Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор и анализ конструктивно-технологических решений пластических систем из грунтонаполняемых оболочек и методов их расчета 8
1.1. Этапы внедрения геосинтетических материалов в современное строительство 8
1.2. Конструктивные решения в дорожном, гражданском и промышленном строительстве и освоении городских территорий 14
1.3. Применяемые методы расчета систем «грунтовый массив - гибкая оболочка» 24
1.4. Постановка задачи диссертационного исследования 27
2. Модели для расчета несущей способности грунтовых массивов, укрепленных прослойками геотекстиля 28
2.1 .Условие прочности грунта, анизотропного по сопротивлению сдвига 28
2.2. Предельная полосовая нагрузка с пригрузкой на грунтовое основание, анизотропное по сопротивлению сдвигу 32
2.3. Моделирование основания из уплотненной песчано-гравийной смеси с прослойками геотекстиля эквивалентной сплошной грунтовой средой, анизотропной по сопротивлению сдвигу 35
2.4. Предельная треугольная нагрузка на несвязное весомое основание 39
3. Оценки несущей способности откосов, укрепленных геотекстилем и георешетками 44
3.1. Оценки несущей способности склонов и откосов методами предельного анализа 44
3.2. Нижние оценки несущей способности склонов и откосов 47
3.3. Предельное давление на засыпку абсолютно гибкой подпорной стенки 57
3.4. Верхние оценки несущей способности склонов и откосов 63
3.5. Простейшие верхние оценки несущей способности откосов, укрепленных геосинтетикой 71
3.6. Вычисление верхних оценок несущей способности армированных откосов с помощью ПК ПРЕСС 77
3.7. О расчетной прочности армирующих геосинтетических материалах 79
4. Экспериментальные исследования укрепленных откосов 84
4.1. Подобие поведения армированных откосов в модельных испытаниях и поведения натурного откоса при предельных нагрузках 84
4.2. Анализ результатов опытов Павлющика С.А. по нагружению неукрепленных откосов 88
4.3. Экспериментальные исследования по нагружению укрепленных откосов 99
4.4. Сравнение теоретических и экспериментальных значений несущей способности укрепленных откосов 112
Заключение 115
Библиографический список использованной литературы 118
Приложения 126
- Конструктивные решения в дорожном, гражданском и промышленном строительстве и освоении городских территорий
- Моделирование основания из уплотненной песчано-гравийной смеси с прослойками геотекстиля эквивалентной сплошной грунтовой средой, анизотропной по сопротивлению сдвигу
- О расчетной прочности армирующих геосинтетических материалах
- Экспериментальные исследования по нагружению укрепленных откосов
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Широкое распространение в современном строительстве получили конструкции из геосинтетических материалов, в том числе композитных (полимерных и нано-) материалов. Грунтонаполняемые оболочки, замкнутые и незамкнутые, применяются для укрепления оснований и фундаментов зданий и сооружений, особенно в случае техногенных грунтов, в качестве разгружающих элементов при строительстве подпорных стен, в дорожном строительстве для разделения слоев, дренирования и армирования.
Однако методы расчета сооружений с грунтонаполняемыми оболочками по предельным состояниям требуют своего развития. При расчете конструкции, состоящей из уплотненной песчано-гравийной смеси, заключенной в «мешки» из геотекстиля, по второму предельному состоянию применяется классический метод конечных элементов. При этом среда считается упругой с модулем упругости не меньшим 20 МПа. Рассчитанные осадки получаются, как правило, больше наблюдаемых осадок. К недостаткам метода расчета можно отнести и произвол в назначении предельных осадок. Расчет описанной конструкции по несущей способности, по первому предельному состоянию, поиск предельной нагрузки на конструкцию является актуальной задачей, не имеющей в настоящее время удовлетворительного решения.
Без знания предельной нагрузки на сооружение до и после укрепления сооружения геосинтетикой нельзя оценить эффективность и экономическую целесообразность применения геоматериалов.
Предложенные новые методы расчета армированных геосинтетикой откосовдолжны быть протестированы зкспериментально.
Решение проблемы включено в направление развития технологии транспортных систем РФ до 2015 года и Федеральную целевую программу «Модернизация транспортной системы России».
Цель диссертационной работы:
Разработка методов расчета несущей способности нагруженных грунтовых массивов армированных геосинтетическими материалами.
