебаний в резонансной колонке (рис. 4) в режиме консолидированно-недренирован-ного трехосного сжатия с возможностью создания различных вертикальных ст1 и боковых ст3 напряжений согласно ГОСТ Р 56353-2015 (зарубежным аналогом которого является американский стандарт ASTM D4015-15e1).
Испытания проводились на образцах грунтоце-ментов (рис. 5), отобранных на участке размещения проектируемого сооружения теплоэнергетической промышленности. Проектом предусмотрено возведение тяжелого сооружения с дополнительным давлением под подошвой плитного фундамента около 0,6 МПа. До преобразования строительных свойств грунтов методом ГГС грунты представляли собой пески, мелкие и пылеватые аллювиального проис-
Табл. 1. Ведомость проб грунтоцементов Table 1. Soil cement sample list
хождения. При глубинном грунтосмешении в качестве вяжущего вещества применялся портландцемент типа V согласно ASTM C150/C150M-19a с прочностью на сжатие в возрасте 28 сут 21 МПа.
Направленные в лабораторию образцы грунто-цемента имели степень влажности, близкую к полному водонасыщению. Средняя плотность р всех направленных образцов составляла 1,6 г/см3 (табл. 1).
В настоящем исследовании испытания проводились в два этапа. На первом этапе основной упор был сделан на влияние вертикального напряжения на скорость распространения поперечных волн. На этом этапе отношение вертикального напряжения CTj к боковому давлению ст3 достигает 7. Всего на этом этапе выполнено девять испытаний. Так как в проведенных исследованиях вертикальное напряжение CTj прикладывается в направлении распространения волны, то следует ожидать, что его влияние на скорость поперечных волн будет уменьшаться при более высоких уровнях напряжений. Согласно исследованиям J.C. Santamarina и G. Cascante [8] влияние бокового давления будет иметь более выраженное влияние на скорость поперечной волны, поскольку напряжение в плоскости поляризации определяет скорость поперечной волны.
Испытания первого этапа проводились на трех пробах грунтоцемента. Нагрузочные сочетания приведены в табл. 2. Количество выполненных определений скорости сдвиговых волн V — 9.
На втором этапе лабораторных испытаний было выполнено определение скорости распространения поперечных волн при различных комбинациях бокового ст3 и вертикального CTj напряжения. Результаты второго этапа предназначаются для оценки влияния анизотропного напряженного состояния и прогнозирования скоростей поперечных волн при уровнях напряжений, ожидаемых на площадке размещения проектируемых сооружений.
Порядковый номер пробы Sample number Скважина Bored hole Дата отбора Sampling date Наименование грунта на этикетке Soil type on the label Глубина от, м Depth from, m Глубина до, м Depth to, m Плотность, г/см3 Density, g/cm3
1 BH_1 2,4 2,6 1,61
2 BH_4 2,7 2,9 1,60
3 BH_2 Светло-серый хорошо перемешанный 4,0 4,2 1,58
4 BH_4 Апрель 2019 April 2019 8,5 8,7 1,58
5 BH_3 прочный 8,8 9,0 1,53
6 BH_1 Light gray, well-mixed, firm 13,5 13,7 1,57
7 BH_4 14,7 14,9 1,60
8 BH_1 15,4 15,6 1,67
9 BH_2 15,5 15,7 1,60
.Е о cl"
^ с ю о
S «
о Е
СП ^ т-
Z £ £
ОТ °
I
o (ñ
Рис. 4. Резонансная колонка производства ООО «НПП "Геотек"», Россия. Условные обозначения: 1 — силовой привод; 2 — камера; 3 — подъемное устройство; 4 — датчик силы; 5 — датчик давления Fig. 4. Resonant column manufactured by NPP Geotek LLC, Russia. The legend: 1 — power drive; 2 — chamber; 3 — lifting device; 4 — force sensor; 5 — pressure sensor
< П
8 8 iH
G Г
0 со
n CO
1 O
У ->■
J to
u 3
^ I
n °
O 3
о O oPi n )
(Л '
CO CO
Рис. 5. Полностью водонасыщенный образец грунтоцемента на съемном нижнем пьедестале резонансной колонки Fig. 5. Fully water-saturated soil cement sample on the removable bottom base of the resonant column
n
O 0
O 66
A CD
Г 6
c О
• ) Ц
® w
л *
01 n
■ T
(Л У
с о <D Ж
О О
2 2 О О 2 2 О О
Испытания второго этапа проводились на нагрузочные сочетания, приведенные в табл. 3. Количество определений скорости сдвиговых волн V — 60.
В ходе анализа полученных экспериментальных данных выполнялся расчет относительных сдвиговых деформаций у и резонансной частоты / Для полученной резонансной частоты выполнялось определение скорости поперечных волн V в соответствии с выражением:
V = ßh
f J
\ J0 J
(5)
где J — момент инерции образца, зависит от его массы т и радиуса г,
J = 0,5тг2, кг-м2, (6)
где J0 — момент инерции силового привода установки (/0 = 0,007237 кг-м2); И — высота образца, м; ю = 2л/— круговая резонансная частота, рад/с.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В результате специальных лабораторных испытаний первого этапа были получены частные значения скоростей поперечных волн V (табл. 4).
