Учет реологических особенностей грунта Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Вектор ГеоНаук/УесЬог Сеовс!епсев

1(1) 2018

УДК 351.02

УЧЕТ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГРУНТА*

Черныш А. С. - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой городского кадастра и инженерных изысканий, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, gkadastr@mail.ru, chernysh.as@bstu.ru

Губарев С.А. - студент магистратуры, инженер кафедры городского кадастра и инженерных изысканий, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, gubarev.sereja@yandex.ru

Аннотация: рассмотрена сущность реологических явлений в грунтах, их зависимости от различных показателей. Также подробно описан метод реологических моделей и параметры, которые он учитывает.

Ключевые слова: реологические особенности, грунт, постоянные напряжения, метод реологических моделей, модуль деформации, прессиометрические испытания.

Введение.

еология, как область науки включает в себя рассмотрение изменений, напряженно-

деформирован-ного состояния грунтов, во временном промежутке, их особенности и зависимости от различных факторов.

Основная часть. Напряжённое состояние грунта, вызванное погружением в него сваи, со временем может меняться, так как грунт является упруго-вязкой средой, горизонтальные напряжения вокруг ствола сваи подвержены релаксации, под действием постоянных напряжений под остриём появляется ползучесть.

Для описания реологических процессов существует два направления: феноменологическое и физическое. Феноменологическое направление использует интегральное уравнение наследственной теории ползучести. Физическое, которое для грунтов еще разработано слабо, строится на закономерностях, использующих физико-механические свойства грунтов.

Ржаницын А.Р. [1] считает, что "переход к чрезмерно-усложнённым схемам строения материала вносит мало существенных поправок в законы деформирования и приводит к серьёзным трудностям расчёта" и "для многих практических применений целесообразно остановиться на законе деформирования", соответствующем нормальной реологической модели (рис. 1).

Метод реологических моделей относится к феноменологическому направлению, но то, что он учитывает вязкость грунта как за-

данную его характеристику, придаёт этому методу (по Н.Н. Маслову, [2]) черты физико-механического направления.

Рис. 1. Схема нормальной реологической модели

Упругие деформации характеризуют собой равновесный процесс. Тело в равновесном состоянии может находиться неограниченно долго. Поэтому считаем, что в упругой зоне деформации ползучести, характерные для неравновесного процесса, не возникают. Таким образом, развитие реологических явлений может иметь место только в области пластических деформаций.

Уравнение нормальной реологической модели имеет вид [7]:

Еп Л+ ИЛ = п а+ а,

(1)

где Е и Н - соответственно мгновенный и длительный модули деформации грунта в пластической области; п - показатель "время релаксации"; X - величина деформации; ^-скорость деформации.

Применительно к рассматриваемому случаю уравнение (1) принимает вид:

ЕпА е

ИАе

(1 - 2^(1 + е ) (1 - 2^(1 + е )

= пА©+ пА©, (2)

Вектор ГеоНаук/Vector of Geosciences

1(1) 2018

где A e и A e - соответственно изменение коэффициента пористости и скорость его изменения;

еср - средний коэффициент пористости; a @ и a © - соответственно изменение напряжённого состояния в точке в результате забивки сваи и скорость его изменения.

Для случая релаксации напряжений при Ае = const, Ае = 0 из (2) получим:

A© =

Ae

(1 - 2ц)(1 + e )

H + (E - H )e'

Из (3) при t = 0 найдём

A© =

AeE

(1 - 2ц)(1 + e )

при t = n

A© =

Ae

(1 - 2ц)(1 + e )

H + -

E - H

(3)

(4)

(5)

Ae =

A©(1 - 2ц)(1 + e )

E

1 +

E - H

f

H

Ht Y

1 - e En v у

Изменение объема грунта в точке

_ Ae

ev = (1 + ecp)"

С учетом (6) и (7) найдём

Ae =

A© (1 - 2ц)

E

' E-H ( 1 + E—H 1 - e E'

H

Из (7) при t = 0 получим A© (1 - 2ц)

E

и при е

= да

A©(1 - 2ц)

H '

При этом приводятся испытания с быстрым возрастанием нагрузки ^ 0) и с медленным ^ да). При быстром загружении каждая ступень нагрузки выдерживается по 2 мин. Медленное загружение проводилось по ГОСТ 20270-74. Ступень нагрузки выдерживается из условий стабилизации деформаций . Опыт с медленным загружением заканчивается, если деформация от предыдущей ступени нагружения в два или более раза меньше, чем от последующей ступени.

