Поставлена и решена одномерная задача консолидации слоя не полностью водонасыщенного грунта с учётом построенных реологических уравнений при циклическом изменении внешней нагрузки. Численное решение полученного неоднородного дифференциального уравнения с переменным коэффициентом консолидации показал, что изменение порового давления во времени имеет экстремальный характер, и что его экстремум зависит от соотношения коэффициента фильтрации, частоты изменения нагрузкии высоты слоя.

Показано, что учёт упрочнения и структурной прочности при компрессионной и сдвиговой деформациях в предложенных моделях при циклическом нагружении позволяет описать процесс накопления остаточных деформаций и напряжений.

Подтверждено, что при циклическом и вибрационном воздействиях деформации развиваются, в основном, пропорционально логарифму времени и, что интенсивность этих деформаций зависит от относительной амплитуды ??/??ст и степени приближения к предельному состоянию ?i/?i*<1.

Учёт предложенных реологических моделей грунтов для определения вязкого сопротивления основания при расчёте колебания системы фундамент – основание приводит к накоплению остаточных перемещений фундамента.

Рассмотрены возможные варианты применения предложенных моделей для определения дополнительных деформаций и напряжений в массиве грунта, вмещающего подземную часть здания.

Научная ценность работы заключается в построении новых обобщённых реологических моделей неводонасыщенных и водонасыщенных грунтов и составлении соответствующих уравнений и их использовании при количественной оценке дополнительных остаточных деформаций и напряжений в грунтовой среде, при взаимодействии фундаментов с основанием аналитическими и численными методами под воздействием циклической и вибрационной нагрузок.

Практическое значение работы

Полученные в диссертационной работе результаты исследований позволяют:

Совершенствовать методы математического описания механических свойств грунтов при статическом, циклическом и вибрационном воздействиях путём учёта упрочнения и структурной прочности;

Дать научное обоснование накопления дополнительных остаточных деформаций и напряжений в грунте при однократном и многократном циклическом и вибрационном воздействиях;

Совершенствовать методы количественной оценки остаточных деформаций и напряжений в основаниях сооружений аналитическим и численными методами при циклическом и вибрационном воздействиях.

Реализация работы

Методика определения коэффициента виброползучести, на разработаннойустановке для проведения компрессионных и сдвиговых испытаний грунтов при заданных частотах и амплитуде вибрационной нагрузки была использована при испытании грунтов оснований 6-и турбогенераторов на территории РФ. Результаты испытаний будут использованы при проектировании этих объектов.

Результаты диссертационной работы (в том числе аналитические и численные) будут использованы в практике научно-исследовательских работ кафедры механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ, а также в организациях, занимающихся проектированием и строительством высотных зданий и других сооружений при циклических и вибрационных воздействиях.

Достоверность результатов исследованийзаключается в том, что они основываются на анализе современных экспериментальных и теоретических исследований свойств грунтов при статическом, циклическом и вибрационном воздействиях, а также на теоретических исследованиях по количественной оценке дополнительных остаточных деформаций и напряжений в грунтовой среде, на основе современных методов прикладной механики грунтов.

На защиту выносятся:

Результаты экспериментальных исследований и математическое описание механических свойств грунтов при статическом, циклическом и вибрационном воздействиях, основанные на новых реологических моделях;

Результаты решения неоднородного уравнения консолидации водонасыщенного слоя грунта при циклическом нагружении с учётом переменного коэффициента консолидации;

Результаты решения новых реологических уравнений при уплотнении и сдвиге для неводонасыщенных и водонасыщенных грунтов при статическом, циклическом и вибрационном воздействиях;

Результаты решения задачи о колебании системы «фундамент – основание» с учётом новых элементов вязкого сопротивления;

Примеры расчёта НДС оснований МКЭ в упруго-пластической постановке с использованием Plaxis.

Публикации

Основное содержание работы отображено в 10 научных работах, из них 3 в научных журналах, рекомендованных ВАК.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и библиографического списка, включающего 113 наименований. Работа изложена на 190 страницах машинописного текста, включающего 5 таблиц, 95рисунков.

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность своему научному руководителю, кандидату технических наук, профессору Бурлакову Виктору Николаевичу за постоянное внимание и помощь при выполнении настоящей работы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приводятся обзор и анализ состояния изучаемого вопроса. Рассмотрены современные представления о взаимодействии фундаментов со сжимаемым основанием при статическом, циклическом и вибрационном воздействиях. Выполнен анализ существующих методов количественной оценки дополнительных осадок оснований сооружений, остаточных деформаций и напряжений в грунтовой среде.

Отмечается, что существенный вклад в исследуемую проблему внесли: Вознесенский Е.А., Герсеванов Н.М., Григорян С.С., Зарецкий Ю.К., Иванов П.Л., Ильичёв В.В., Красников Н.Д., Ляхов Г.М., Лятхер В.М., Маслов Н.Н, Николаевский В.Н., Рассказов Л.Н., Савинов О.А., Синицын А.П., Ставницер Л.Р., Цытович Н.А., Ишихара К. и др.

В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных исследований грунтов при циклическом и вибрационном воздействиях в условиях компрессионного, трёхосного сжатия и сдвига (перекашивания).

Для описания дополнительных деформаций в условиях компрессии и сдвига используются эмпирические формулы, в том числе, экспоненциальная или логарифмическая функции.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям механических свойств грунтов при циклическом и вибрационном воздействиях.

Приводятся описания экспериментальной установки, позволяющей создавать циклическую и вибрационную уплотняющую нагрузки на образцах в компрессионном приборе и в приборе перекашивания.

По результатам компрессионных и трёхосных испытаний песчаных и связных грунтов при циклическом нагружении частотой 0,06 до 0,15 Гц (до 10000 циклов), а также результатам компрессионных и сдвиговых (перекашивания) испытаний песчаных грунтов при вибрационном воздействиях (20, 50, 100 Гц) (рис. 1, 2), определены коэффициенты виброползучести при компрессионном сжатии и сдвигн, причём Kквп > Kcвп, где Kквп = ?ст/(?ст + ??дин), Kсвп = ?ст/(?ст + ??дин).

Рис. 1. Зависимости относительной деформации от времени песчаных образцов различного состава при статическом и дополнительном динамическом (вибрационном)нагружении в условиях компрессии (уплотняющая нагрузка 200 кПа)(а) и зависимости относительной деформации от дополнительной динамической (вибрационной) нагрузки от логарифма времени

Рис. 2. Зависимости угловой деформации от времени при перекашивании под воздействием вибрационной нагрузки

В третьей главе приводятся описание новых реологических моделей грунтов и соответствующих уравнений необходимых для математического моделирования процесса накопления вязко-пластических деформаций уплотнения и сдвига при статическом, циклическом и вибрационном воздействиях. Они составлены на основе анализа результатов экспериментальных исследований изложенных в 1-й и 2-й главах.

Поскольку циклическое и вибрационное воздействия связаны с фактором времени (частота, период) особенно важно при описании механических свойств за основу взять реологическое уравнение состояния грунтов.

Следует отметить, что реологические модели грунта (для описания деформаций сдвига и объёма) существенно отличаются, т.к. наиболее ярко реологические процессы проявляются при сдвиговых деформациях. Они могут иметь затухающий и незатухающий во времени характер.