Табл. 2. Сочетания нагрузок для проведения измерений скоростей волн (первый этап) Table 2. Load combinations for wave velocity measurements (first stage)
Номер схемы нагружения Load No Боковое напряжение а3, кПа Lateral stress а3, kPa Вертикальное напряжение кПа Vertical stress kPa Отношение Ratio а/а3
1 100 100 1
2 100 400 4
3 100 700 7
о о
N N
О О
N N
о о
г г
К <D
U 3
> (Л
с и
to in
in щ
il
<D ф
О ё
Табл. 3. Сочетания нагрузок для проведения измерений скоростей волн (второй этап) Table 3. Load combinations for wave velocity measurements (second stage)
Номер схемы нагружения Load No Боковое напряжение а3, кПа Lateral stress а3, kPa Вертикальное напряжение кПа Vertical stress kPa Отношение Ratio а/а3
1 40 150 3,75
2 40 375 9,39
3 40 600 15
4 75 75 1
5 75 335 4,67
6 75 600 8
7 150 165 1,1
8 150 550 3,67
9 280 400 1,43
10 280 600 2,14
.Е о OL О
с
Ю о
о Е
fe ° СП ^
V-
£ £
от °
> 1 £ w
■S
I ^ iE 35
О (0
Табл. 4. Результаты измерений скоростей волн (первый этап) Table 4. Wave velocity measurement results (first stage)
No. Глубина от, м Depth from, m Глубина до, м Depth to, m Номер схемы нагружения Loading pattern number Боковое напряжение а3, кПя Lateral stress а3, kPa Вертикальное напряжение а кПя Vertical stress а kPa Скорость поперечных волн V, м/с s Shear wave velocity Vs, m/s Среднее значение скорости поперечных волн V^, м/с Average shear wave velocity V1avg, m/s
1 2,4 2,6 1 100 100 518,55 512
2 8,5 8,7 556,50
3 13,5 13,7 461,69
Исследования скорости поперечных волн в грунтоцементе л-ът люв
С.1372-1389
при анизотропном напряженном состоянии
Окончание табл. 4 /End of Table 4
No. Глубина от, м Depth from, m Глубина до, м Depth to, m Номер схемы нагружения Loading pattern number Боковое напряжение а3, кПа Lateral stress а3, kPa Вертикальное напряжение а кШ Vertical stress а kPa Скорость поперечных волн V, м/с s Shear wave velocity Vs, m/s Среднее значение скорости поперечных волн Г/ред, м/с Average shear wave velocity V1avg, m/s
4 2,4 2,6 2 100 400 616,03 589
5 8,5 8,7 598,35
6 13,5 13,7 552,14
7 2,4 2,6 3 100 700 617,53 602
8 8,5 8,7 621,69
9 13,5 13,7 567,43
Графическая интерпретация результатов первого этапа представлена на рис. 6.
Полученная корреляционная зависимость между отношением вертикального напряжения к боковому ст3/ст3 и скоростью поперечных волн V характеризуется выражением вида:
( - \
vs = a in
-Bp
(7)
При объединении выполненных испытаний в рамках второго этапа в единую серию получается корреляционная зависимость, представленная на иллюстрации (рис. 7).
Полученная корреляционная зависимость между отношением вертикального напряжения к боковому ст1/ст3 и скоростью поперечных волн V в рамках второго этапа характеризуется выражением вида:
г ~ \
где А1 и В1 — постоянные значения, для первого этапа равны 48 и 515 соответственно.
Результаты испытаний второго этапа представлены в табл. 5.
Vs = A2 in
(8)
где А2 и В2 — постоянные значения, для второго этапа равны 24 и 502 соответственно.
Рис. 6. Результаты первого этапа испытаний. Боковое давление ст3 постоянно и составляет 100 кПа. Зависимость скорости распространения поперечных волн V от отношения вертикального напряжения к боковому Fig. 6. Stage 1 test results. Lateral pressure a3 is constant and equals to 100 kPa. Dependence of the shear wave propagation velocity V on the ratio of vertical stress to lateral stress
< П i н
G Г
0 от
n ОТ
1 О
У ->■
J to
^ I
n °
О 3
о О
О i n
Q.
