Delist.ru

 Взаимодействие фундаментов  с основанием при циклических и вибрационных воздействиях с учетом реологических свойств грунтов (23.12.2010)

Автор: Тер-Мартиросян Армен Завенович

Показывается, что учёт упрочнения вязкого и упругого элементов в известных моделях Максвелла и Кельвина – Фойгта и структурной прочности при уплотнении и сдвиге в предложенных моделях позволяют описать остаточную деформацию и остаточное напряжение в грунте при однократном и многократном нагружении и разгрузке в условиях компрессии и сдвига.

Рис. 3. Реологические модели не полностью водонасыщенного упрочняющегося грунта со структурной прочностью построенные на основе моделей Максвелла (а) и Кельвина – Фойгта (б) для описания процесса деформирования водонасыщенного грунта.

В диссертации приводятся подробное математическое описание этих моделей водонасыщенных и неводонасыщенных (частного случая) грунтов.

читывающий сжимаемость порой воды.

Водонасыщенный грунт, модель 3.а.

имеет вид:

можно записать и для порового давления uw(t) полагая, что ?=nuwmw, т.е.

Уравнение сдвиговой деформации неводонасыщенного грунта составленное на основе модели (рис. 3.а) имеет вид:

, a, b, ?, ? – параметры упрочнения и разупрочнения.

Использование такой модели позволяет описать семейство кривых сдвиговой ползучести при статическом (рис. 4.а) и кинематическом (рис. 4.б) режимах нагружения. Это имеет существенное значение для теории и практики реологических исследований грунтов.

с помощью Mathcad.

Водонасыщенный грунт модель 3.б.

В этом случае уравнение компрессии с учётом упрочнения имеет вид:

можно получить решения для uw(t)полагая, что ?(t) = n?w и ?w = uwmw.

Для описания развития деформации во времени при циклическом воздействиях, в диссертации дополнительное циклическое воздействие представлено в виде периодической функции:

аналитическим или численным методами.

Далее в главе отмечается, что при циклическом и вибрационном воздействиях в грунтовой среде возникают не только остаточные деформации, но и остаточные напряжения (рис. 5).

Последние могут накапливаться в массиве грунта и находится в равновесии, когда на его свободной поверхности и внутри него не приложены ни нормальные, ни касательные напряжения. Наиболее распространённым примером существования остаточных напряжений могут служить так называемые боковые давления в переуплотнённых грунтах, превышающие гидростатические ?x = ?y> ?z, которые характеризуются также общеизвестным коэффициентом переуплотнения OCR (over consolidation

Рис. 5. Схематическое представление накопления остаточных деформаций и напряжений в основании фундамента и за стенкой скважины. ?xx, ?yy, ?? – остаточные напряжения.

, накопления остаточных деформаций и напряжений в неводонасыщенном и водонасыщенном грунтах в условиях компрессии и сдвига (рис. 6, 7, 11,

В диссертации приводится решение одномерной упруго - пластической задачи при условии, что имеются нелинейные зависимости при объёмных и сдвиговых деформациях рис. 8.:

Рис. 8. Зависимость ?(?1, кПа) построенная на основе решения упруго – пластической задачи.

Таким образом учёт упруго – вязко – пластических и упруго – пластических свойств грунтов при однократном и многократном нагружении неизбежно приводят к остаточным деформациям и напряжениям в грунтовой среде.

Для подтверждения этого вывода был рассмотрен численный пример расчёта НДС в основании штампа (двумерная задача, плоская деформация) при нагрузке и разгрузке (рис. 9, рис. 10) МКЭ с учётом упрочняющегося упруго - пластического грунта (hardening soil) с помощью программы Plaxis. Видно, что и в этом случае накапливаются остаточные деформации и напряжения.

Рис. 9. Изолинии остаточных вертикальных перемещений (м) под штампом после циклической нагрузкии полной разгрузки

Рис. 10. Изолинии остаточных горизонтальных напряжений?xx (кПа) под штампом послециклической нагрузкиполной разгрузки

(рис. 11), что приводит к прогрессирующему развитию угловых деформаций.

Решение этого неоднородного уравнения с переменным коэффициентом консолидации получено численным методом с помощью программы Mathcad (рис. 12 а, б).

В пятой главе рассмотрен ряд примеров расчёта НДС оснований сооружений и вокруг скважины численным методом МКЭ реализуемый программным комплексом Plaxis. В качестве расчётной взята упруго – пластическая модель упрочняющегося грунта (Hardening soil), что позволяет описать общую деформацию при нагружении и упругую деформацию при разгрузке, причём Ep>Eн. (рис. 13, 14)

Рис.13. График зависимости вертикальных перемещений от времени при воздействии ударной (импульсной) нагрузкой по площади фундамента диаметром 2 м рассчитанные по на программном комплексе Plaxis.

Далее приводится пример расчёта осадки штампа шириной 4 м при вибрационной нагрузке и остаточных напряжениях ?xx(----) при нагрузке.

В заключительной части приводятся примеры расчёта дополнительных осадок оснований существующего здания от вибрационного воздействия от тоннеля метрополитена (проект) (рис. 14).

Рис. 14. Влияние вибрации от метрополитена на дополнительные осадки надземных сооружений (схема деформирования). Максимальная осадка составляет 1,02 мм.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Обзор и анализ современного состояния вопросов по теме диссертации показали, что исследования механических свойств грунтов при статическом, циклическом и вибрационном воздействиях не позволяют считать эти задачи до конца решенными и требуют совершенствования путём учёта дополнительных факторов, выявленных за последние десятилетия.

Анализ результатов экспериментальных исследований свойств грунтов при циклическом и вибрационном воздействиях выполненный за последние десятилетия в том числе нами показал, что:

В условиях компрессии и сдвига (перекашивания) остаточные деформации развиваются пропорционально логарифму времени, и получили название «виброползучесть».

Интенсивность развития остаточных деформаций существенно зависит от амплитуды дополнительных напряжений по отношению к статическим ??/?ст и от степени приближения к предельному состоянию ???*.

Дополнительные деформации в песчаных грунтах при вибрационном воздействии больше при испытаниях на сдвиг, чем при компрессии ??/?ст>??/?ст, соответственно Kсвп

Механизм накопления остаточных деформаций при циклическом (0,05 – 0,5 Гц) и низкочастотном (1-2 Гц) вибрационном воздействиях существенно не отличаются, следовательно, их можно описать одними и теми же моделями.

загрузка...