Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
24
ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
БУДІВНИЦТВА та АРХІТЕКТУРИ
на правах рукопису
Балашова Юлія Борисівна
УДК 624.131.51
НЕСУЧА ЗДАТНІСТЬ АРМОВАНИХ
СЛАБКИХ ВОДОНАСИЧЕНИХ ГЛИНИСТИХ ОСНОВ З УРАХУВАННЯМ РЕОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГРУНТУ
05.23.02 - Підвалини та фундаменти
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Дніпропетровськ - 1999
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано в Дніпропетровському державному технічному університеті залізничного транспорту (ДІІТ), Міністерство транспорту України.
Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Тимофієва Людмила Михайлівна, Дніпропетровський державний технічний
університет залізничного транспорту,
професор кафедри “Тунелі, основи та фундаменти”.
Офіційні опоненти:
Доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Шаповал Володимир Григорович, Придніпровська державна академія
будівництва та архітектури, професор кафедри “Основи та фундаменти”.
Кандидат технічних наук Поповиченко Сергій Олегович,
Дніпропетровська регіональна комплексна лабораторія Державного науково-дослідного
інституту будівельних конструкцій (НДІБК), завідуючий лабораторією.
Провідна установа - Донбаська державна академія будівництва та архітектури,
кафедра “Залізобетонні конструкції, основи та фундаменти”,
Міністерство освіти України, м. Макіївка.
Захист відбудеться “18 ” березня 1999 року о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 320600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ауд. 202 .
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою:
320600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.
Автореферат розісланий “ 15 ” лютого 1999 р.
Вчений секретар
спеціалізованої
вченої ради Баташева К.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Робота присвячена проблемі прогнозування несучої здатності армованих слабких водонасичених глинистих основ, що знаходяться під дією як постійного, так і тимчасового навантаження. В інженерній практиці така проблема виникає під час проектування земляного полотна транспортних споруд, що розташовані на ділянках насипів та виїмок. Проблема полягає в недостатній несучій здатності слабких глинистих грунтів, що виконують роль основи насипу та основної площадки виїмки. Традиційні методи посилення таких основ, наприклад, за допомогою піщаних паль, подушок не дають такого ефекту в умовах стислого виробництва робіт. Застосування армування дозволило отримати нові конструкції з високою несучою здатністю на статичні та динамічні навантаження, котрі в теперішній час знайшли широке розповсюдження для підвищення стійкості грунтових масивів, особливо в умовах незавершеної консолідації основ з підвищеним ступенем вологості.
Однак, конструювання таких споруд має індивідуальний характер і засновано на чисто емпіричному підході без обліку сумісних особливостей їх роботи як композиційних систем, у склад яких входять трифазні дисперсні матриці (грунтові засипки) та м’які (відносно розтяжні або нерозтяжні) капіляроперериваючі або фільтруючі прошарки.
Значна площа України складена слабкими грунтами різного походження. Морські глинисті відкладення Чорноморського басейну розташовані на Керченському півострові і також уздовж Азовського узбережжя. Слабкі водонасичені грунти алювіального походження займають великі території в долинах Дніпра та деяких інших річок. Товщина слабких грунтів у цих районах змінюється від декількох до десятків метрів. Треба відмітити, що лесові грунти, які займають більш а ніж половина території України, в результаті замочування під час техногенної дії слід також віднести до слабких водонасичених грунтів.
С практичної точки зору, актуальність проблеми, що розглядається обумовлена тим, що застосування армування стримується відсутністю методики розрахунку та розрахункових комплексів. Актуальною також є проблема прогнозування несучої здатності армованих слабких основ з урахуванням реологічних властивостей грунту.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота виконувалася відповідно до плану НДР за замовленням Укрзалізниці. Тема №19.00.93.97. “Розробка методу укріплення зсувних і підтоплюємих залізничних насипів”. Результати досліджень стали основою звіту.
Мета і задачі дослідження. Метою є розробка ефективних методів посилення слабких грунтів та методики розрахунку несучої здатності армованих слабких водонасичених глинистих основ з урахуванням реологічних властивостей грунту.