Для достижения поставленной в диссертационной работе цели решены следующие задачи:
проведен анализ научной и проектной литературы по использованию геосинтетики в новых строительных конструкциях в дорожном, гражданском, промышленном строительстве и освоении городских территорий;
исследованы существующие методы расчета укрепленных геосинтетикой откосов по первому предельному состоянию и сделан вывод о необходимости развитиятаких методов расчета;
разработано предложение о моделировании массивов из уплотненной песчано-гравийной смеси с прослойками геотекстиля эквивалентной сплошной грунтовой средой, анизотропной по сопротивлению сдвигу;
найдены нижние оценки несущей способности склонов и откосов, укрепленных геосинтетикой;
найдены простейшие верхние оценки несущей способности откосов, укрепленных геосинтетикой;
проведены модельные лотковые исследования по нагружению укрепленных геосинтетикой откосов при соблюдении геометрического и физического подобия;
предложено экспериментально проверенное правило по пересчету прочностных характеристик геосинтетики в сцепление эквивалентной сплошной среды, анизотропной по сопротивлению сдвигу.
Научная новизна работы:
1. Решена новая задача о предельной полосовой нагрузке с пригрузкой на грунтовое основание, послойно армированное геоматериалами.
2. Получены верхние и нижние оценки несущей способности склонов и откосов, укрепленных геотекстилем.
3. Впервые проведены лотковые испытания откосов, укрепленных геосинтетическими материалами, при возрастании нагрузкидо предельной.
Достоверностьновых результатов обеспечивается использованием общепризнанных методов и законов механики сплошной среды, предельного анализа пластических систем, применением для численных расчетов стандартных программ,использованием достоверных экспериментальных данных.
Практическая ценность работы
Появляется возможность уже не только качественно, но и количественно оценить увеличение несущей способности грунтового массива в результате укрепления его геосинтетическими материалами. Следовательно, возможна и экономически строгая оценка проектных решений, в которых применяются геосинтетические материалы.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на бизнес - форуме «Дорожно - Мостовое хозяйство Юга России» (04.12.2008, Ростов-на-Дону), на Первом всероссийском дорожном конгрессе (г.Москва, МАДИ 28-30 января 2009г), на всероссийской научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении»(г. Новочеркасск 7-8 июня 2012г.), на научных семинарах Ростовского регионального отделения Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению, на ежегодных научно-технических конференциях строительного факультета ЮРГТУ (НПИ).
Личный вклад автора заключается в:
- постановке задачи диссертационного исследования;
- предложении использовать при определении несущей способности армированных геосинтетикой грунтовых откосов использовать модель среды,анизотропной по сопротивлению сдвигу;
- нахождении нижних оценок несущей способности армированных геосинтетикой грунтовых откосов;
- нахождении простейших верхних оценок несущей способности армированных геосинтетикой грунтовых откосов;
- проведении экспериментальных исследований по нагружению армированного откоса;
- сравнении результатов теоретических исследований с опытными данными.
На защиту выносятся:
1. Решение задачи о предельной полосовой нагрузке с пригрузкой на грунтовое основание, послойно армированное геоматериалами.
2. Методы нахождения верхних и нижних оценок несущей способности склонов и откосов, укрепленных геотекстилем.
3. Результаты лотковых испытаний откосов, укрепленных геосинтетикой, при возрастании нагрузки до предельной.
4.Сравнительный анализ теоретических и зксперимнтальных значений несущей способности грунтовых откосов.
Внедрение результатов
Результаты исследований переданы для апробации на практике в ООО «Геоматериалы» г. Новочеркасска.
Материалы диссертационных исследований используются вспециальном курсе «Моделирование оснований и информационные технологии», в курсе «Механика грунтов», которые читаются студентам специальности ПГС.
Публикации
Основное содержание диссертационной работы изложено в 10 опубликованных работах.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 75 наименований, и приложений. Полный объем диссертации- 130 страниц, включая 40 рисунков и 10 таблиц.
Автор выражает искреннею благодарность своему научному руководителю С.А. Павлющику за ценные советы и внимание к диссертационной работе, а также Н.М. Бондаренко за помощь в проведении экспериментальных исследований.
Конструктивные решения в дорожном, гражданском и промышленном строительстве и освоении городских территорий
Тип армирующей георешетки зависит от конструкции дорожной одежды и несущей способности земляного полотна и определяется расчетом по одной из существующих методик.
Объемные георешетки, изготовленные из полиэтиленовых или полипропиленовых полос высотой 0,5-0,3 м методом сшивания или склеивания, при их натяжении образуют гибкий каркас, каждая ячейка которого имеет форму шестиугольника. Георешетки заполняются дренирующим крупнообломочным грунтом фр. 5-40 мм. Принцип действия данной конструкции - сотовая структура перераспределяет напряжения в несвязном материале, обеспечивая передачу усилий через стенки сот. Считают, что модуль упругости армированного слоя увеличивается в 1,5-1,6 раза.
