CC BY
1313. Tao Zhang, Terry Boult, "Realistic stereo error models and finite optimal stereo baselines", Applications of Computer Vision (WACV) 2011 IEEE Workshop on, pp. 426-433, 2011, ISSN 1550-5790.
14. J. Kannala and S. S. Brandt, "A generic camera model and calibration method for conventional, wide-angle, and fish-eye lenses," in IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 28, no. 8, pp. 1335-1340, Aug. 2006. doi: 10.1109/TPAMI.2006.153
15. Fischler, M.A., Bolles, R.C.: Random sample consensus: a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography. Commun. of the ACM (1981)
16. Xu, B.; Jiang, W.; Shan, J.; Zhang, J.; Li, L. Investigation on the Weighted RANSAC Approaches for Building Roof Plane Segmentation from LiDAR Point Clouds. Remote Sens. 2015, 8, 5.
17. Raguram, R.; Chum, O.; Pollefeys, M.; Matas, J.; Frahm, J.M. USAC: A universal framework for random sample consensus. IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 2013, 35, 2022-2038.
Novskiy А. V.
Ph.D., Professor, Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture Novskiy V.A., Ph.D., Assistant Professor, Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture Voitenko I.V. Ph.D., Assistant Professor, Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture Новский Александр Васильевич кандидат технических наук, профессор кафедры оснований и фундаментов Одесской государственной академии строительства и архитектуры Новский Василий Александрович кандидат технических наук, доцент кафедры оснований и фундаментов Одесской государственной академии строительства и архитектуры Войтенко Инга Владимировна кандидат технических наук, доцент кафедры оснований и фундаментов Одесской государственной академии строительства и архитектуры
SPECIAL PROPERTIES OF LIMESTONE OF THE ODESSA REGION ОСОБЫЕ СВОЙСТВА ИЗВЕСТНЯКА-РАКУШЕЧНИКА ОДЕССКОГО РЕГИОНА
Abstract: the technique and results of studies of anisotropic properties of limestone-shell rock are described. It is found that the anisotropy coefficient depends on the type of load in determining the different strength characteristics and is in the range of 1.89 - 0.86. Softness in humidification also depends on the type of load and is in the range of 0.75 - 0.90. Therefore, when considering anisotropy and softness it is necessary to consider a type of loading of limestone - shell rock.
Keywords: limestone-shell rock, anisotropy, stratification, tensile strength, shears resistance, structural strength, softness.
Аннотация: Описана методика и результаты исследований анизотропных свойств известняка-ракушечника. Установлено, что коэффициент анизотропии зависит от вида загружения при определении различных прочностных характеристик и находится в пределах 1,89 - 0,86. Размягчаемость при увлажнении также зависит от вида загружения и находится в пределах 0,75 - 0,90. Следовательно, при учете анизотропии и размягчаемости необходимо учитывать вид загружения известняка - ракушечника.
Ключевые слова: известняк-ракушечник, анизотропия, слоистость, предел прочности, сопротивление срезу, структурная прочность, размягчаемость.
Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными практическими задачами. Грунтовая толща Одесского региона, которая используется как основание фундаментов зданий и сооружений, характеризуется наличием комплекса лессовых грунтов, которые подстилаются понтичними известняками, ниже которых залегают меотические
глины. С повышением этажности зданий и устройством многоярусных подземных помещений возникла необходимость использования известняков в качестве несущего слоя фундаментов на естественном основании и свайных. Эти задачи обусловили проведение дополнительных исследований механических свойств известняка-ракушечника.
Анализ последних исследований и публикаций. Экспериментальных данных о строительных свойствах понтических известняков, как оснований фундаментов, не так много. В материалах изысканий для этих пород обычно приводят сведения только о пределе прочности на одноосное сжатие, как для полускальных пород. Другие параметры, определяющие прочностные и деформационные свойства, до недавнего времени отсутствовали.
Мало изученными являются вопросы анизотропии и размягчаемости. Изучением этих вопросов занимается ряд ученых, в том числе кафедры оснований и фундаментов ОГАСА, результаты которых изложены в работах [1, 2, 3]. Разработаны и апробированы методики определения механических свойств известняка, как в лабораторных, так и полевых условиях. Осуществляется накопление и обработка экспериментальных данных с целью формирования региональных норм.
Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы. Установлено, что значение предельной нагрузки, приложенной вертикально к слоистости известняка, отличается от значений при приложении нагрузки в горизонтальном направлении (вдоль слоистости). Этим можно объяснить разное значение показателей деформативных и прочностных свойств в вертикальном и горизонтальном направлении. Но достаточно полных сведений об изменении свойств известняков с учетом анизотропии на сегодняшний день нет. Мало изучен вопрос о раз-мягчаемости известняка при водонасыщении.
