Влияние включений дресвы на прочность глинистых грунтов при одноплоскостном сдвиге Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

KM. 624.131.3

ВЛ ИЯНИЕ ВКЛЮЧЕНИЙ ДРЕСВЫ НА ПРОЧНОСТЬ ГЛИНИСТЫХГРУНТОВ ПРИ

Э Д Н ОП Л OCKGCTHOPJ СДВИГЕ

РPC -'/льжигитов, В.А. Коз^онов ~авгодврский государственный университет С Торайгырова, г. Павлодар

Макалада элювиалды жерлерде уй цурылыс мен гимараттар у гит ■orr-fc г.:i-геологияльщ Ьдену кезшде аса оцтайлы жаедайлароцделуде.

3 статье разрабатываются наиболее оптимальные условия при шаове г^нии инженерно-геологических изысканий для строительства зданий а - г-:*сений на элювиальных грунтав.

The article develops the most optimal conditions for conducting utei ing-geological investigation for construction of buildings and struc-мon eluvial soils.

лея не. При проведении инженерно-геологических изысканий — : ительства зданий и сооружений на элювиальных грунтах в коры выветривания обычно выявляется дисперсная зона. Хатой особенностью данной зоны является наличие в ней мелко-тных частиц размером менее 2 мм (мелкообломочная состав-- МОС) и крупнообломочных частиц размером крупнее 2 мм ломочная составляющая - КОС). По существу грунты дан-- b¿ представляют собой природные смеси обломков скальных 15 различного петрографического состава и степени выветрело-. "глеватыми и глинистыми грунтами. Такие элементы геологи-: строения основания часто называют мелкодисперсными грун-: г .слючениями КОС. Прочностные свойства таких природных существенно зависят от особенностей состава, строения и сове компонент МОС и КОС. Г ¿¿стоящему времени накоплен обширный экспериментальный ма--: оценке прочностных свойств обломочно-пяинистых грунтов

различными методами [1], [2], [3] и др. Обобщенные экспериментальные данные указывают на следующие закономерности:

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

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

- для угла внутреннего трения грунта определяющим фактором является процентное содержание в грунте обломков (КОС);

- при увеличении влажности заполнителя (МОС) сцепление снижается значительно, а угол внутреннего трения грунта - незначительно;

- влияние крупности обломков на прочность грунтов исследовано недостаточно, в большинстве случаев отмечается влияние крупности включений на угол внутреннего трения в пределах 2.. .3°.

Цель настоящих исследований состоит в построении экспериментальных зависимостей между параметрами прочности грунтов и количественными характеристиками их состава и состояния применительно к разрабатываемым В.А. Козионовым [4] методикам изучения реологических процессов в структурно-неоднородных грунтах с использованием расчетно-экспериментального метода [3]. Основное отличие проведенных исследований от данных [1]... [3] состоит в выборе совокупности параметров КОС и МОС, а также в методах испытаний грунта.

Методика лабораторных экспериментов. Опытные исследования проводились на искусственных смесях из суглинка и дресвы на сдвиговом приборе ГТП - 30. Физические характеристики суглинка: влажность на границе раскатывания м>р= 15,8 %;

влажность на границе текучести м>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):

- Х1 (п)~ процентное содержание включений (-1 - 0,2; +1 -0, 4);

- Х2 (с1) - относительная крупность включений дресвы (-1 - = 0,5;

-</= 1,0);

- Хъ(п) - влажность заполнителя (-1 - влажность 0,205; +1 - влажность 0,25 5).

Испытания на срез проводились при трех значениях нормальных дав-хвий а (0,1, 0,2 и 0,3 МПа).

Основные результаты. Данные определений параметров прочности : следованных модельных смесей приведены на рисунке 1 и таблице 1. 1 пределение параметров прочности грунта (угол внутреннего трения ср

цепление С) осуществлялась на ПЭВМ по программе, приведенной в габоте [5].

1 - и> = 0,255, д, = 1,0, л = 0,4; 2 - и> = 0,255, й = 1,0 п = 0,2; 3 - м> = 0,255, й = 0,5, п = 0,4; 4 - м> = 0,255, <1 = 0,5, п = 0,2; 5- и> = 0,205, й = 1,0, п = 0,4; 6- V = 0,205, = 1,0, « = 0,2; 7- ^ = 0,205, = 0,5, л = 0,4; 8- = 0,205, й = 0,5, я = 0,2; а) при и> =0,255; б) при =0,205

Рисунок 1- Зависимости сопротивления грунта сдвигу от нормального давления Таблица 1

Параметры прочности грунта

№ опыта Параметры прочности грунта Коэффициент корреляции г

С, Ша Ъ<Р <р, град

1 0,0330 0,3750 20,6 0,982

2 0,0250 0,1250 7,1 0,999

V } 0,0000 0,5625 29,4 0,998

4 0,0375 0,1250 7,1 1,000

5 0,0292 0,6875 34,5 0,999

6 0,0208 0,3750 20,6 0,982

7 0,0792 0,5000 26,6 0,990

8 0,0292 0,3125 17,3 0,993

9 0,0417 0,1875 10,6 0,982

10 0,0166 0,0625 3,6 0,866

Примечание: опыты № 9 и № 10 соответствуют результатам испытаний на сдвиг заполнителя без включений, соответственно при значениях V = 0,255 и = 0,205.

Обобщенный анализ приведенных данных свидетельствует об определенном влиянии на сцепление и угол внутреннего трения грунта факторов л, ё и ж Рассмотрим более подробно влияние указанных факто-ров на прочность исследованного грунта.