ОТ ОТ
n О 0
О
r 6
• ) 15
® w
л * (Л DO ■ T
s У с о <D * 1 1 oo
2 2 О О 2 2 О О
Табл. 5. Результаты измерений скоростей волн (второй этап) Table 5. Wave velocity measurement results (second stage)
No. Глубина от, м Depth from, m Глубина до, м Depth to, m Номер схемы нагружения Loading pattern number Боковое напряжение ст3, кЛя Lateral stress ст3, kPa Вертикальное напряжение ст1, кЛЯ Vertical stress ст1, kPa Скорость поперечных волн V, м/с s Shear wave velocity V, m/s s Среднее значение скорости поперечных волн Г/ред, м/с Average shear wave velocity V1avg, m/s
1 2,7 2,9 1 40 150 487,06 491
2 4 4,2 471,97
3 8,8 9 386,50
4 14,7 14,9 550,53
5 15,4 15,6 517,65
6 15,5 15,7 531,52
7 2,7 2,9 2 40 375 487,06 530
8 4 4,2 540,12
9 8,8 9 442,08
10 14,7 14,9 586,38
11 15,4 15,6 558,05
12 15,5 15,7 563,61
13 2,7 2,9 3 40 600 554,85 561
14 4 4,2 567,88
15 8,8 9 498,96
16 14,7 14,9 605,59
17 15,4 15,6 570,00
18 15,5 15,7 570,68
19 2,7 2,9 4 75 75 482,04 426
20 4 4,2 413,92
21 8,8 9 416,23
22 14,7 14,9 522,37
23 15,4 15,6 204,53
24 15,5 15,7 516,11
25 2,7 2,9 5 75 335 537,27 538
26 4 4,2 542,64
27 8,8 9 480,86
28 14,7 14,9 595,35
29 15,4 15,6 499,97
30 15,5 15,7 572,60
31 2,7 2,9 6 75 600 558,62 565
32 4 4,2 566,62
33 8,8 9 504,13
34 14,7 14,9 609,43
35 15,4 15,6 558,05
36 15,5 15,7 594,43
Окончание табл. 5 / End of Table 5
No. Глубина от, м Depth from, m Глубина до, м Depth to, m Номер схемы нагружения Loading pattern number Боковое напряжение а3, кПа Lateral stress а3, kPa Вертикальное напряжение а1, кПа Vertical stress а1, kPa Скорость поперечных волн V , м/с s3 Shear wave velocity V, m/s s Среднее значение скорости поперечных волн V/", м/с Average shear wave velocity V"vg, m/s
37 2,7 2,9 7 150 165 514,68 517
38 4 4,2 507,31
39 8,8 9 465,35
40 14,7 14,9 569,74
41 15,4 15,6 489,87
42 15,5 15,7 552,06
43 2,7 2,9 8 150 550 558,64 565
44 4 4,2 570,41
45 8,8 9 506,72
46 14,7 14,9 604,31
47 15,4 15,6 558,05
48 15,5 15,7 594,43
49 2,7 2,9 9 280 400 544,81 552
50 4 4,2 559,05
51 8,8 9 501,55
52 14,7 14,9 592,79
53 15,4 15,6 544,16
54 15,5 15,7 572,60
55 2,7 2,9 10 280 600 552,34 565
56 4 4,2 570,41
57 8,8 9 514,47
58 14,7 14,9 604,31
59 15,4 15,6 565,63
60 15,5 15,7 582,87
< П
8 8 iH
G Г
О со з со
z o
y ->■ J CD
U I
^ I
3 °
o3
0 ^
01
3 i) o
Если результаты второго этапа рассортировать в зависимости от величины бокового давления ст3, то получатся графические зависимости, представленные на рис. 8.
Корреляционные зависимости между отношением вертикального напряжения к боковому ст^ст3 и скоростью поперечных волн V, сгруппированные в зависимости от величины бокового давления ст3, характеризуются формулой (8), в которой постоянные значения равны:
• при ст3 = 40 кПа — А2 = 50, В2 = 424;
• при Ст3 = 75 кПа — ^ = 69, В2 = 428;
• при Ст3 = 150 кПа — А2 = 41, В2 = 513;
• при Ст3 = 280 кПа — А2 = 31, В2 = 442.
со со
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ
Основной задачей выполненных исследований является выявление зависимости между вертикальными напряжениями ст1 и скоростью поперечных волн V в режиме анизотропного трехосного сжатия в резонансной колонке. Задача обусловлена тем, что при возведении тяжелых сооружений энергетической промышленности существенно изменяется напряженное состояние основания, возникает анизотропное состояние. В большинстве случаев преобразование строительных свойств грунтов методом глубинного грунтосмешения применяется для улучшения работы основания при статических нагрузках [21-23]. В исследованиях T.-S. Chang
3 ю ° 0
066
A CD
Г 6 О 3
• ) н
® 5 л ' (Л DO ■ Т
s У с о <D *
оо
2 2
О О
2 2
О О
о о
N N
О О
N N
О О
г г
К <D
U 3 > (Л
С И
U ш
ю щ
¡1
<u ф
О ё
Рис. 7. Результаты второго этапа испытаний. Выполнены при различных значениях бокового давления а3, представлены в единой выборке. Зависимость скорости распространения поперечных волн Vs от отношения вертикального напряжения к боковому а1/а3
Fig. 7. Stage 2 test results. They are obtained at different values of lateral pressure а presented in a single sampling. Dependence of the shear wave propagation velocity Vs on the ratio of vertical stress to lateral stress а1/а3
со
CO
.E О
cl"
^ с Ю о
S «
о E a> ^
T- ^
Z £
E
CO °
■s
I
il
О tn
Рис. 8. Результаты второго этапа испытаний. Выполнены при различных значениях бокового давления а сгруппированы в зависимости от значения а3. Зависимость скорости распространения поперечных волн Vs от отношения вертикального напряжения к боковому а1/а3
Fig. 8. Stage 2 test results. They are obtained at different values of lateral pressure а3, grouped based on the а3 value. Dependences of the shear wave propagation velocity Vs on the ratio of vertical stress to lateral stress а1/а3
[24] и [25] отмечается, что статическая прочность грунтов после цементации увеличивается примерно в 15-20 раз. Помимо изменения физико-механических свойств, возникает и изменение динамических свойств грунтов [26]. В настоящем исследовании предложено экспериментальное обоснование зависимости изменения скорости поперечных волн Vs от анизотропного напряженного состояния для образцов грунтоцемента, отобранных из основания, преобразованного по технологии DSM.