2. Геотекстиль Текспол, укладываемый на откосы земляного полотна, выполняет функции:
защищает откос от водной и ветровой эрозии;
повышает устойчивость от оползания.
Для защиты откоса от эрозии геотекстиль укладывается на поверхность откоса в сочетании с различными конструктивно-технологическими решениями: обработкой грунта вяжущими, укладкой поверх геотекстиля сборных решетчатых или сплошных элементов, обсыпкой каменными материалами и др. (рис 1.2). Выбор типа укрепления зависит от высоты насыпи и ее крутизны (заложения откосов), уровня подтопляемости на пойменных участках, скорости водного потока и др. причин.
Применение термоупрочненного геотекстиля в данной конструкции способствует уменьшению влажности грунтов в период весеннего и осеннего переувлажнения откосов, особенно северной экспозиции и, наоборот, способствует повышению влажности под прослойкой при высоких летних температурах воздуха и в районах сухим климатом (4—5 дорожно-климатические зоны).
Таким образом, геотекстиль выравнивает влажностный режим поверхностного слоя грунта на откосах земляного полотна.
С целью повышения устойчивости откосов, полотна геотекстиля следует укладывать в виде горизонтальных полос в подоткосной части с выводом концов за пределы кривой скольжения (рис. 1.3,а). Нижний ряд укладывается на уровне подошвы насыпи, а верхний ряд на уровне низа дорожной одежды. Промежуточные ряды располагают равномерно между верхними и нижними полотнами с шагом 0,5-0,7 м. Повышение устойчивости и одновременно защита грунта подоткосной части от суффозии могут быть достигнуты при заключении грунта в обойму из геотекстиля (рис. 1.3,6). При армировании откоса высокопрочным (тканным) геотекстилем крутизна его повышается до 1:1. В этом случае откос следует отсыпать из крупнообломочного каменного материала, имеющего более высокий угол внутреннего трения, по сравнению со связным грунтом.
3. В конструкциях земляного полотна на слабых грунтах (торфах и др.), геотекстиль, находясь в растянутом состоянии, воспринимает и частично перераспределяет растягивающие напряжения с наиболее загруженных зон -под проезжей частью на недогруженных участках - под обочинами. В результате осадка слабого основания под осью проезжей части уменьшается, а равновесие в системе «насыпной слой - слабое основание» достигается при меньшей толщине насыпного слоя, т.е. при меньшей высоте насыпи.
На болотах 1-2 типа при мощности торфа менее 3-4 м, когда возможно возведение насыпи без возникновения процесса бокового выдавливания слабого грунта, рекомендуется конструкция с разомкнутой обоймой. В случаях же когда при не соблюдении определенного режима возведения земляного полотна, кроме деформации сжатия торфа, возможно, его выдавливание из-под подошвы насыпи, рекомендуется конструкция по типу замкнутой обоймы (рис. 1.4).
4. Дренажные конструкции. Особенностью работы дренажного фильтра является способность, взаимодействуя с прилегающим тонкодисперсным грунтом, препятствовать выносу из грунта частиц, перемещающихся совместно с водой, не только превышающих размеры фильтра, но и более мелких за счет самопроизвольного образования обратного грунтового фильтра. Варианты конструктивных решений дренажа траншейного типа приведены на (рис. 1.5). В приведенных конструкциях, при наличии дренажной трубы в качестве фильтрующей обсыпки используется любой дренирующий материал, имеющий коэффициент фильтрации не менее 5 м/сут, при отсутствии дренажной трубы в качестве водопроводящего элемента используется щебень.
5. Конструкции при благоустройстве городских территорий и прокладке подземных коммуникаций.
Геотекстиль Текспол используется для защиты растительного грунта (гумуса) от вымывания на газонах и насыпных участках набережных, площадей и парковых зон при посадке деревьев и кустарников (рис. 1.6).
Геотекстиль применяется при прокладке подземных сетей в траншеях в тех случаях, когда на переувлажненных и слабых грунтах под подземными коммуникациями необходимо устраивать основание из неукрепленной или укрепленной цементом щебеночной или гравийной смеси (рис. 1.7). Назначение обоймы из геотекстиля: защита материала основания от загрязнения, достижение большей степени уплотнения, уменьшение вероятности неравномерных осадок.
6. Устройство покрытий для водоемов и свалок (могильников) различных отходов. Рекультивации карьеров.
В конструкции, предоставленной на (рис.1.8,а), геотекстиль укладывается на поверхность берегов и дно естественных или искусственных водоемов, используется при рекультивации карьеров с целью превращения их в искусственные пляжи. Геотекстиль выполняет следующие функции: предотвращает потери дренирующего песка в илистый или связный грунт водоема или карьера, препятствует росту травы снизу. В районах с устойчивым ледовым покровом целесообразно геотекстиль и отсыпаемый на его поверхность дренирующий грунт укладывать на поверхность льда. При таянии льда они опустятся на откосы и дно водоема.
