Динамічні впливу на грунти та споруди можуть викликатися різними причинами:
• технологією ведення будівельних робіт (забивання шпунта
ІСВА, ущільнення грунту вібраторами і трамбовками);
• експлуатаційними і технологічними умовами (рух наземного і підземного транспорту);
• локальними інженерно-геологіческіміпроцессамі (пориви вітру, удари хвиль, потужні вибухи і т.п.);
• сучасними тектонічними рухами в верхній частині земної кори і проявляються на її поверхні (землетрусу)
Динамічні впливу умовно можна поділити наслабие. які можуть часто діяти відносно тривалий час, і сильно. які можуть діяти на короткий час, можливо навіть одноразово (удар, вибух). За часом дії зусилля можна поділити надлітельно діючі ікратковременние.
35. загасає повзучість
Суттєве значення для практики має стадія загасаючої повзучості і в деяких випадках - стадія сталої повзучості. Прогресуюче ж протягом в підставах споруд ні в якому разі допускати не можна, так як воно веде до катастрофічних деформацій підстав.
Існує кілька теорій повзучості. Застосування конкретної теорії залежить від виду напруженого стану матеріалу і його структури. Як показали досліди, для пилувато-глинистих ґрунтів задовільні результати дає теорія лінійної спадкової повзучості. Основними рівняннями при вирішенні завдань з цієї теорії є: 1) рівняння напружено-деформованого стану грунтів і
2) рівняння стисливості газосодержащей парової води.
Рівняння напружено-деформованого стану грунтів при затухаючої повзучості і одноразовому навантаженні має вигляд:
де: - миттєва деформація в момент; - початковий
момент часу; - додаткова деформація, що накопичилася за час від початку завантаження грунту, пропорційна початкового напрузі. проміжку часу дії навантаження і деякої функції. залежної від часу, що пройшов з моменту (ядро повзучості).
При безперервному завантаженні формула (6.13) набуває вигляду:
Ядро повзучості для дисперсних грунтів часто представляють у вигляді експоненційної залежності, що підтверджена експериментами:
де - параметри повзучості (коефіцієнт ядра повзучості і коефіцієнт загасання повзучості), що визначаються дослідним шляхом.
◊ Визначення параметрів експоненціального ядра повзучості
При визначенні параметрів повзучості пилувато-глинистих ґрунтів для кожного ступеня навантаження визначають:
1) коефіцієнт початкового порового тиску
де: - заміряне безпосередньо після завантаження початкове поровое тиск води (нейтральне тиск); - повний тиск при даному ступені навантаження;
2) коефіцієнт відносної стисливості грунту в стабілізованому кінцевому для даної щаблі навантаження стані (коефіцієнт кінцевої відносної стисливості). визначається за формулою:
де: - стабілізована осідання грунту при даному ступені навантаження; - повний тиск при даному ступені навантаження; - висота випробовується шару грунту при даному ступені навантаження.
3) коефіцієнт відносної стисливості в момент прикладання навантаження (коефіцієнт первинної відносної стисливості). що визначається за формулою (яка випливає з формули (6.3)):
де і коефіцієнти фільтрації та консолідації на початку компресійного ущільнення (наприклад, при ступеня консолідації або).
Далі визначають відносні швидкості осідання зразка за рахунок повзучості грунту для різних проміжків часу, а по ним - і величину коефіцієнта загасання повзучості. Для цього будують графік (рис. 6.8) залежності. по якому визначають величину:
Тут - швидкість осідання; - тиск; - товщина деформується шару.
Мал. 6.8. Визначення коефіцієнта загасання повзучості. Потім визначають вторинний коефіцієнт відносної стисливості (за рахунок повзучості скелета грунту):
де - час повної стабілізації осідання при даному ступені навантаження
Нарешті обчислюють коефіцієнт ядра повзучості:
. (6.20) .Так як процес повзучості є тривалим, для визначення параметрів повзучості і потрібно кілька днів.
36. Досвідчені дослідження показали, що у різних грунтів осаду розвивається по-різному. У деяких грунтів осаду пов'язана лише з процесом фільтраційної консолідації, у інших - фільтраційна консолідація і повзучість розвивається паралельно, у третіх - після завершення фільтраційної консолідації починається повзучість ґрунтів. Процес розвитку опади у часі залежить, головним чином, від наступних факторів:
- характеру прикладання навантаження (одноступенева, багатоступенева).
Тому при розрахунку осідання у часі використовують три основні моделі грунту:
1) однокомпонентну (або квазіоднофаную) систему частинок;
2) двокомпонентну (квазідвухфаную) систему частинок;
3) трикомпонентну (трифазну) систему частинок.