В нормативной литературе за критерий оценки анизотропных свойств скальных и полускальных пород принят коэффициент анизотропии ka, значение которого определяют отношением показателя предела прочности на одноосное сжатие в горизонтальном направлении к его значению при вертикальном векторе приложения нагрузки Яс. Нами
установлено, что подобное соотношение между другими показателями механических характеристик известняка-ракушечника, которыми является структурная прочность, сопротивление срезу, сопротивление сжатию в массиве, отличаются от коэффициента анизотропии по значениям предела прочности на одноосное сжатие. Поэтому, в расчетах, где используется структурная прочность и сопротивление срезу, в том числе вдоль боковой поверхности буронабивных свай, нужно использовать соответствующие коэффициенты анизотропии.
Постановка задачи. Перед исследованиями была поставлена задача определить коэффициенты анизотропии и размягчаемости известняка-ракушечника Одесского региона при определении предела прочности на одноосное сжатие, сопротивления срезу по боковой поверхности буронабивных свай и структурной прочности в массиве.
Изложение основного материала. Пильный известняк-ракушечник Одесского региона является органогенной породой, обладающей анизотропными свойствами и способностью размягчаться при увлажнении. Его толща состоит из скопления скелетов моллюсков, сцементированных на контактах прочными кристаллизационными связями. Прочность на раздавливание зависит от направления усилия. Значение предельной нагрузки, приложенной вертикально к плоскости их накопления, отличается от значений при горизонтальном приложении нагрузки (вдоль слоистости).
Коэффициент анизотропии при определении предела прочности на одноосное сжатие. Коэффициент анизотропии кадс при определении предела прочности на одноосное сжатие был определен по пяти сериям испытаний образцов известняка-ракушечника с размерами граней 70 мм, основные результаты которых приведены в табл. 1.
Таблица 1
Соотношения показателей предела прочности на одноосное сжатие
Серия Количество Значение показателя предела Коэффициент ани-
испытаний прочности, МПа. зотропии,
Поперек Вдоль слоистости, ка, Яс
слоистости, Яс, Яс, а
1 10 0,84 1,28 1,52
2 10 0,50 1,32 2,64
3 10 0,98 2,12 2,16
4 10 0,52 1,13 2,17
5 10 0,89 1,27 1,43
Среднее 50 0,75 1,42 1,89
Таким образом, по результатам проведенных исследований, предел прочности на одноосное сжатие поперек слоистости меньше, чем вдоль слоистости. При этом коэффициент анизотропии составил 1,89.
Коэффициент анизотропии при определении структурной прочности. Как известно, предел прочности на одноосное сжатие не отражает фактического значения сопротивления разрушению и последующего уплотнения известняка в массиве. От
давлений, передаваемых фундаментом на основание, в грунтовой толще возникают напряжения на участках поверхности частиц скелета в точках их контактов. Векторы напряжений направлены хаотично. От суммы их проекций на вертикальную ось «2» возникают напряжения, вызывающие уплотнения с2 . От суммы их проекций на ось «Х» или «У» возникает напряжение, вызывающее боковые давления Су или сх. При возникновении горизонталь-
ного давления при раздавливании кубика отсутствует сопротивление вдоль его боковых граней, что снижает значение И при разрушении в отличии от структурной прочности р^ в массиве.
Определение р^ в лабораторных условиях проведены в приборе (см. рис. 1), в котором боковое давление грунта под штампом уравновешивается структурной прочностью испытываемой породы, препятствуя разрушению его в стороны.
Рис.1. Внешний вид и схема прибора для определения структурной прочности 1 - направляющее кольцо; 2 - штамп; 3 - образец грунта; 4 - корпус; 5 - индикатор часового типа; 6 - нижнее кольцо; 7 - верхнее кольцо
В табл. 2 приведены результаты определения р^ поперек и вдоль слоистости на образцах одной
партии без соблюдения их синхронизации, поэтому, коэффициент анизотропии определен по средним значениям, полученным в испытаниях.
Таблица 2
Результаты определения pstr поперек и вдоль слоистости
Серия Количество Значение показателя структурной Коэффициент ани-
испытаний прочности, МПа. зотропии,
Поперек Вдоль слоистости, р^,а ка,Р8^
слоистости, р81г,
6 1 2,48
7 3 1,72
8 2 1,62
9 4 0,95
10 4 2,87
11 4 2,46
12 4 3,29
13 4 2,29
14 3 1,93
15 4 2,20
16 4 3,01
17 4 2,65
18 3 3,16
19 4 1,95
20 4 2,10
Среднее 52 2,16 2,73 1,26
5
5
Таким образом, по результатам проведенных исследований, структурная прочность поперек слоистости меньше, чем вдоль слоистости. При этом коэффициент анизотропии ка,р^ составил 1,26.