Обобщая обзор аналогичных исследований и анализируя результаты выполненных лабораторных испытаний, сформулируем следующие основные выводы.
1. В настоящем исследовании не учитывалось влияние плотности и влажности направленных в лабораторию проб грунтоцемента. Поскольку пробы были доставлены в герметичной упаковке и не подвергались чрезмерным механическим перегрузкам, считаем их влажность и плотность близкими к естественным значениям. После вскрытия упаковки для всех образцов определялась плотность. Среднее (нормативное) значение — 1,6 г/см3 (выполнена обработка измерений плотности по ГОСТ 20522-2012 «Методы статистической обработки результатов испытаний»). Относительная влажность направленных на испытания проб близка к полному водона-сыщению (от 0,85 до 0,95 д.е.). Влияние влажности на изменение скорости распространения поперечных волн изучалось авторами ранее [26].
2. Испытания проводились методом малоамплитудных динамических испытаний в резонансной колонке в два этапа. На первом этапе выполнялись испытания, позволяющие установить наличие зависимости скорости поперечных волн от изменения соотношения между вертикальными и боковыми напряжениями в режиме трехосного сжатия. Анализ результатов (рис. 6) показал, что, чем выше вертикальное напряжение стр тем больше скорость поперечных волн V. Так, в соответствии с выражением (7), при боковом давлении ст3 = 100 кПа увеличение вертикального напряжения CTj в 7 раз приводит к росту скорости Vs на 15 % (по средним значениям от 515 до 608 м/с).
3. Данные, полученные на первом этапе исследований, показывают, что исходные предпосылки были верными, и имеет смысл продолжить испытания с учетом фактических соотношений между вертикальными CTj и боковыми ст3 напряжениями в основании проектируемого сооружения энергетической промышленности. На втором этапе испытания образцов грунтоцемента выполнялись при напряженном состоянии, которое было получено по результатам математического моделирования работы реального основания методом конечных элементов в геотехническом программном комплексе PLAXIS. Анизотропное напряженное состояние в основании проектируемого комплекса возникает
как в процессе возведения, так и в процессе эксплуатации зданий и сооружений. При этом в расчетах учитывалось несколько точек по площади и по глубине основания проектируемого объекта энергетической промышленности.
4. Анализируя результаты испытаний второго этапа, следует отметить, что общая выборка из 60 определений скорости поперечных волн V, сформированная из результатов испытаний при различных значениях бокового давления ст3 (рис. 6, формула (7)), является нерепрезентативной за счет весьма низкого значения коэффициента достоверности аппроксимации R2 = 0,1. Однако данная интерпретация результатов исследований может быть использована для качественного анализа. Отмечается увеличение скорости поперечных волн V совместно с увеличением соотношения ст/а3 вертикального и бокового напряжений. Наблюдаем, что при величине соотношения ст/а3 = 1 скорость поперечных волн Vs равна 502 м/с, а при величине соотношения ст/а3 = 15 Vs = 561 м/с. Таким образом, происходит увеличение скорости поперечных волн
V на 11 %. Данную оценку влияния анизотропного состояния можно использовать в первом приближении (для предварительных расчетов), до проведения непосредственных испытаний на конкретной строительной площадке, при возведении тяжелых сооружений на основаниях, преобразованных по технологии DSM.
5. Для более корректной оценки результатов испытаний второго этапа выполнено разделение экспериментальных графиков в зависимости от значений бокового давления ст3 (разноцветные линии соответствуют разным значениям бокового давления) (рис. 7). Подобная обработка позволяет увеличить значения коэффициентов достоверности аппроксимации R2 в несколько раз. Использование такого представления также позволяет оценить прирост скорости поперечных волн V в каждой конкретной точке основания проектируемого сооружения. Наиболее нагруженные точки показывают более сильный прирост, в то время как менее нагруженные участки демонстрируют умеренное возрастание скорости поперечных волн Vs.
6. Количественная оценка результатов выполненных исследований второго этапа на основании выражения (8) позволяет получить следующие результаты:
• красный маркер — боковое давление ст3 = = 40 кПа — увеличение скорости поперечных волн
V от 424 до 559 м/с (прирост на 24 %);
• зеленый маркер — ст3 = 75 кПа — увеличение
V от 428 до 572 м/с (прирост на 25 %);
• синий маркер — ст3 = 150 кПа — увеличение
V от 513 до 570 м/с (прирост на 10 %);
• фиолетовый маркер — ст3 = 280 кПа — увеличение V от 542 до 566 м/с (прирост на 4 %).
< п
8 8 i Н
G Г
0 СО
n СО
1 2 У ->■
J со
u -
^ I
n °
o 3
о 2
o7 n
Q.
