CC BY
15
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЧНОСТИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ С УЧЕТОМ АМПЛИТУДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ Сагыбекова А.О.1, Абиев Б.А.2, Белов А.Г.3, Ахметжанова К.М.4, Меньшикова А.С.5 Email: Sagybekova681@scientifictext.ru
1Сагыбекова Акмарал Оразбековна - кандидат технических наук, ассоциированный профессор; 2Абиев Бакытжан Абылкасымович - кандидат технических наук, ассоциированный профессор; 3Белов Алексей Геннадьевич - кандидат технических наук, ассоциированный профессор; 4Ахметжанова Кунсулу Моташевна - магистр технических наук, старший преподаватель; 5Меньшикова Анна Славьевна - старший преподаватель, кафедра транспортного строительства и производства строительных материалов, Казахский автодорожный институт им. Л.Б. Гончарова, г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: в статье приводятся результаты сравнения расчетных и экспериментальных значений параметров прочности глинистых грунтов с учетом амплитудных изменений нормальных напряжений.
Прочность грунтов оснований характеризуется сопротивлением грунтов сдвигу. Сопротивление крупнообломочных грунтов сдвигу зависит от таких прочностных характеристик, как угол внутреннего трения и сцепления (зацепления) фракций грунта.
Ключевые слова: искусственные сооружения, расчет, угол внутреннего трения, характеристики.
DETERMINATION OF STRENGTH PARAMETERS OF CLAY SOILS TAKING INTO ACCOUNT THE AMPLITUDE CHANGES
OF NORMAL STRESSES Sagybekova A^.1, Abiev BA.2, Belov A.G.3, Akhmetzhanova КМ.4,
Menshikova A.S.5
1Sagybekova Akmaral Orazbekovna - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; 2Abiev Bakytzhan Abylkasymovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; 3Belov Alexey Gennadievich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; 4Akhmetzhanova Kunsulu Motashevna - Master of Technical Sciences, Senior Lecturer; 5Menshikova Anna Slavievna - Senior Lecturer, DEPARTMENT OF TRANSPORT CONSTRUCTION AND PRODUCTION OF BUILDING MATERIALS, KAZAKH AUTOMOBILE AND ROAD INSTITUTE NAMED AFTER L.B. GONCHAROV, ALMATY, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the article presents the results of comparing the calculated and experimental values of the strength parameters of clay soils taking into account the amplitude changes of normal stresses.
The resistance of the soil to shear characterizes the strength of the soil base. The shear resistance of coarse-grained soils depends on such strength characteristics as the angle of internal friction and adhesion (engagement) of soil fractions.
The above manual and machine calculations have shown that some of the software products
are not accurate enough and do not provide cost-effective solutions.
Keywords: artificial construction, calculation, angle of internal friction, characteristics.
УДК 624.131: 624.04
Практика эксплуатации искусственных сооружений, а также изучение оползневых склонов, показывают, что потеря устойчивости происходит при изменении напряжённо-деформированного состояния объекта, вызванного самыми различными причинами природного и техногенного характера. Задача оценки устойчивости насыпей и выемок земляного полотна, а также и природных склонов, сложенных глинистыми грунтами, требует учета всех действующих факторов, способных привести к потере устойчивости.
Напряжённо-деформированное состояние грунтовых массивов зависит не только от воздействия внешних факторов, но и в гораздо большей степени от физической природы грунтов, слагающих массив. Основными параметрами, используемыми в расчётах на устойчивость, являются прочностные характеристики грунтов - угол внутреннего трения или коэффициент трения, удельное сцепление. Если для песчаных грунтов вопрос определения этих характеристик, как в условиях статического, так и динамического нагружения, в той или иной степени решается, то для глинистых фунтов у исследователей нет единого мнения по оценке прочности, особенно, при действии квазистатических, динамических и пульсирующих нагрузок.
Наибольшая неопределенность при анализе устойчивости возникает при установлении параметров прочности на сдвиг. Погрешность, возникающая при расчетах устойчивости, значительно меньше погрешности от неточного определения прочностных характеристик. Так как эти характеристики - угол внутреннего трения ф и сцепление с используются и в прогнозах устойчивости «потенциально опасных» оползневых природных склонов, исследования, связанные с определением влияния статических и вибродинамических воздействий на параметры прочности глинистых грунтов, являются весьма актуальными.
На рисунке 1 представлены результаты сопротивления сдвигу пластичной супеси природного сложения для условий статического и вибродинамического нагружения. Результаты представлены в форме графиков зависимости между касательным напряжением и абсолютной деформацией образца (перемещением подвижной каретки срезного прибора).