Коэффициент анизотропии при определении сопротивления срезу вдоль боковой поверхности буронабивных свай
Одной из прочностных характеристик известняка-ракушечника является сопротивление срезу по боковой поверхности буронабивных свай.
Стенки скважин буронабивных свай обладают высокой ноздреватостью. Цементное молоко при бетонировании сваи проникает в крупные пустоты пор, образуя шероховатую поверхность сопряжения между стволом сваи и окружающей породой. Сопротивление срезу определяется не трением, а прочностью известняка, находящегося за пределами поверхности ствола сваи, пропитанного затвердевшим цементным раствором. Следова-
тельно, разрушение при «срыве» происходит по известняку. Схема и внешний вид силового устройства для испытаний моделей свай приведены на рис. 2 , а результаты исследований в табл. 3.
Б
Э
I ^ * щ
I ^ I
Рис. 2. Схема и внешний вид силовой установки для испытания известняка-ракушечника моделями буронабивных свай 1, 2 - неподвижные плиты; 3 - образец известняка; 4 - модель сваи; 5 - динамометр; 6 - индикаторы часового типа; 7 - домкрат; 8 - полость под пятой сваи
В скважинах, пройденных поперек слоистости, ноздреватость стенок выше, чем в скважинах вдоль слоистости. Предельное значение сопротивления сдвигу определено по результатам сорока ис-
пытаний известняка модельными сваями в поперечном и продольном направлениях по отношению к слоистости.
Таблица .3
Соотношения показателей сопротивления срезу известняка-ракушечника по боковой поверх-
Серия Количество Значение показателя сопротивления Коэффициент анизо-
испытаний срезу, МПа. тропии,
Поперек Вдоль слоистости, :с,а ка:
слоистости, :£;,
21 4 0,93 0,81 0,87
22 4 0,86 0,71 0,83
23 4 1.46 1.20 0,82
24 4 0,97 1,02 1,05
25 4 1,24 0,90 0,73
Среднее 20 1,09 0,93 0,86
Таким образом, по результатам проведенных исследований, сопротивление сдвигу поперек слоистости больше, чем вдоль слоистости. При этом коэффициент анизотропии кад составил 0,86.
Коэффициент размягчаемости при определении предела прочности на одноосное сжатие
Одним из особых свойств известняка-ракушечника является размягчаемость при увлажнении. Водонасыщение оказывает влияние на снижение показателей прочностных свойств грунтов. Она оценивается коэффициентом размягчаемости,
определяемом отношением пределов прочности в водонасыщенном и воздушно-сухом состояниях. Согласно нормативным документам породы по этому показателю делятся на размягчаемые и не размягчаемые. К не размягчаемым относятся породы со значением к^ > 0,75, а к размягчаемым -при к^ < 0,75.
Значения коэффициента размягчаемости, полученные по соотношению предела прочности на одноосное сжатие, отличаются от значений при
LI
определении структурной прочности и сопротивления сдвигу вдоль боковой поверхности буронабив-ных свай. Испытания по определению коэффициентов размягчаемости по значению структурной прочности и сопротивления сдвигу выполнены при приложении вертикальной нагрузки поперек слоистости. Водонасыщение опытных образцов выполнялось в течение 15 суток.
Средневзвешенные значения коэффициента размягчаемости, полученные по результатам определения предела прочности образцов в воздушно -сухом состоянии Ис и после водонасыщения Яс^ по 23 испытаниям в каждом состоянии приведены в табл. 4.
Таблица 4
Соотношение показателей предела прочности одноосному сжатию
Серия Количество Значение показателя предела прочности, Коэффициент раз-
испытаний МПа мягчаемости,
В сухом состоянии В водонасыщенном ks
Ro состоянии, Re,sat
26 4+4 0,95 0.76 0,80
27 4+4 0,97 0,65 0,67
28 3+3 0,83 0,48 0,58
29 4+4 0,44 0,44 1,00
30 4+4 0,42 0,25 0,60
31 4+4 0,41 0,42 1,02
Среднее 23+23 0,67 0,50 0,75
Таким образом, «пильный» известняк-ракушечник по результатам испытаний на одноосное сжатие можно отнести, как к размягчаемым, так и не размягчаемым. Среднее значение этого показателя по 46 опытам равно 0,75.
Коэффициент размягчаемости при определении структурной прочности.