Влияние содержания включений. Обобщенные данные о влиянии содержания включений приведены на рисунке 2. Цифрами указаны номера опытов, результаты которых приведены в таблице 1.

г, МПа

а) при w =0,255; б) при w =0,205

Рисунок 2 - Влияние содержания включений на прочность грунта

Приведенные данные свидетельствуют, что при значениях влажности грунта w = 20,5.. .25,5 % с увеличением содержания КОС от 20 до 40 % четко фиксируется рост его угла внутреннего трения на 13,5°.. .13,9°, отмечается также незначительный рост сцепления грунта на величину 0,008 МПа.

Влияние крупности включений. Данные о влиянии крупности заполнителя на прочность грунта при сдвиге приведены на рисунке 3. Цифрами указаны номера опытов, результаты которых приведены в таблице 1.

а)

0,2

ОД

г, МПа

10

б)

ст МПа

0 0,1 0,2 0,3

Ту МПа

, сг, МПа

0,1 0,2 0,3

'£3, 2007 г.

61

а) при IV =0,255; б) при и> =0,205

Рисунок 3 - Влияние крупности включений на прочность грунта

Анализ полученных данных показывает, что диаметр включений не : казывает существенного влияния на параметры прочности грунта. Так лрирост угла внутреннего трения грунта с увеличением диаметра дресвы ~ 5 до 10 мм составляет 0...3,3°, а величина сцепления грунта, наоборот, несколько снижается с ростом с1 на величину 0,008.. .0,012 МПа.

Влияние влажности заполнителя. Результаты испытаний по оценке влияния влажности заполнителя на прочность грунта при сдвиге приветны на рисунке 4. Цифрами указаны номера опытов, результаты которых приведены в таблице 1.

0,2 0,1

т, МПа

г, МПа

о, МПа

0,1 0,2 0,3

а, МПа

а) - при диаметре обломков ¿/=10 мм; б) - при диаметре обломков ¿/=5 мм.

Рисунок 4 - Влияние влажности заполнителя на прочность грунтов

Анализ приведенных результатов свидетельствует, что с увеличением влажности заполнителя в общем случае снижаются как сцепление грунта, так и его угол внутреннего трения. Изменения угла внутреннего трения достигают 13,5°, а сцепления - 0,08 МПа.

Эмпирические соотношения для параметров прочности. Для получения эмпирических характеристик прочности грунта использована теория планирования многофакторного эксперимента. Обобщенные зависимости параметров прочности грунта: угол внутреннего трения <р и сцепление-С обозначаются как некоторые функции отклика . Тогда зависимость параметров прочности грунта (Г.) от показателей состава и состояния его компонент КОС и МОС, обозначаемых , можно представить в виде следующего полинома [6]

/=1 ¿=1 /,./7=1 М

где ЛГ1,Х2...ЛГЯ- варьируемые факторы, т.е. параметры, обусловленные особенностями состава, строения и состояния КОС и МОС;

Ъп -неизвестные коэффициенты при факторах Хп.

Линеаризацией и нормированием факторов Х1 по способу [6] полином (1) приводится к квазилинейному виду ^

У, = Ъ0 +Ьхх, +Ь2х2 +...+Ьпхп +Ьп+1хп+1 +... + Ътхт, (2)

гдех}...хп- основные нормированные факторы ядра плана эксперимента;

хп+1 •••*« - дополнительные факторы плана эксперимента, учитывающие взаимодействия основных факторов х1 ...хп;

Ьп,Ьп+1...Ьт - коэффициенты при указанных факторах.

Коэффициенты Ьп уравнения (2) определяются из следующего матричного соотношения [6]

М=(М гМГЧ*Г{г}, О)

где [х]т - транспонированная матрица варьируемых факторов.

Это дало возможность получить эффективные характеристики исследованного грунта в целом по параметрам состава и физического состояния составляющих его компонент КОС и МОС.

Для параметра прочности Yl=tg<p получено следующее выражение

=^ = 0,3828+0,1484*^ + 0,0078*х2 -0,086*х3 -0,0078*^ *х2 +

+ 0,0234*^ *х3-0,0547*х2 *х3-0,0391*3^ *х2 *х3.

Для параметра прочности У2 = С получена следующая зависимость

У2 = С = 0,0317 + 0,0036*хх -0,0047*х2 -0,0079*х3 + 0,0005*Щ *х2 +

- 0,011* х, * х3 + 0,0099 * х2 * х3 + 0,011* х, * х2 * х3.

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

где х1 - кодированное значение ьго фактора;

2007 г.

63

X, - натуральное значение фактора;

Х0 - нулевой уровень;

АХГ интервал варьирования факторов.

ЛИТЕРАТУРА

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

1 Зиангиров P.C., Кальбергенов Р.Г., Черняк ЭР. Методика определе-- прочностных свойств крупнообломочных грунтов // Инженерная гео--: гия. - 1988. - № 3. - С. 73-90.

: Ухов С.Б., Конвиз AB., Семенов В.В. Механические свойства круп--: соломочных грунтов с заполнителем // Основания, фундаменты и ме-вяика грунтов. - 1993. - № 1. - С. 2 - 7.

- Козионов В.А. Методы испытаний трещиноватых скальных грун-—з - Павлодар: НИЦ 111 У им. С. Торайгырова, 2006. - 118 с.

5 Козионов В. А. Методы лабораторных испытаний грунтов: Практи-г.м. - Павлодар: НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2004. - 97 с.

6 Советов Б Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. - М.: Высшая «гола, 2001,-343 с.