Для здійснення мети роботи були поставлені наступні задачі:
- провести аналіз існуючих методів посилення та розрахунку, а також експериментальних досліджень стійкості слабких водонасичених основ;
- з’ясувати характер взаємодії армуючих матеріалів з грунтовими засипками та слабкими водонасиченими глинистими грунтами;
- показати вплив різних схем армування та різноманітних видів геоматеріалів на значення граничного навантаження;
- визначити можливі форми втрати стійкості армованих різними способами та типами геоматеріалів основ;
- розробити методику розрахунку стійкості слабких водонасичених глинистих основ для різних схем армування з урахуванням реологічних параметрів грунтів;
- розробити програму розрахунку армованих слабких основ за приведеною методикою.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що проведені комплексні експериментально-теоретичні дослідження стійкості слабких водонасичених глинистих грунтів, армованих геотекстильними матеріалами різних типів та способів кріплення основ, дозволили отримати наступні результати:
- з’ясовані особливості контактної взаємодії різних видів геоматеріалів з грунтовими засипками та слабкими водонасиченими глинистими грунтами, а також їхня поведінка з часом;
- отримані величини граничних навантажень на слабкі основи, на підставі модельних досліджень у лотку, в залежності від схеми армування та типу армуючого матеріалу;
- встановлений характер втрати стійкості та механізм виникнення поверхонь ковзання слабких основ, закріплених різними способами та різноманітними геоматеріалами, за допомогою методу центробіжного моделювання;
- розроблена методика розрахунку несучої здатності армованих слабких основ з урахуванням реологічних властивостей грунту;
- розроблена програма на ЕОМ для розрахунку стійкості слабких основ.
Практичне значення одержаних результатів дослідження полягає у використанні методики, яка приведена в роботі, для визначення характеристик міцності та реологічних параметрів армованих слабких водонасичених глинистих грунтів на стадії інженерно-геологічних вишукувань, а також у використанні методики розрахунку армованих слабких водонасичених основ за першою групою граничних станів, що приведена у роботі.
Результати роботи впроваджені на Донецькій залізниці. Економічний ефект за рахунок зниження вартості будівельно-монтажних робіт - біля 60.7 тис. гривень на рік, а щорічний ефект від зниження затрат на експлуатацію ділянок колії, що розташовано на слабких водонасичених основах - 50 тис. гривень. Використання запропонованого технічного рішення зменшує витрати бетону та металу у 1.5 рази, а вартість одного квадратного метра поверхні зменшується приблизно у два рази. Результати роботи використані у науково-технічних звітах, що виконані на замовлення Укрзалізниці.
Особистий внесок здобувача:
- експериментально визначені тривалі характеристики міцності армованих глинистих грунтів;
- виконані дослідження по визначенню деформативності та несучої здатності слабких армованих основ;
- з’ясовані форми втрати стійкості армованих слабких глинистих водонасичених грунтів методом центробіжного моделювання;
- виконані експериментальні дослідження несучої здатності армованих основ, що просідають, методом центробіжного моделювання (особистий внесок 30%).
- розроблена методика розрахунку армованих слабких водонасичених глинистих основ з урахуванням реологічних властивостей грунту та програмний комплекс для реалізації на ЕОМ.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були представлені на: третій Українській науково-технічній конференції з механіки грунтів та фундаментобудування (Одеса, 1997); науково-технічній конференції з проблем транспортного будівництва (Пермь, 1998); семінарі по геотекстилям і геопластикам (Владимир, 1998); міжнародній науковій конференції “Генезис и модели формирования свойств грунтов” (Москва, 1998); науково-практичній конференції “Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку” (Київ, 1998).
Публікації. По темі дисертації опубліковано 5 робіт.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти розділів та загальних висновків викладених на 150 сторінках машинописного тексту; містить 65 рисунків та 15 таблиць, список використаних джерел із 181 найменування та 4 додатка.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність, викладені мета і задачі дисертаційної роботи, сформульовано основні положення, які автор виносить на захист.
В першому розділі аналізується стан питань, пов’язаних з проблемами фізико-механічних властивостей слабких грунтів, які мають місце у вітчизняній практиці та в закордонному досвіді методів посилення.
Властивості слабких грунтів досліджувались Абєлєвим М.Ю., Бабицькою С.С., В’яловим С.С., Гольдштейном М.Н., Зарецьким Ю.К., Масловим М.М., Месчяном С.Р., Тер-Степаняном Г.І., Туровською А.Я., Флоріним В.А., Цитовичем М.А. та іншими, а також закордонними дослідниками Бішопом А., Муроямою С., Шиботою Т., Шуклє Л. та іншими.
Властивостям слабких водонасичених глинистих основ та проблемам їх застосування у якості основ присвячені роботи Далматова Б.І., Доброва Е.М., Євгеньйова І.Є., Малишева М.В., Резнікова О.М., Соловйова Ю.І. та інших.