CO CO
n 2 0
266
A CD
Г 6 О Q
• )
Ü
® 5 л '
01 00 ■ £
s У с о <D *
О О
2 2 О О 2 2 О О
о о сч N о о
N N
о о
г г
К <D U 3 > (Л С И
to in
in щ
il <D ф
7. Наблюдается явная тенденция: чем меньше было исходное боковое давление а3, тем больше прирост скорости поперечных волн V в процессе анизотропного трехосного сжатия в резонансной колонке. При этом даже без увеличения вертикального напряжения а при увеличении бокового давления а3 растет и скорость поперечных волн V. Так, при боковом давлении а3 = 40 кПа Vs = 424 м/с, а при а3 = 280 кПа скорость Vs = 542 м/с.
8. Представленные выше выводы в целом согласуются с аналогичными исследованиями J.C. San-tamarina [8] и T.-S. Chang [24]. Если использовать выражения (1) и (2) для анализа исследований второго этапа, то получим следующее. Воспользуемся многопараметрическим регрессионным анализом для оценки результатов исследований.
Предположим, что на скорость распространения поперечных волн при анизотропном напряженном состоянии влияет только главное напряжение согласно формуле (1) (назовем это моделью № 1). Результат получится в виде следующей зависимости:
V = 248
(9)
Достоверность аппроксимации в случае использования этого выражения составляет Я2 = 0,88.
Если воспользоваться гипотезой, выраженной формулой (2) (пусть это будет модель № 2), то результаты исследований выражаются следующей формулой:
х0,09 / \0,01
V = 318
(10)
Для модели № 2 достоверность аппроксимации существенно выше и составляет Я2 = 0,97.
9. Полученные значения постоянных коэффициентов а = 0,09 и ß = 0,01 для образцов грунто-цемента при анизотропном напряженном состоянии существенно отличаются от значений, рекомендованных в работе [8] (для зернистых материалов ß > 0,25). Столь низкое значение постоянного коэффициента ß = 0,01 можно трактовать и как незначительное влияние анизотропного напряженного состояния на изменение скорости поперечных волн V. Иными словами, влияние бокового давления ст3 более значительно, чем вертикальное напряжение стг
Отметим также, что в исследовании [8] отношение вертикального напряжения к боковому ст/а3 не превышало 3, в то время как в настоящем исследовании оно достигает 15.
В качестве цели для дальнейших исследований отметим необходимость оценки влияния преобразования основания методом глубинного грунтосме-шения для защиты от динамического разжижения грунтов. Ряд исследований, в частности [27-30], показывает, что существует зависимость между величиной скорости распространения поперечных волн V и возможностью динамического разжижения грунтов. Так, если в дальнейшем сопоставить результаты исследований скоростей неукрепленного и укрепленного грунтов (до DSM и после), и с учетом роста скорости при увеличении вертикального напряжения от проектируемого сооружения, то можно дать оценку динамической неустойчивости до преобразования строительных свойств грунтов основания и после возведения сооружения в условиях динамических воздействий.
О ё
ЛИТЕРАТУРА
о со гм ~z. от от
.Е о cl"
^ с ю о
S «
о Е
СП ^ т-
Z £
Е
от °
I
О tn
1. Романов Н.В., Расинэ Ж. Обзор современных методов усиления и стабилизации слабых оснований // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 4. С. 499-513. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.4.499-513
2. Egorova A.A., Rybak J., Stefaniuk D., Zajacz-kowski P. Basic aspects of deep soil mixing technology control // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 245. No. 2. P. 022019. DOI: 10.1088/1757-899X/245/2/022019
3. Jung C., CeglarekR., Clauvelin T., Ayeldeen M, Kim D. Deep soil mixing in Sabkha soils for foundation support in United Arab Emirates // International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2020. Vol. 6. DOI: 10.1007/s40891-020-0188-4
4. Тер-Мартирсян А.З., Соболев Е.С. Безопасность эксплуатации оснований зданий и сооружений при динамическом воздействии // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 5. С. 537-544. DOI: 10.22227/19970935.2017.5.537-544
5. Fernandez A.L., Santamarina J.C. Effect of cementation on the small-strain parameters of sands // Canadian Geotechnical Journal. 2001. Vol. 38. No. 1. Pp. 191-199. DOI: 10.1139/t00-081
6. Park J., Santamarina J.C. Sand response to a large number of loading cycles under zero-lateral-strain conditions: evolution of void ratio and small-strain stiffness // Géotechnique. 2019. Vol. 69. No. 6. Pp. 501-513. DOI: 10.1680/jgeot.17.P.124
7. Clayton C.R.I. Stiffness at small strain: research and practice // Geotechnique. 2011. Vol. 61. No. 1. Pp. 5-37. DIO: 10.1680/geot.2011.61.1.5
8. Santamarina J.C., Cascante G. Stress anisot-ropy and wave propagation: A micromechanical view // Canadian Geotechnical Journal. 1996. Vol. 33. No. 5. Pp. 770-782. DOI: 10.1139/t96-102-323
9. Shin H., Santamarina J.C. Role of particle angularity on the mechanical behavior of granular mixtures // Journal of Geotechnical and Geoenvironmen-
Исследования скорости поперечных волн в грунтоцементе л-ът люв
С.1372-1389
при анизотропном напряженном состоянии
tal Engineering. 2013. Vol. 139. No. 2. Pp. 353-355. DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000768
10. Chiara N., Stokoe IIK.H. Sample disturbance in resonant column test measurement of small-strain shear wave velocity // Solid Mechanics and its Applications. 2007. Vol. 146. Pp. 605-613. DOI: 10.1007/978-1-4020-6146-2_41
