Оценка влияния включений дресвы на компрессионную сжимаемость глинистых грунтов во времени Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.131.3

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВКЛЮЧЕНИЙ ДРЕСВЫ НА КОМПРЕССИОННУЮ СЖИМАЕМОСТЬ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ВО ВРЕМЕНИ

А.Е. Искужанов, S.A. Козионов

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Жумыста уакртылы курлымды-Спртектi емес жерлердщ курлымын крйта щлпынч келт1ру зацдылыгы зepmme.edi.

В работе исследуются закономерности деформирования структуры структурно-неоднородных грунтов во времени.

The work studies the regularities of structurally heterogeneous soils structures for a certain time.

Введение. Разнообразные обломочно-глинистые грунты широко используется в качестве оснований зданий и сооружений. Характерной особенностью таких грунтов является наличие в них мелкообломочных частиц размером менее 2 мм (мелкообломочная составляющая -МОС) и крупнообломочных частиц размером крупнее 2 мм (крупнообломочная составляющая - КОС). При преобладании в составе грунте мелкообломочной составляющей такие элементы геологического строения основания обычно называют мелкодисперсными грунтами с включениями КОС. Деформируемость таких природных смесей существенно зависит от особенностей состава, строения и состояния компонент МОС и КОС.

К настоящему времени накоплен определенный экспериментальный материал по оценке деформационных свойств обломочно-плинистых грунтов [1], [2], [3] и др. Обобщенные экспериментальные данные указывают на следующие закономерности:

- основное влияние на деформируемость грунтов оказывают механические свойства МОС и КОС и их относительное содержание;

- относительное расположение и форма материала включений оказывают меньшее влияние на деформируемость грунтов;

- в отдельных исследованиях фиксируется влияния на сжимаемость грунтов шероховатости обломков.

Опытные данные по исследованию закономерностей деформирования структурно-неоднородных грунтов во времени весьма ограничены.

Цель настоящих исследований состоит в построении экспериментальных зависимостей между параметрами компрессионной деформируемости грунтов во времени и количественными характеристиками их сепхгава и состояния. Решение данной задачи осуществляется применительно к разрабатываемым В. А. Козионовым [4] методикам численного моделирования реологических процессов в структурно-неоднородных грунтах.

Методика лабораторных экспериментов. Экспериментальные исследования проводились на искусственной смеси суглинка и дресвы на компрессионном приборе И 11-29. Физические характеристики суглинка: влажность на границе раскатывания м>р=15,8 %;влажность на границе текучести ч>ь =29,6 %. Величина ступеней нагрузки и продолжительность их выдерживания принималась по ГОСТ 12248 - 96.

Для составления программы испытаний была использована теория планирования многофакторного эксперимента. При построении матрицы планирования эксперимента число факторов было принято равным трем. Факторы и их численные значения варьировались на двух уровнях (+1 и-1):

- Хх (и) - процентное содержание включений (-1 - 0,2; +1 -0, 4);

- Х2((1)- относительная крупность включений дресвы (-1 - й- 0,5; +!-</= 1,0);

- Х3(н') - влажность заполнителя (-1 - влажность 0,205; +1 - влажность 0,255).

Представление и обработка результатов испытаний. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что исследованная модельная смесь грунта обладает существенными реологическими свойствами. Величина деформации, развившейся во времени составляла в отдельных опытах 260 % и более от ее условно-мгновенной величины. Характерные кривые компрессионной ползучести приведены на рисунке 1.

70 ,80 90 100

025-0 33 КТО

Рисунок 1 - Кривые компрессионной ползучести грунта (опыт № 2)

На основе принципа наложения воздействий выполнены преобразования исходных кривых ползучести. Характерные кривые ползучести 5 = /(() и изохронные зависимости 5 = /(а,/) приведены на рисунке 2.

Рисунок 2-Кривые ползучести и изохронные зависимости S = / (сг,1)

Их анализ показывает, что кривые S- f(a,t) имеют нелинейный характер. Поэтому для анализа закономерностей деформирования исследованного грунта во времени используются данные длительных испытаний грунта по ступеням приложения сжимающей нагрузки а = const.

Для оценки влияния параметров КОС и МОС на деформируемость грунта во времени используем величину компрессионного модуля деформации.

'-Р.

(1)

где ст., сг+1 - ступени приложения нагрузки; £;,,%, - относительные деформации грунта при ступенях а,, сгм; р - коэффициент, учитывающий отсутствие бокового расширения.