Таблица 5
Соотношение показателей структурной прочности известняка-ракушечника в водонасыщенном и воздушно-сухом состоянии_
Серия Количество Значение показателя структурной Коэффициент раз-
испытаний прочности, МПа. мягчаемости,
В сухом В водонасыщенном ks,Pstr
состоянии, pstr состоянии, pstr,sat
32 2+2 0,98 0.92 0,94
33 3+3 1,66 0,95 0,57
34 2+2 2,27 1,17 0,54
35 3+3 1,02 0,89 0,87
36 3+3 1,95 1,13 0,58
37 3+3 1,81 1,02 0,56
Среднее 16+16 1,61 1,01 0,63
Ниже приведены результаты 32 испытаний по определению показателей структурной прочности разных образцов известняка-ракушечника по 16 для каждого состояния по влажности. Основные результаты приведены в таблице 5.
Таким образом, известняк-ракушечник по результатам 32 испытаний по определению структурной прочности можно отнести к размягчаемым, так как среднее значение этого показателя равно 0,63. Полученные результаты свидетельствуют о незначительных отклонениях коэффициента размягчае-мости для разных образцов от средневзвешенного.
Коэффициент размягчаемости при определении сопротивления срезу вдоль боковой поверхности буронабивных свай
Исследованиями [1, 2] установлено, что сдвиг вдоль боковой поверхности буронабивных свай в
известняке-ракушечнике, происходит не по поверхности ствола, а на расстоянии от него, равном проникновению цементного молока в породу. В проведенных испытаниях моделей свай это расстояние изменялось от 2 до 3 мм, в среднем - 2,5 мм. Сдвиг определяли разрушением известняка в результате перемещения ствола после «срыва». Установлено, что известняк-ракушечник по результатам 48 испытаний по определению сопротивления сдвигу вдоль боковой поверхности буронабивных свай можно отнести к не размягчаемому, так как среднее значение этого показателя равно 0,90.
Таблица 6
Соотношение показателей сопротивления срезу известняка-ракушечника вдоль боковой поверхно-
сти буронабивных свай после водонасыщения _и при воздушно-сухом состоянии
Серия Количество Значение показателя сопротивления Коэффициент ани-
испытаний срезу, МПа. зотропии,
В сухом В водонасыщенном ks, &
состоянии, f состоянии, f^t
38 4+4 1,03 1,24 1,20
39 4+4 1,23 1,19 0,97
40 4+4 1,72 1,35 0,78
41 4+4 0,65 0,59 0,91
42 4+4 0,65 0,49 0,75
43 4+4 0,87 0,68 0,56
Среднее 24+24 1,02 0,92 0,90
Таким образом, по результатам 48 испытаний известняк можно отнести к не размягчаемому, так по определению сопротивления сдвигу вдоль боко- как среднее значение этого показателя равно 0,90. вой поверхности буронабивных свай исследуемый
Таблица 7
Значения коэффициентов размягчаемости при определении разных показателей механических _свойств известняка-ракушечника_
Показатели механических свойств Предельное значение показателей, МПа при испытаниях Коэффициент размягчаемости ksof
В воздушно-сухом состоянии После водонасыщения
Rc 0,67 0,50 0,75
Pstr 1,61 1,01 0,63
fc 1,02 0,92 0,90
Выводы и рекомендации
На основании выполненных исследований установлено, что анизотропные свойства известняка-ракушечника существенным образом зависят от определяемых механических характеристик, при этом соотношение между коэффициентом анизотропии составляет 2,2 раза. Наибольшие значения получены при определении предела прочности на одноосное сжатие (1,89) и наименьшие - при определении сопротивления срезу вдоль боковой поверхности буронабивных свай (0,86). Коэффициент размягчаемости в меньшей мере зависит от определяемых механических характеристик и находится в пределах 0,75 - 0,90.
Таким образом, при выполнении расчетов с учетом анизотропии, необходимо использовать соответствующие коэффициенты, характерные тем либо иным показателям механических свойств известняка-ракушечника.
Список литературы:
1. Новский В.А. Исследование прочностных и деформативных свойств известняка-ракушечника а лабораторных условиях /В. А. Новский// Вюник Одесько! державно! академи будiвництва та ар-хпектури.- Одесса, 2008. - Вип. 29, ч. 2. - с. 289-295.
2. Новский А.В. Известняк-ракушечник. Исследование и использование в качестве основания фундаментов / Новский А.В., Новский В.А., Туга-енко Ю.Ф./ Астропринт. Одесса, 2014. С. 92.
3. Kornienko N.U. Mechanical Properties of Semi-Rocks Soils and Methods of Their Determination / N.U. Kornienko, A.V. Novskiy, A.P. Tkalich, Y.F. Tugaenko // Proceedings of the 15 th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. - Part 1. Athens, 2011. - p. 43-49.