Сучасні методи посилення основ армуванням розглянуті в роботах вітчизняних вчених Казарновського В.Д., Полуновського А.Г., Брантмана Н.В. /Союздорнді/, Кима А.Ф., Сідорова В.А. /СибЦНДІБ/, Цернанта А.А., Барвашова В.А., Перкова Ю.Р., Фоміна А.П. /Гіпродорнді/, Заворицького В.Й., Товбича В.Б. /УТУ/, Тимофієвої Л.М. /ДІІТ/, а також зарубіжних вчених Відаля А., Джоунса К.Д., Журана І., Інгольда Т., Лонга Н.Т., Нараяна Д., Рісе І., Шлосера Ф., Янга З. та інших.
В результаті визначений механізм деформування слабких водонасичених глинистих грунтів, які використовуються у якості основ під дорожні насипи. Показано, що у більш складних умовах знаходиться верхня частина основи. Особливе значення поділяється аналізу несучої здатності слабких основ інженерних споруд.
Вперше метод армування грунту був розроблений французьким вченим Анрі Відалем у 60-х роках теперішнього сторіччя. Його ідея полягала в створенні матеріалу, що виконується у вигляді армуючих смуг, які укладаються горизонтально в грунт. Взаємодія між грунтом і армуючими елементами забезпечується за рахунок тертя по контакту “грунт-арматура”.
Разом з тим, армогрунтові конструкції з геотекстильними матеріалами не застосовуються широко на практиці тому, що не відомо як такі споруди працюють в умовах слабких водонасичених грунтів, та за відсутністю методики їх розрахунку.
В другому розділі наведені методика та результати досліджень реологічних параметрів глинистих грунтів, армованих геотекстилем, а також особливості взаємодії піщаних засипок з різними типами геотканини.
Вивчення впливу армування геотекстилем проводилося у лабораторії. Зразки виготовлялися з глини м’якопластичної консистенції та пісків різного гранулометричного складу та щільності, що були армовані м’якими геотекстильними матеріалами. Дослідження проводились: глинистих грунтів за стандартною, методикою Л. Шуклє та прискореною методикою Бабицької С.С. та Туровської А.Я., піщаних грунтів - за стандартною методикою. Результати досліджень глинистих грунтів армованих різними типами геоматеріалів приведені на рис.1-4.
Проведені лабораторні експериментальні дослідження показали, що:
- залежність параметрів деформативності та міцності від щільності грунту можливо рахувати лінійною; співвідношення пружних та остаточних деформацій засипок залежить від гранулометричного складу, вологості та типу армуючого матеріалу;
- ефективний модуль деформації гомогенного масиву залежить від деформативних параметрів та відсоткової концентрації геоматеріалу і грунтової матриці;
- характеристики міцності армованих грунтів визначаються опором армуючих елементів на розрив, міцністю контакту арматури та грунту і міцністю грунтової матриці, яка працює в умовах реальної споруди;
- закономірності зміни опору зрушенню, при висмикуванні з піщаних засипок, обумовлюються у щільних пісках більшим ступенем ущільненості мілких пісків у порівнянні з крупними, в нещільних пісках контактна взаємодія обумовлюється збільшенням міцності адгезіонних зв’язків та контактного опору при висмикуванні;
- доказана можливість застосування методики Л. Шуклє та прискореної методики Бабицької С.С. та Туровської А.Я. для визначення тривалих характеристик міцності армованих слабких водонасичених глинистих грунтів; показано, що тривала міцність армованих грунтів залежить від кількості армуючих прошарків і від особливостей контактної взаємодії геоматеріалу та грунтової матриці; при армуванні значно зростає доля пружних деформацій за рахунок чого підвищуються пружні властивості грунту та параметри міцності в цілому;
- на основі розробленої методики по визначенню параметрів тривалої міцності було встановлено, що тривала міцність армованих грунтів залежить від початкових властивостей грунтової матриці та умов контактної взаємодії на межі “грунт-геотекстиль”; зміна параметрів міцності залежить від взаємодії грунтової матриці і арматури, а також реологічних параметрів компонентів системи.
Рис.1 Залежність L=f() для визначення тривалої міцності за прискореною методикою
С.С. Бабицької та А.Я. Туровської: 1 - неармований грунт; 2а - армований в одній площині геосіткою СЖ-1; 2б - армований у трьох площинах геосіткою СЖ-1; 3а - армований в одній площині геотканиною СТПК-3; 3б - армований у трьох площинах геотканиною СТПК-3;
1 ,... 3 - значення тривалої міцності.