На основании графиков построены диаграммы сдвига при статических и вибродинамических испытаниях для пиковой и остаточной прочности грунта. Для построения диаграммы сдвига, соответствующей пиковой прочности, использованы предельные значения касательного напряжения при нормальных давлениях 100, 200 и 300 кПа. При построении диаграммы, характеризующей остаточную прочность, приняты значения касательных напряжений, соответствующих абсолютной деформации образца равной 15 мм при тех же нормальных давлениях.
Параметр ф (угол внутреннего трения) для пиковой прочности при статических испытаниях составляет 43°12', при вибродинамических 38°8'; для остаточной прочности фсг=42°3 ', фдин=37°24'. Существенной разницы между значениями параметра ф для пиковой и остаточной прочности не выявлено. В случае статического сдвига разница составляет 1.62%, вибродинамического - 1,91%.
Динамическое воздействие приводит к изменению значения параметра прочности ф на 11,74% для пиковой прочности и на 12% - для остаточной.
Статика при 100 кПа статика при 200 кПа
статика при 300 кПа Динамика при100 кПа
Динамика пр 200 кПа Динамика при 300 кПа
Рис. 1. График зависимости «касательное напряжение - абсолютная деформация»
Следует отметить, что уплотняющая нагрузка в значительной степени сопротивление сдвигу в условиях вибрации. При нормальном давлении 100 кПА статическое сопротивление сдвигу практически равно вибродинамическому. При давлении 200 кПа вибродинамическое воздействие вызвало увеличение сопротивление сдвигу при деформации большей 7 мм. Максимальное значение касательного напряжения для условий статики реализуется при деформации 7 мм, для условий вибродинамики при деформации 10 мм. При давлении 300 кПа предельное сопротивление сдвигу статического и вибродинамического воздействия достигается при абсолютной деформации образца равной 5 мм, но вибрация вызывает изменение сопротивления сдвигу, как для пиковой, так и для остаточной прочности.
Из диаграмм видно, что во всех случаях наиболее близкие значении статическим и динамическим параметром ф устанавливаются при максимальных значениях нормального напряжения, то есть когда напряжение при пульсирующей нагрузке определяется условием с=сср+Дс.
Сцепление же, в условиях вибрации, имеет максимальные значения при условии сср=Дс, а минимальные - при с=сср+Дс, то есть при максимальных значениях нормальных напряжений.
Так, для пластичной супеси (рисунок 1) угол внутреннего трения соответствующий пиковой прочности в процессе сдвига изменяется от 31°31' до 41°5', при среднем его значении равном 38° 8'. Наибольшее сцепление (21,6 кПа) зафиксировано при минимальном значении параметра ф, наименьшее - при максимальном. При максимальных значениях нормальных напряжений, в условиях вибродинамического нагружения внутреннего трения был на 2°6' меньше угла внутреннего трения, полученного при статических испытаниях. Разница между статическим и динамическим параметрами ф составил 4,9%.
При определении остаточной прочности грунта вибродинамическими испытаниями установлен параметр ф равный 40°22', статическими 42°30'. Разница составила 2°8' или 5%. При испытании в условиях вибродинамики угол внутреннего трения изменился от 34°19' до 40°22' при среднем его значений 37°24'. Максимальное сцепление (с 15,4 кПа) реализовано при минимальных значениях нормальных напряжений.
Выводы: Подводя итог вышеизложенному, следует сделать вывод, что в практических расчетах устойчивости грунтовых транспортных сооружений,
подвергающихся воздействию периодических динамических нагрузок, за расчетные
желательно принимать параметры, полученные с учетом амплитудных изменений
нормальных напряжений.
Список литературы /References
1. Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства. М. Стройиздат, 1977.
2. Осипов В.И. Природа прочностных и деформационных свойств глинистых пород. М. МГУ, 1979.
3. Изучение прочностных характеристик крупнообломочного грунта и модели крупнообломочного грунта. Проблемы науки. № 12 (36), 2019.
4. Применение экспериментальных результатов испытаний грунтов в расчетах некоторых строительных конструкции. Научно-методический журнал «Вестник науки и образования». № 20 (74). Часть 1. Москва, 2019.
5. Практическое использование полученных результатов испытания крупнообломочных грунтов в строительстве. Вестник Казахского гуманитарно-юридического инновационного университета. № 3 (43), 2019.
6. Определение прочности грунтов оснований. Научный журнал «Промышленный транспорт Казахстана». № 3 (64), 2019.