11. Kottke A.R., Keene A., Wang Y., Shin B., Stokoe II K.H., Lewis M.R. In situ and laboratory measured dynamic properties of a marine clay // Geotechnical Frontiers. 2017. DOI: 10.1061/9780784480472.036
12. Rashid A.S.A., Black J.A., Kueh A.B.H., Noord N.M. Behaviour of weak soils reinforced with soil cement columns formed by the deep mixing method: Rigid and flexible footings // Measurement. 2015. Vol. 68. Pp. 262-279. DOI: 10.1016/j.measurement.2015.02.039
13. Viggiani G., Atkinson J.H. Stiffness of finegrained soil at very small strains // Geotechnique. 1995. Vol. 45. No. 45. Pp. 249-265. DOI: 10.1680/ geot.1995.45.2.249
14. Bahador M., PakA. Small-strain shear modulus of cement-admixed kaolinite // Geotechnical and Geological Engineering. 2012. Vol. 30. Pp. 163-171. DOI: 10.1007/s10706-011-9458-1
15. Sharma R., Baxter C., Jander M. Relationship between shear wave velocity and stresses at failure for weakly cemented sands during drained triaxial compression // Soils and Foundations. 2011. Vol. 51. No. 4. Pp. 761-771. DOI: 10.3208/sandf.51.761.
16. Chong S.-H., Kim J.W., Cho G.-C., Song K.-I. Preliminary numerical study on long-wavelength wave propagation in a jointed rock mass // Geomechanics and Engineering. 2020. Vol. 21. No. 3. Pp. 227-236. URL: http://www.techno-press.org/content/?page=article&jou rnal=gae&volume=21&num=3&ordernum=1
17. Cha M., Cho G.C. Shear strength estimation of sandy soils using shear wave velocity // Geotechnical Testing Journal. 2007. Vol. 30. No. 6. Pp. 484-495. DOI: 10.1520/GTJ100011
18. Абрамова Т. Т. Защита грунтовых массивов от динамических и сейсмических воздействий // Символ науки. 2016. № 4-4. С. 41-49. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=25948847
19. Абрамова Т.Т., Валиева К.Э. Обзор современных технологий по снижению воздействия динамических нагрузок на грунты // Комплексные проблемы техносферной безопасности : мат. междунар. науч.-практ. конф. (Воронеж, 26-28 октября 2017 г.). Воронеж, 2017. С. 33-37. URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=35034052
20. Абрамова Т.Т., Вознесенский Е.А. Современные методы управления свойствами грунтов на участках высоких динамических нагрузок // Гетех-ника. 2015. № 4. С. 6-25. URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=24112910
21. Зехниев Ф.Ф., Внуков Д.А., Корпач А.И. Преобразование грунтовых оснований с примене-
нием технологии глубинного перемешивания грунта // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура, 2017. Т. 8. № 4. С. 116-125. DOI: 10.15593/22249826/2017.4.12
22. Корпач А.И. Особенности расчета оснований, усиленных по технологии глубинного перемешивания грунта DSM // Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении : мат. междунар. науч.-практ. конф. Новочеркасск, 13-15 мая 2015. Новочеркасск, 2015. С. 450-455.
23. Zotsenko M., Vynnykov Yu., Kharchenko M. Experience of weak soil reinforcement by soil-cement elements manufactured by deep soil mixing technology // International Journal of Engineering and Technology. 2018. Vol. 7. No. 3.2. Pp. 486-493. DOI: 10.14419/ ijet.v7i3.2.14577
24. Chang T.-S., Vedula V.R., Chang K.-P. Improvement of static and dynamic properties of soft clay using high pressure jet grout // International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics. Vol. 23. URL: https://schol-arsmine.mst.edu/icrageesd/04icrageesd/session01/23
25. Ильин С.В., Жевжиков И.И. Технологии усиления слабых грунтов оснований, приме- ^ п няемые на объектах Государственной компании s с «Автодор» // Дорожники. 2017. № 2 (10). С. 6-11. i i URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37001402 g 1
26. Соболев Е.С., Тер-Мартиросян А.З., Мо- О Г
рев Д. С. Экспериментальные исследования скоро- с Q
стей упругих поперечных волн в грунтоцементе в за- Q I
0 S
висимости от плотности, влажности и напряженного t w состояния // Геотехника. 2019. Т. 11. № 3. С. 6-21. y 1 DOI: 10.25296/2221-5514-2019-11-3-6-21 J 7
С —
27. Kiyota T., Wu C. Evaluation of liquefac- a g
tion resistance from in situ and laboratory-measured 0 2
shear wave velocities // Geotechnical Earthquake En- Q i
gineering and Soil Dynamics V. 2018. Pp. 237-243. S Q
DOI: 10.1061/9780784481455.023 u S
С w
28. Chang W.-J. Evaluation of liquefaction resis- 0 Q tance for gravelly sands using gravel content-corrected Q 0 shear-wave velocity // Journal of Geotechnical and Q 6 Geoenvironmental Engineering. 2016. Vol. 142. No. 5. c 0 DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001427
29. Erteleva O.O., Sidorin A.Ya., Sokolova E.Yu., ^ i
LukkA.A., Nikonov A.A., Aptikaev F.F., Shvarev S.V. с ^ )
Methods for assessing the seismic hazard of stable con- 0 4
tinental areas using combined paleoseismological and с |
geophysical Data // Seismic Instruments. 2019. Vol. 55. С 5
Pp. 464-485. DOI: 10.3103/s0747923919040078 1 В
. n
30. Чернов Ю.К. Предварительный анализ L I возможности сейсмогенного разжижения грунтов с с (на примере водонасыщенных песчано-глинистых 1 1 отложений в п. Кудепста Адлеровского района о о г. Сочи) // Геология и геофизика Юга России. 2019. 0 0 Т. 9. № 1. С. 58-70. DOI: 10.23671/VNC.2019.1.26788. 0 0 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37218368
Поступила в редакцию 20 апреля 2020 г.