Рис.2 Графік тривалої міцності (стандартна методика):
1 - неармований грунт; 2б - армований у трьох площинах геосіткою СЖ-1;
3б - армований у трьох площинах геотканиною СТПК-3; 1 ,... 3 - значення тривалої міцності.
Рис.3 Графік тривалої міцності (методика Л. Шуклє):
1’ ,1’’ ,1’’’ - неармований грунт (1’ - при n=50кПа; 1’’- при n=100кПа; 1’’’- при n=150кПа);
2’ ,2’’ ,2’’’- армований геосіткою СЖ-1; 3’ ,3’’ ,3’’’- армований геотканиною СТПК-3;
1,... 3 - значення тривалої міцності.
Рис.4 Графік визначення тривалого кута внутрішнього тертя та тривалого питомого зчеплення (за методикою Л. Шуклє): 1-неармований грунт; 2-армований геосіткою СЖ-1; 3-армований геотканиною СТПК-3; С01...С03, 01... 03 - миттєві значення питомого зчеплення та кута внутрішнього тертя; С1...С3, 1... 3 - тривалі значення питомого зчеплення та кута внутрішнього тертя.
В третьому розділі для підтвердження характеру втрати стійкості слабких водонасичених глинистих основ і визначення впливу на його несучу здатність різних видів армування були проведені лоткові експериментальні дослідження. Всього було розглянуто чотири схеми посилення основи: одношарове армування синтетичним матеріалом, який укладався на слабку основу; двошарове з піщано-гравійним прошарком; синтетична оболонка, що заповнена дренуючим грунтом; посилення за допомогою георешітки, та проведено порівняння з посиленням традиційними способами - піщаними палями та подушками (рис.5).
У якості армуючих матеріалів були використані: нетканий синтетичний матеріал Дорніт, геосітка СЖ-1 і геотканина СТПК-3 з пропілену, а також георешітка з поліхлорвінілових з’єднань.
Для виявлення впливу жорсткості споруди на слабку основу були проведені експерименти з абсолютно жорстким, абсолютно гнучким та кінцевої жорсткості штампами, що виконані з різноманітних матеріалів.
Рис. 5 Схеми армування слабкої основи: а - неармована основа; б - одношарове армування; в - двошарове; г - оболонкою; д - георешіткою.
Дослідження несучої здатності проводилися в лотку з передньою прозорою стінкою. Навантаження на штамп передавалося без ексцентриситету за допомогою ручного гвинтового домкрата через шарнірну опору. Зусилля, що передавалося на штамп, фіксувалося за допомогою динамометра, що був протарований, та індикатором годинникового типу. Стабільність навантаження забезпечувалась постійним наглядом за показниками індикатора. Осідання штампа вимірювалося двома прогиномірами та індикатором вимірювання деформацій, точність вимірювання деформацій 0.01мм.
Модель була виготовлена з глини м’якопластичної консистенції шляхом пошарового ущільнення грунту ручними трамбівками вагою 2.5 кг. Товщина кожного шару досягала не більш 2 см. Для визначення розвитку поверхонь ковзання в основі на бокову площину грунту з боку прозорої стінки була нанесена спеціальна сітка, котра давала можливість визначати критичні зусилля на основу.
Результати випробувань у лотку приведені на рис. 6,7.
Рис.6 Форми деформування неармованої слабкої основи.
Рис. 7 Форми деформування слабкої основи, армованої геооболонкою.
Експериментальні дослідження в лотку армогрунтових конструкцій з різними схемами армування та типами арматури показали:
- вплив прошарків на форми поверхонь ковзання обумовлюються конфігурацією останніх, а зона випору має форму еліпсу і включає в роботу більшу зону основи; при цьому відбувається збільшення її жорсткості і графік деформування неармованої основи наближається до графіка неармованого щільного грунту; при цьому максимальні значення граничного навантаження були отримані для більш жорстких конструкцій: георешітки і геооболонки; армування основи за двошаровою схемою дає можливість отримати такий же ефект тільки у разі якісного анкерування прошарків;
- технологія укладення армуючих конструкцій дозволяє виконати армування основи у виді оболонки; такий спосіб армування не потребує спеціальних анкерних пристроїв, якість яких може впливати на несучу здатність основи; георешітки також не потребують анкерування і мають значну жорсткість на згин, що обумовлює збільшення граничного навантаження на основу; в свою чергу, одношарове армування збільшує несучу здатність основи за рахунок мембранного ефекту і в порівнянні з традиційними методами посилення не перевищує за значенням граничного навантаження;
- анкерне кріплення однорядних та дворядних конструкцій посилення залежить від коефіцієнта тертя тканини за грунтом та якості защемлення анкеру арматури у грунті; форма анкера повинна мати оптимальну конфігурацію з точки зору несучої здатності та економічної ефективності;
- збільшення несучої здатності основи досягається: за рахунок пружного відсічу (мембранного ефекту), збільшення жорсткості основи та зростання граничного навантаження за тришаровою армогрунтовою конструкцією.