По результатам опытов в скважине диаметром d строятся кривые (рис. 2). Модули деформации в пластической области определяются по формулам:

E =

(1 + H)dPH 2H„

H =

Рассматривая ползучесть грунта при А© = с о п и А© = 0 из (5) получаем формулу для определения изменения коэффициента пористости [3]:

(1 + ¡S)dPH 2H

(11)

(12)

.(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

Для правильного учёта реологических особенностей грунта необходимо знать его характеристики: время релаксации и модули деформации. Модули деформации грунта Е и Н наиболее целесообразно определять [4] по данным прессиометрических испытаний, используя диаграмму "напряжение-деформация".

Рис. 2. Графики к определению модулей деформации по результатам прессиометрических испытаний

Модули деформации грунта в упругой области определяется по линейному участку одного из графиков разгрузки прессиометра (рис. 2).

Прессиометрические испытания могут быть использованы также для определения различных характеристик грунтов по данным релаксации напряжений.

Заключение. Таким образом, явления ползучести, релаксации и длительной прочности имеют единую физическую природу. Постоянно происходят процессы разрушения и создания новых связей, между повсеместно изменяющими положение частицами при возникновении деформации.

e

ev =

Вектор ГеоНаук/УесЬог of Geosciences

1(1) 2018

*Работа выполнена в рамках реализации Программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Терцаги К. Строительная механика грунтов. М.: Госстройиздат, 1933.

2. Маслов Н.Н. Длительная устойчивость и деформация смещения подпорных сооружений. М.: Энергия, 1968.

3. Куликов Г.В., Калачук Т.Г. Расчет оснований и фундаментов. Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. 82 с.

4. Лапшин Ф. К., Бронин В. Н. Определение сопротивления грунта по боковой поверхности свай с учётом фактора времени / В кн. Механика грунтов, основания и фундаменты. ЛИСИ. Л. 1976. Вып. 1 (116).

5. Черныш А.С. Специфические свойства просадочных грунтов. Белгород, 2015. 133 с.

REFERENCES

1. Tertsagi K. Stroitel'naya mekhanika gruntov. M.: Gosstroyizdat, 1933.

2. Maslov N. N. Dlitel'naya ustoychivost' i deformatsiya smeshcheniya pod-pornykh sooruzheniy. M.: Energiya, 1968.

3. Kulikov G.V., Kalachuk T.G. Raschet osnovaniy i fundamentov. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2014. 82 s.

4. Lapshin F.K., Bronin V.N. Opredele-niye soprotivleniya grunta po bokovoy pov-erkhnosti svay s uchotom faktorov vremeni / V kn. Mekhanika gruntov, osnovaniya i funda-menty. LISI. L. 1976. Vyp. 1 (116).

5. Chernysh A.S. Specificheskie svojst-va prosadochnyh gruntov. Belgorod, 2015. 133 s.

GIVEN THE RHEOLOGICAL CHARACTERISTICS OF THE SOIL

Chernysh A.S, Gubarev S.A.

Annotation: the essence of rheological phenomena in soils, their dependence on various indicators is considered. The method of rheological models and the parameters it takes into account are also described in detail.

Key words: rheological characteristics, the soil, the constant stress, method of rheological models, modulus of deformation, passionatecutie test.

© Черныш А.С., Губарев С.А., 2018

Черныш А.С., Губарев С.А. Учет реологических особенностей грунта // Вектор ГеоНаук. 2018. Т.1. №1. С. 5-7.

Chernysh A.S., Gubarev S.A. 2018. Given the rheological characteristics of the soil. Vector of Geosciences. 1(1): 5-7.