Принята в доработанном виде 17 июня 2020 г.
Одобрена для публикации 31 июля 2020 г.
Об авторах: Армен Завенович Тер-Мартиросян — доктор технических наук, профессор кафедры механики грунтов и геотехники, руководитель Научно-образовательного центра «Геотехника»; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 675967, Scopus: 35621133900, ResearcherID: Q-8635-2017, ORCID: 0000-0001-8787-826X; gic-mgsu@mail.ru;
Евгений Станиславович Соболев — кандидат технических наук, доцент кафедры механики грунтов и геотехники, научный сотрудник Научно-образовательного центра «Геотехника», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 689839, ResearcherID: U-2527-2018; e.s.sobolev@mail.ru.
REFERENCES
о о
N N
О О
N N
О О
г г
К <D
U 3
> (Л
с и
to in
in щ
il
<D ф
О ё
ОТ
от
.Е о cl"
^ с ю о
S «
о Е
СП ^ т-
Z £
Е
от °
О (О №
1. Romanov N.V., Racinais J. Review of modern technologies of reinforcment and stabilization of soft soils. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2018; 13(4):499-513. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.4.499-513 (rus.).
2. Egorova A.A., Rybak J., Stefaniuk D., Zajacz-kowski P. Basic aspects of deep soil mixing technology control. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017; 245(2):022019. DOI: 10.1088/1757-899X/245/2/022019
3. Jung C., Ceglarek R., Clauvelin T., Ayel-deen M., Kim D. Deep soil mixing in Sabkha soils for foundation support in United Arab Emirates. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2020; 6. DOI: 10.1007/s40891-020-0188-4
4. Ter-Martirosyan A.Z., Sobolev E.S. Operating safety of foundations of buildings and structures under dynamic impact. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2017; 12(5):537-544. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.5.537-544 (rus.).
5. Fernandez A.L., Santamarina J.C. Effect of cementation on the small-strain parameters of sands. Canadian Geotechnical Journal. 2001; 38(1):191-199. DOI: 10.1139/t00-081
6. Park J., Santamarina J.C. Sand response to a large number of loading cycles under zero-lateral-strain conditions: evolution of void ratio and small-strain stiffness. Géotechnique. 2019; 69(6):501-513. DOI: 10.1680/jgeot.17.P.124
7. Clayton C.R.I. Stiffness at small strain: research and practice. Geotechnique. 2011; 61(1):5-37. DOI: 10.1680/geot.2011.61.1.5
8. Santamarina J.C., Cascante G. Stress anisot-ropy and wave propagation: A micromechanical view. Canadian Geotechnical Journal. 1996; 33(5):770-782. DOI: 10.1139/t96-102-323
9. Shin H., Santamarina J.C. Role of particle angularity on the mechanical behavior of granular mixtures. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engi-
neering. 2013; 139(2):353-355. DOI: 10.1061/(ASCE) GT.1943-5606.0000768
10. Chiara N., Stokoe II K.H. Sample disturbance in resonant column test measurement of small-strain shear wave velocity. Ling H.I., Callisto L., Leshchin-sky D., Koseki J. (eds.). Solid Mechanics and its Applications. 2007. 146:605-613. DOI: 10.1007/978-1-4020-6146-2_41
11. Kottke A.R., Keene A., Wang Y., Shin B., Stokoe II K.H., Lewis M.R. In situ and laboratory measured dynamic properties of a marine clay. Geotechnical Frontiers. 2017. DOI: 10.1061/9780784480472.036
12. Rashid A.S.A., Black J.A., Kueh A.B.H., Noord N.M. Behaviour of weak soils reinforced with soil cement columns formed by the deep mixing method: Rigid and flexible footings. Measurement. 2015; 68:262-279. DOI: 10.1016/j.measurement.2015.02.039
13. Viggiani G., Atkinson J.H. Stiffness of finegrained soil at very small strains. Geotechnique. 1995; 15(2):249-265. DOI: 10.1680/geot.1995.45.2.249
14. Bahador M., Pak A. Small-strain shear modulus of cement-admixed kaolinite. Geotechnical and Geological Engineering. 2012; 30:163-171. DOI: 10.1007/ s10706-011-9458-1
15. Sharma R., Baxter C., Jander M. Relationship between shear wave velocity and stresses at failure for weakly cemented sands during drained triaxial compression. Soils and Foundations. 2011; 51(4):761-771. DOI: 10.3208/sandf.51.761
16. Chong S.H., Kim J.W., Cho G.C., Song K.I. Preliminary numerical study on long-wavelength wave propagation in a jointed rock mass. Geomechanics and Engineering. 2020; 21(3):227-236. URL: http://www. techno-press.org/content/?page=article&journal=gae& volume=21&num=3&ordernum=1
17. Cha M., Cho G.C. Shear strength estimation of sandy soils using shear wave velocity. Geotechnical Testing Journal. 2007; 30(6):484-495. DOI: 10.1520/ GTJ100011
18. Abramova T.T. Protection of soil masses from dynamic and seismic loads. Symbol of Science. 2016;(4-4):41-49. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=25948847 (rus.).