В четвертому розділі наводяться результати центробіжного моделювання несучої здатності слабких водонасичених глинистих основ, що посилені традиційними методами та за допомогою геотекстильних армуючих елементів. Експерименти проводились на установці центробіжного моделювання ДІІТа, котра дозволяє моделювати основу з мірилом до 300.
Модель основи виготовлялась з того ж матеріалу і за тією ж технологією, що і у лоткових випробуваннях. Модель насипу виготовлялась з дрібнозернистого піску з пошаровим укладенням. Визначення деформацій насипу у декількох рівнях було проведено за допомогою горизонтальних прошарків кольорового піску.
Армування основи виконувалось: одношарове, двошарове, оболонкою та георешіткою. Матеріал арматури, схеми армування відповідали випробуванням у лотку, що дозволило у дослідженнях на центрифузі визначити дію ваги насипу на основу.
Навантаження доводилося ступенями. Збільшення числа обертів виконувалось після повної зупинки машини. Далі проводився візуальний опис моделі при даному мірилі, зняття на кальку деформацій сітки моделі та фотографування.
Результати центробіжного моделювання наведені на рис. 8,9.
Рис. 8 Форми деформування неармованої слабкої основи при центробіжному моделюванні.
Рис.9 Форми деформування основи, армованої геооболонкою, при центробіжному моделюванні.
Випробування в машині центробіжного моделювання показали високу ефективність застосування армуючих матеріалів. Було визначено збільшення несучої здатності армованих основ від дії навантаження земляного полотна дорожніх насипів. Показані форми втрати локальної стійкості в умовах армування слабких основ та застосування піщано-гравійних заповнювачів армуючих матеріалів.
В п’ятому розділі наведена методика розрахунку несучої здатності слабких армованих водонасичених глинистих основ з урахуванням реологічних параметрів грунту.
Методика заснована на розгляді граничних станів при втраті загальної та локальної стійкості. В залежності від типу армування, використовуються розрахункові схеми армогрунтової балки та гнучкої нитки (мембрани) на пружній основі. Розрахунок таких елементів проводиться за методом проф. Тимофієвої Л.М.
1.Локальна стійкість.
а) Руйнування армуючих елементів.
Умова міцності армуючих елементів записується у звичайному виді, але порівнюються зусилля, діючі на одиницю їх ширини (“розмазаної” у випадку армування геосітками):
Ni, (1)
де Ra* - міцність армуючого прошарку Н/м;
1 , 2 ,kн - коефіцієнти умови роботи і коефіцієнт надійності, які приймаються для армогрунтових конструкцій.
б) Розшарування армогрунтової балки та руйнування грунту при зсуві.
Умови міцності контакту мають вид:
t , (2)
де - нормальні напруги, діючі по кровлі армуючого прошарку;
t - узагальнений кут внутрішнього тертя та його зміна у часі;
- дотичні напруги, діючі по контакту грунту з арматурою.
в) Розрахунок стійкості насипу на розповзання:
Стійкість споруди насипу вважається забезпеченою, якщо Кст1:
Кст=, (3)
де с - питоме зчеплення грунту, В - ширина підошви насипу, Q - вага насипу, н - нормативний кут внутрішнього тертя грунту, Н - висота насипу, - питома вага насипу,
- коефіцієнт активного бічного тиску.
2.Загальна стійкість.
Загальний критичний тиск на основу визначається за методом Союздорнді:
Ркр=Р0+Ртк , (4)
де Р0 - критичний тиск на основу, визначається згідно рішенням теорії граничної рівноваги за методом Соловйова Ю.І. з урахуванням тривалого питомого зчеплення:
Р0=Аа+Вс, (5)
де A - коефіцієнт, який залежить від кута внутрішнього тертя та параметра =b/2a;
- питома вага насипу;
а = Нm, де Н, m - геометричні параметри насипу;
с - тривале питоме зчеплення, визначається з експериментів.