Результаты определения компрессионного модуля деформации для различных моментов времени при ступени нагрузки а - 0,00... 0,05 МПа приведены в таблице 1. Таблица 1

Модуль деформации грунта на ступени нагружения <т = 0,00... 0,05 МПа

№ опытов Значения факторов Модуль деформации Ек, МПа для времени I, час

Х. = п п ¡4 Х^М! 0 10 20 30 40 50

1 0,4 1,0 0,255 5,4 2,2 2,0 1,8 1,75 1,7

2 0,2 1.0 0,255 2,9 1,4 1,4 1,3 1,2

3 0,4 0,5 0,255 4,2 1,6 1,5 1,4 1,4 1,3»

4 0,2 0,5 0,255 4,5 1,6 1,5 1,5 1,5 1,4

5 0,4 1,0 0,205 6,4 2,6 2,4 2,2 2,1 2,0

6 0,2 1,0 0,205 6,0 2,1 1,9 1.75 1,6 1Д

7 0,4 0,5 0,205 7,75 4,2 3,4 3,0 2,8 2.6

8 0,2 0,5 0,205 4,5 2,6 2,3 2,2 2,0 1,9

9 - . 0,255 2,3 1,1 1.1 1,0 1,0 1,0

10 - 0,205 3,4 1,6 1,4 1,3 1,2 1,1

Анализ приведенных результатов свидетельствует об определенном влиянии на деформируемость грунта во времени факторов п, й км>. Рассмотрим более подробно влияние указанных показателей.

Влияние содержания включений. Обработанные по формуле (1) данные о влиянии содержания включений на зависимости Е, = /(/) приведены на рисунке 3. Цифрами указаны номера опытов, результаты которых приведены в таблице 1.

Рисунок 3 - Влияние содержания включений на компрессионный модуль деформации

Полученные результаты показывают, что при значениях влажности грунта ц/ = 20,5.. .25,5 % с увеличением содержания КОС от 20 до 40 % четко фиксируется рост компрессионного модуля деформации для различных моментов времени на 0,0.. .0,05 МПа.

Влияние крупности включений. Данные о влиянии крупности заполнителя на деформируемость грунта во времени приведены на рисун-

ке 4. Цифрами указаны номера опытов, результаты которых приведены в таблице 1.

Е.МПо Е.МПа

Рисунок 4 - Влияние крупности включений на компрессионный модуль деформации

Сопоставительный анализ этих данных показывает, что диаметр включений также оказывает определенное влияние на компрессионный модуль деформации грунта. Получено, что с ростом крупности заполнителя в исследованных пределах модуль деформации увеличивается.

Влияние влажности заполнителя. Экспериментальные результаты по оценке влияния влажности заполнителя на прочность грунта при сдвиге приведены на рисунке 5. Цифрами указаны номера опытов, результаты которых приведены в таблице 1. Анализ полученных данных свидетельствует, что с увеличением влажности заполнителя компрессионный модуль деформации, общем случае, закономерно снижается.

Рисунок 5 - Влияние влажности на компрессионный модуль деформации Эмпирические соотношения для параметров деформирования. Для

получения эмпирических характеристик деформируемости фунта использована теория планирования эксперимента. Обобщенные зависимости параметров деформируемости грунта: условно-мгновенный Ек0 и условно-стабилизированный Еь модули компрессионного сжатия обозначаются как некоторые функции отклика . Тогда зависимость модулей де-

формации грунта ( Г,) от показателей компонент КОС и МОС, обозначаемых Xi, можно представить в виде следующего квазилинейного полинома [5]

Yt =Ьа +г»,х, + Ь2х2 +...+Ьпхп +Ьт +...+Ьтхт, (2)

где л:, ...х„- основные нормированные факторы ядра плана эксперимента;

хпЛ...хт - дополнительные факторы плана эксперимента, учитывающие взаимодействия основных факторов х, ...хп;

Ьп,ЬпЯ..Ът - коэффициенты при указанных факторах. ^

Коэффициенты Ъп уравнения (2) определяются из следующего соотношения [5]

М=(мгмг1-мг-Н (3>

где [х]г - транспонированная матрица варьируемых факторов.

В результате обработки опытных данных получены следующие выражения для эффективных характеристик деформируемости исследованного грунта в целом по параметрам состава и физического состояния со-ста^ю^^ком^еет^С^Щ^-

- 0,075 * х, * *з + 0,625 * х2 * х3 + 0,125 * х, * х2 * х3. ^

Еко = 1,7 +0,73 *х, - 0,03 *х2- 0,96 * х3 - 0,0063 *х1 *х2

-0Д8*х, *х3 +1,5**, *х3 + 0,71*х, *х2 *х3. ^

В формулах (4) и (5) приняты следующие обозначения

xt=(Xi-X0)/AXi, (6)

где х, - кодированное значение i-ro фактора;

X, - натуральное значение фактора;

Х0 - нулевой уровень;

АХ,- интервал варьирования факторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федоров В.И. Прогноз прочности и сжимаемости оснований из об-ломочно-глинистых грунтов.-М.: Стройиздат, 1988. - 136 с.

2. Зиангиров P.C., Кальбергенов Р.Г., Черняк Э Р. Методика определения прочностных свойств крупнообломочных грунтов // Инженерная гео-логия.-1988.-№ 3-С. 73-90.

3. Ухов С.Б., Конвиз A.B., Семенов В В. Механические свойства крупнообломочных грунтов с заполнителем // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1993. - № 1. - С 2 - 7.

4. Козионов В. А. Методы испытаний трещиноватых скальных грунтов. - Павлодар: НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. - 118 с.

5. Советов Б Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. - М.: Высшая школа, 2001,-343с.