Квазіоднофазную модель використовують при визначенні опади у піщаних грунтах (вологих, сухих або водонасичених). Квазідвухфазную модель використовують при визначенні опади у пилувато-глинистих водонасичених грунтах. Трифазна модель є найбільш загальною, і її використовують при визначенні опади у глинистих водонасичених () грунтах з урахуванням початкового порового тиску при початковому градієнті напору.
◊ Визначення опади для квазіоднофазной моделі
Припускають, що осаду відбувається тільки за рахунок повзучості скелета грунту за умови повного завершення процесу фільтраційної консолідації. Так як ядро повзучості (6.15)
є швидкість повзучості грунту при постійному одиничному напрузі, то повзучість позначиться лише при протіканні осад у часі, а повний стабілізована осаду матиме колишній вираз:
де - коефіцієнт відносної стисливості скелета грунту при повзучості, який вираховується за формулою:
де - коефіцієнти первинної і вторинної консолідації грунту.
Так як смогласно формулою (6.20)
то, підставляючи (6.22) в (6.21), отримаємо вираз для повного осідання:
У разі дії місцевої навантаження замість величини слід підставити значення еквівалентного шару.
38. Практичні дослідження хвильових процесів в грунтах при динамічних впливах - на вимірі розрахункових схем, що розглядають узагальнені властивості ґрунтів з наближенням до натури, що дозволяє описати їх математично. В даний час - це моделі: гранично пружного середовища (лінійної і нелінійної), середовища (Х.А. Рахматулина), моделі в'язкопластичні середовища (Ляхов), нелінійна дилатационная модель (А.П. Синіцин).
Найбільш характерні криві зміни динамічних навантажень в часі, що викликаються роботою машин:
періодичні навантаження. Гармонійні: турбоагрегати, ротори, інші машини з обертовими частинами. Полічастотних: машини з кривошипно-шатунними механізмами (поршневі компресори).
неперіодичні навантаження. Імпульсні - ковальські молоти. Складні - приводний двигун прокатного стану.
39. Явища, що відбуваються в грунтах при динамічних впливах
Для пухких незв'язних грунтів характерно явище віброкомпрессіі, що виражається в віброущільненням пісків аж до щільного стану, якщо грунт ні прігружен. При наявності зовнішньої пригрузки ущільнення піску буде відбуватися тільки при повідомляються грунту прискорення коливань, що перевищують так звані критичні, причому повного ущільнення піску все ж не досягається (Цитовіч, 1973). При високому рівні динамічних дій водонасичені піщані ґрунти виявляють здатність до розрідження, що супроводжується повною втратою стійкості ґрунтів. Подібні явища спостерігаються при сильних землетрусах, коли щодо жорсткі будівлі занурюються в грунт на кілька метрів, часто зі значними креном.
Глинисті грунти через наявність зв'язності більш стійкі до динамічних впливів, ніж піщані. Однак при пластичної і текучої консистенції цих грунтів динамічні навантаження можуть викликати руйнування їх структури, що необхідно виключати при проектуванні і будівництві.
Разом з тим необхідно відзначити, що спостерігаються при сильних землетрусах явища розрідження пісків і руйнування структури зв'язкових грунтів не можуть вичерпно пояснювати випадки перекидання жорстких будівель, які приймають після закінчення сейсмічних поштовхів майже горизонтальне положення (землетрусу в Ніїгата і на Тайвані). Для задовільної оцінки динамічної стійкості будівель крім вивчення умов руйнування грунтів підстав для розповсюдження пластичних хвиль в грунтах слід враховувати також умови динамічної рівноваги сил, прикладених до фундаменту при біжать сейсмічних хвилях. Вирішення цього завдання показує, що при проходженні хвилі під будівлею воно починає розгойдуватися, а в окремих зонах під фундаментом має місце різке збільшення контактного тиску (Синицин, 1978). Очевидно, саме цим обумовлена повна втрата несучої здатності грунтів основи будівель, конструкції яких, включаючи фундаменти, проектувалися з урахуванням антисейсмічних вимог. В цьому випадку згадані в розд. 11.1 динамічні розрахунки споруд і грунтів необхідно проводити спільно.
Зазначені ефекти віброкомпрессіі пісків або навіть їх розрідження спостерігаються при інтенсивних динамічних впливах. Однак численні спостереження показують, що і в разі дуже малих струсів фундаменти існуючих будівель і споруд можуть зазнавати тривалі незгасаючі опади, що досягають декількох міліметрів на рік. Це властивість грунтів накопичувати мікроскопічні деформації в допредельних стані називається віброползучестью. Таким чином, динамічні дії на грунти викликають поширення хвиль і коливання підстав і споруд. Ці коливання можуть бути несприятливі для людей і ряду високоточних виробничих процесів, а при збігу вільних і вимушених частот коливань (в умовах резонансу) становити загрозу цілісності споруд. Схильні коливань грунти підстави можуть доуплотняться, а при певних умовах і розріджувати, тобто повністю втрачати стійкість.