Для невагомої основи:
В=ctg (etg-1), (6)
де - тривалий кут внутрішнього тертя, визначається з експериментів;
для вагомої ідеально зв’язної основи:
В=2+. (7)
Відомо, що епюра нормального розрахункового тиску на основу насипу приймається трапецеїдальною. Подібність епюр нормальних компонент розрахункового та граничного тиску дозволяє згідно БНіП і рішенням М.В.Малишева виконувати розрахунок несучої здатності основи. Визначення максимальної ординати трапецеїдальної епюри нормальної компоненти тиску та побудову епюри тиску для армованих основ треба виконувати з урахуванням пружного відсічу.
Треба також відзначити, що можливість визначення граничного тиску на слабку основу одночасно з безпечним тиском дає рішення визначення стійкості основи більш повним.
Ртк- частина навантаження, яка сприймається прошарком, визначається за формулою (8), запропонованою автором:
Рис.10 Розрахункова схема визначення параметрів еквівалентного насипу.
Ртк= , (8)
де к - коефіцієнт, який залежить від схеми армування та умов контактної взаємодії армуючого прошарку з грунтом, визначається з таблиць, розроблених автором на основі результатів експериментів;
- кут розподілу зовнішнього навантаження в межах товщини піщаної подушки, визначається з таблиць, розроблених автором на основі результатів експериментів;
b - ширина насипу зверху;
В - ширина насипу знизу з урахуванням ;
fекв - коефіцієнт тертя еквівалентного насипу з урахуванням розподілу тимчасового навантаження fекв = tgекв;
qекв - навантаження від еквівалентної ваги насипу qекв=н Некв,
де н - питома вага грунту насипу,
Некв - висота еквівалентного насипу: Некв=(Нн+hекв+hп ),
де Нн - висота насипу,
hекв - висота еквівалентного стовпу грунту, що замінює тимчасове навантаження,
hп - товщина подушки;
Етк - модуль деформації армуючого прошарку.
Приведена методика дає можливість розраховувати локальну та загальну стійкість армованих слабких основ з урахуванням реологічних параметрів грунту.
В И С Н О В К И:
На основі проведених комплексних експериментально-теоретичних досліджень стійкості слабких водонасичених глинистих основ було встановлено:
Метод кріплення основ геоматеріалами є ефективним, що збільшує несучу здатність основи за рахунок включення в роботу сил, що виникають за контактом “грунт-геоматеріал”.
Армування піщаних подушок є надійним методом збільшення стійкості основ. Проведені випробування показали зміну значення коефіцієнта тертя засипки за геоматеріалом, та геоматеріалу за слабкою основою. Отримано зміну параметрів міцності з урахуванням фактору часу.
Показаний вплив армування на форму поверхні ковзання. При цьому відбувається збільшення несучої здатності у порівнянні з неармованою основою. Величина граничного навантаження визначається типом та схемою армування.
Підвищення несучої здатності основи досягається за рахунок пружної відсічі (мембранного ефекту) при одношаровому армуванні, підвищення жорсткості основи при двошаровому армуванні та збільшення граничного навантаження армуванням геооболонкою і георешіткою.
Методом центробіжного моделювання встановлено ідентичність поверхонь ковзання з лотковими випробуваннями. Застосування геотекстильних матеріалів для армування основи збільшує несучу здатність останньої. При цьому виникає властивість пристосування конструкції до збільшення навантаження.
Найбільш ефективним з точки зору підвищення стійкості є застосування геооболонок і георешіток, коли геоматеріал разом з грунтом виконує роль анкерних пристроїв, а робота грунту наближається до умов роботи у стані компресії. Метод кріплення геоматеріалами слабких водонасичених глинистих основ найбільш ефективний у разі застосування з класичними методами посилення.
Розроблена методика розрахунку стійкості земляних споруд з використанням класичних методів та інженерного метода розрахунку локальної та загальної стійкості з урахуванням реологічних параметрів грунту. Порівняння результатів розрахунків за методикою, що пропонується в роботі, з результатами експериментів у лотку і параметрами стійкості при центробіжному моделюванні, а також з результатами класичних методів розрахунку вказує на те, що даний спосіб дозволяє достатньо повно і точно оцінювати стійкість слабких основ.
Основні положення дисертації видані у наступних роботах:
Балашова Ю.Б. Экспериментальное изучение закономерностей деформаций ползучести армированных водонасыщенных глинистых грунтов в условиях одноосного сжатия. // Сб. научн. тр. ПГАСиА. Вып.2.,ч.1. Основания и фундаменты. Строительные материалы и изделия. - Днепропетровск: ПГАСиА. - 1997.- C.6-9.
Балашова Ю.Б. Реологические свойства армированных глинистых грунтов. // Придніпровський науковий вісник. - 1998. - №101 (168). - C. 87-88.