19. Abramova T.T., Valieva K.E. The overview of modern technologies to reduce the impact of dynamic loads on soils. Complex issues of technogenic safety : materials of international research and practice conference (Voronezh, 26-27 October 2017). Voronezh, 2017; 33-37. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=35034052 (rus.).
20. Abramova T.T., Voznesensky E.A. Modern methods of soil propeties management at the sites of high dynamic loads. Geotechnics. 2015; (4):6-25. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24112910 (rus.).
21. Zekhniev F.F., Vnukov D.A., Korpach A.I. Soil bases improvement by using deep soil mixing technology. Bulletin of PNRPU. Construction and Architecture. 2017; 8(4):116-125. DOI: 10.15593/22249826/2017.4.12 (rus.).
22. Korpach A.I. Specific features of computation of foundations reinforced by means of DSM-method. Mechanics of soils in geotechnics and foundation engineering : materials of international research and practice conference. Novocherkassk, 13-15 May 2015. Novocherkassk, 2015; 134-137. (rus.).
23. Zotsenko M., Vynnykov Yu., Kharchenko M. Experience of weak soil reinforcement by soil-cement elements manufactured by deep soil mixing technology. International Journal of Engineering and Technology. 2018; 7(3):486-493. DOI: 10.14419/ijet.v7i3.2.14577
24. Chang T.-S., Vedula V.R., Chang K.-P. Improvement of static and dynamic properties of soft clay using high pressure jet grout. International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake En-
Received April 20, 2020.
Adopted in a revised form on June 17, 2020.
Approved for publication July 31, 2020.
Bionotes: Armen Z. Ter-Martirosyan — Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Soil Mechanics and Geotechnics, Head of Research and Education Center "Geotechnics"; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 675967, Scopus: 35621133900, ResearcherlD: Q-8635-2017, ORCID: 0000-0001-8787-826X; gic-mgsu@mail.ru;
Evgeniy S. Sobolev — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Soil Mechanics and Geotechnics, Researcher of Research and Education Center "Geotechnics"; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 689839, ResearcherlD: U-2527-2018; e.s.sobolev@mail.ru.
gineering and Soil Dynamics. 23. URL: https://schol-arsmine.mst.edu/icrageesd/04icrageesd/session01/23
25. Ilyin S.V., Zhevzhikov I.I. Technologies for strengthening soft soils of foundations used at the facilities of the State company Avtodor. Road workers. 2017; (10):6-11. URL: https://www.elibrary.ru/item. asp?id=37001402 (rus.)
26. Sobolev E.S., Ter-Martirosyan A.Z., Mor-ev D.S. Experimental studies of elastic shear waves speeds in soil-cement depending on density, moisture content and stress state. Geotechnics. 2019; 11(3):6-21. DOI: 10.25296/2221-5514-2019-11-3-6-21 (rus.).
27. Kiyota T., Wu C. Evaluation of liquefaction resistance from in situ and laboratory-measured shear wave velocities. Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics V. 2018; 237-243. DOI: 10.1061/9780784481455.023
28. Chang W.J. Evaluation of liquefaction resistance for gravelly sands using gravel content-corrected shear-wave velocity. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2016. 142(5). DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001427
29. Erteleva O.O., Sidorin A.Ya., Sokolova E.Yu., Lukk A.A., Nikonov A.A., Aptikaev F.F., Shvarev S.V. Methods for assessing the seismic hazard of stable continental areas using combined paleoseismological and geophysical data. Seismic Instruments. 2019; 55:464-485. DOI: 10.3103/s0747923919040078
30. Chernov Yu.K. A Preliminary analysis of the ability of seismic liquefaction of soils (for example, water-saturated sandy-clay deposits in Kudepsta village, Adler district of Sochi). Geology and Geophysics of Russian South. 2019. 9(1):58-70. DOI: 10.23671/ VNC.2019.1.26788. (rus.).
< П
8 8
i H
%
G Г
0 со
n CO
1 O
y ->■ J to
u-
^ I
n °
O 3
о O
O i n
Q.
CO CO
n S 0
O 6
A CD
Г 6 t (
• ) Ц
® w
л * (Л DO ■ T
s У с о <D *
О О
2 2 О О 2 2 О О