Балашова Ю.Б. Модельные испытания устойчивости армированных слабых оснований дорожных насыпей // Придніпровський науковий вісник. - 1998. - №101 (168). - C. 105-106.
Тимофеева Л.М., Балашова Ю.Б., Коробьева Р.Г. Экспериментальные исследования несущей способности армированных просадочных оснований опор искусственных сооружений. // Збірник наукових праць УТУ Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку. - Київ: УТУ. - 1998. - C.92-95. (Виконувала модельні випробування армованих основ, що просідають на машині центробіжного моделювання).
Балашова Ю.Б. Методика визначення несучої здатності слабких основ з урахуванням реологічних параметрів грунта. // Збірник наукових праць УТУ Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку. - Київ: УТУ. - 1998. - C.88-92.
Балашова Ю.Б. Несуча здатність армованих слабких водонасичених глинистих основ з урахуванням реологічних властивостей грунту. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 - підвалини та фундаменти. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 1998.
В дисертаційній роботі досліджена стійкість армованих слабких основ. Встановлено вплив реологічних параметрів грунту на несучу здатність основи. Показаний вплив армування на стійкість основи. Наведені результати параметрів тривалої міцності за різними схемами армування та видами геоматеріалів. Визначені коефіцієнти тертя грунту за геотекстилем і піщаної засипки за арматурою. Випробуваний вплив різних схем і різних видів геоматеріалів на стійкість основи. Визначений внесок армування на деформативні параметри основи. Виявлені оптимальні схеми армування в залежності від величини граничного навантаження. Отримано вплив різних прошарків на форму поверхонь ковзання, визначена найбільш ефективна схема армування слабкої основи та найбільш ефективний тип геоматеріалу. Показані форми втрати локальної та загальної стійкості.
Розроблені рекомендації до розрахунку несучої здатності слабких глинистих основ, армованих різними геоматеріалами, з урахуванням реологічних властивостей грунту та реалізацією на ЕОМ. Методика заснована на розгляді граничних станів загальної та локальної стійкості. В залежності від типу армування застосовуються розрахункові схеми армогрунтової балки на пружній основі та гнучкої нитки (мембрани). Застосування методики дає можливість визначити локальну та загальну стійкість слабких основ з урахуванням реологічних властивостей грунту.
Ключові слова: слабкі водонасичені глинисті основи, реологічні властивості, несуча здатність, армогрунт, геотекстиль, поверхня ковзання.
Balashova Y.B. Bearing capacity of reinforced soft water-saturated clayey basements taking account of rheological soil properties. - Manuscript.
Thesis for a competition on academic degree of a candidate of technical sciences on speciality 05.23.02 - Foundations and Basements. - Pridneprovskaya State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dniepropetrovsk, 1998.
The dissertation contains the results of experimental and theoretical investigations on the bearing capacity of reinforced soft water-saturated clayey basements. The influence of rheological properties of reinforced soft clays on the basements stability has been investigated. It was found that the long-term strength is determined by a number of reinforcing interlayers and by particularities of contact interaction of reinforcement and soil matrix. Effect of different schemes and various geotextile types on the stability of soft soils basements has been investigated. The influence of reinforcing on the form of slip surface is determined. The most efficient method of reinforcing has been proposed.
The recommendations for calculation of bearing capacity of soft reinforced basements with consideration of rheological soil properties including computer-based methods have been developed. The calculation procedure is based upon the analysis of limiting states in cases of loss of common and local stability. Depending on the reinforcement type, design schemes of the reinforced soil beam on elastic basement and the flexible thread (membrane) were used. The described procedure gives a possibility to determine the common and local stability of reinforced soft basements taking into account the rheological properties of soil.
Key words: soft water-saturated clayey basements, rheological properties, bearing capacity, reinforced, geotextile, slip surface.
Балашова Ю.Б. Несущая способность армированных слабых водонасыщенных глинистых оснований с учетом реологических свойств грунта. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 – основания и фундаменты. – Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 1998.
В диссертационной работе исследована устойчивость армированных слабых водонасыщенных оснований. Приведена методика и результаты исследований реологических параметров глинистых грунтов, армированных геотекстилем, а также особенностей контактного взаимодействия песчаных засыпок с различными типами геоматериалов. Изучение влияния армирования на прочностные и деформативные параметры композита проводилось в лабораторных условиях. Образцы изготавливались из глины мягкопластичной консистенции и песков различного гранулометрического состава и плотности, армированных мягкими геотекстильными материалами. Испытания проводились: глинистых грунтов по стандартной, методике Л. Шукле и по ускоренной методике С.С. Бабицкой и А.Я. Туровской, песчаных грунтов - по стандартной методике.
Лабораторные экспериментальные исследования показали, что зависимость деформативных и прочностных параметров от плотности грунта, можно считать линейной. Соотношение упругих и остаточных деформаций засыпок зависит от гранулометрического состава, влажности и типа армирующего материала. Прочностные свойства армированных грунтов определяются прочностью армирующих элементов на разрыв, прочностью контакта армирующих элементов с грунтом и прочностью грунтовой матрицы. Закономерности изменения сопротивления сдвигу при выдергивании геоматериалов из песчаных засыпок обусловливаются плотностью песка и возможностью уплотняемости в зависимости от гранулометрического состава. В рыхлых песках контактное взаимодействие выражается в увеличении прочности адгезионных связей и контактного сопротивления при выдергивании. Результаты исследований доказали возможность применения методики Л. Шукле и ускоренной методики С.С. Бабицкой и А.Я. Туровской для определения длительных прочностных характеристик армированных слабых глинистых грунтов. Установлено, что длительная прочность определяется количеством армирующих прослоек и особенностью контактного взаимодействия арматуры и грунтовой матрицы, а также реологическими свойствами грунта. Армирование значительно увеличивает долю упругих деформаций, повышая при этом упругие и прочностные параметры в целом. Прочностные параметры определяются контактным взаимодействием грунтовой матрицы с арматурой и реологическими свойствами компонентов системы.
Уточнение характера потери устойчивости слабых водонасыщенных глинистых оснований и определение влияния на его несущую способность различных видов армирования было проведено с помощью экспериментальных исследований в лотке. Рассмотрены следующие схемы усиления оснований: однослойное армирование синтетическим материалом, уложенным непосредственно на слабое основание; двухслойное с прослойкой из песчано-гравелистой смеси; синтетической оболочкой, заполненной дренирующим грунтом; усиление с помощью георешетки и традиционным способом усиления песчаными сваями и подушками.
Результаты исследований в лотке армогрунтовых конструкций показали влияние армирования на форму поверхностей скольжения. Пологость плоскости скольжения увеличивается, а зона выпора включает в работу значительно большую зону основания и имеет эллипсообразную форму. Увеличение несущей способности по сравнению с неармированным основанием значительно, а дифференциация предельной нагрузки определяется типом геоматериала и схемой армирования. Зависимости осадки от нагрузки показали аналогию с графиком Герсеванова. Армирование основания увеличивает жесткость и график деформирования слабого армированного основания стремится к графику неармированного плотного грунта. При этом максимальные значения предельной нагрузки были получены для более жестких конструкций: георешетки и геооболочки.
Для выяснения особенностей характера потери устойчивости основания с учетом геостатического давления были проведены исследования слабых водонасыщенных глинистых оснований, усиленных традиционными методами и при помощи геотекстильных армирующих элементов. Эксперименты проводились на установке центробежного моделирования лаборатории механики грунтов ДИИТа, которая позволяет моделировать реальный грунтовый массив.
Испытания в машине центробежного моделирования показали высокую эффективность применения армирующих материалов. Было получено значительное увеличение несущей способности армированных оснований при воздействии нагрузки от земляного полотна дорожных насыпей. Показаны формы потери локальной устойчивости при армировании слабых оснований.
Разработаны рекомендации по расчету несущей способности слабых армированных водонасыщенных глинистых оснований с учетом реологических свойств грунта. Методика основана на рассмотрении предельных состояний при потере общей и локальной устойчивости. В зависимости от типа и схемы армирования используются расчетные схемы армогрунтовой балки и гибкой нити (мембраны) на упругом основании. Расчет локальной устойчивости заключается в определении допускаемого усилия в армирующей прослойке, в определении предельного напряжения при нарушении прочности грунта при сдвиге и расслоении армогрунтовой балки, а также в потере устойчивости анкера прослойки при недостаточной его заделке. Расчет общей устойчивости заключается в определении предельной нагрузки на основание, которая определяется как сумма критической нагрузки, полученной на основе решений теории предельного равновесия и предельной нагрузки, обусловленной армированием основания. Несущая способность армированного основания определяется методом построения эквивалентной насыпи, параметры которой определяются типом и схемой армирования. Приведенная методика дает возможность определить локальную и общую устойчивость армированных слабых оснований с учетом реологических свойств грунта.
Ключевые слова: слабые водонасыщенные глинистые основания, реологические свойства, несущая способность, армогрунт, геотекстиль, поверхность скольжения.