Моделирование основания из уплотненной песчано-гравийной смеси с прослойками геотекстиля эквивалентной сплошной грунтовой средой, анизотропной по сопротивлению сдвигу
При изучении несущей способности композитного основания из уплотненной песчано - гравийной смеси, равномерно переложенной горизонтальными слоями геосинтетики (например, стабитекса) предлагается использовать модель сплошного жестко-идеальнопластического тела, анизотропного по сопротивлению сдвигу.
Для расчета несущей способности рассматриваемого основания используем развитое в пункте 2.2 решение для полосовой нагрузки с пригрузкой на анизотропное по сопротивлению сдвигу грунтовое основание.
При этом изменим саму традиционную концепцию условия прочности, изложенную в пункте 2.1 и основанную на понятии площадок скольжения.
Рассмотрим произвольный представительский (репрезентативный) объем композитного основания (рис.2.3), находящийся в предельном состоянии. Если этот объем расположен в зоне активного предельного напряженного состояния (рис.2.3,а) III, то наличие слоев геосинтетики, перпендикулярных первому главному направлению, не приведет к значительному упрочнению этого объема грунта. Если же этот объем расположен в зоне пассивного предельного напряженного состояния (рис.2.3,б) I, то наличие слоев геосинтетики, параллельных первому главному направлению, значительно упрочит этот объема грунта в зависимости от величины прочности геосинтетики на разрыв.
Пусть произвольный представительский объем основания, грани которого совпадают с главными площадками, находится в области центрированной волны П. Угол между первым главным направлением и слоями геосинтетики равен л/2 - 6 и изменяется от л/2 до 0 по области П.
Вопрос об увеличении прочности объема грунтовой среды, укрепленной наклонными слоями геосинтетики, может быть исследован экспериментально.
Выдвинем расчетную гипотезу о линейной зависимости прочностных характеристик А и С от угла 8. При этом прочностные характеристики в области III принимаем как для грунта без геосинтетики. А в области I к сцеплению грунта добавляем «эквивалентное» сцепление, рассчитанное как отношение разрывного усилия геосинтетики к соответствующей площадке.
Пусть, например, основание из песчано-гравийной смеси, не имеющей сцепления, через каждый метр переложено горизонтальными слоями стабитекса. Разрывное усилие метровой полосы стабитекса 80 кН. Следовательно, в этом случае в области I появится «эквивалентное» сцепление с = 80 кН/м2. Допустим, что пригрузка q = 20 кН/м2. Будем считать, что внедрение геосинтетики не увеличивает угол внутреннего трения и, следовательно, параметр А, равный 3. Найдем предельные давления полосовой нагрузки в расчетном примере 2.1.
Расчет показывает, что несущая способность основания при принятых правдоподобных допущениях за счет укладки геосинтетики выросла в 1.533 раза (на 53%). Если же считать, что «эквивалентное» сцепление появляется и в зоне III, то несущая способность увеличивается в 2.891 раза.
Замечание. Стандартная функция Odesolve используется для решения обыкновенного дифференциального уравнения (2.17) методом Рунге-Кутта с постоянным (по умолчанию) или адаптивно вычисляемым шагом интегрирования. Этот метод относится к явным одношаговым методам. В расчете используется схема Рунге-Кутта четвертого порядка точности.
О расчетной прочности армирующих геосинтетических материалах
Полученные в предыдущих параграфах данной главы аналитические и численные оценки несущей способности армированных геосинтетикой склонов и откосов в большой степени зависят от погонных сил N, , действующих в каждом слое геосинтетических материалов. Эти силы при предельных нагрузках могут совпадать с разрывным усилием в геоматериале, а могут быть меньше. Например, могут совпадать с усилием выдергивания слабо закрепленного или слишком короткого слоя. Наконец, откос может разрушаться без разрывов геосинтетики путем вытекания гравийно-песчаной смеси между слоями геосинтетики.
Но в любом случае использование геосинтетических материалов в качестве армирующих элементов в нагруженных грунтовых массивах требует длительного и всестороннего лабораторного исследования физико-механических свойств и их изменений в процессе эксплуатации. Как правило, синтетические материалы обладают неприятными свойствами релаксации (падение величины напряжений во времени в деформированном материале) и ползучести (увеличение деформаций во времени в нагруженном материале). Были разработаны специальные разделы строительных норм, отраслевые рекомендации и пособия по их применению. Но в связи с широким ассортиментом синтетических геоматериалов строители и проектировщики вынуждены руководствоваться в своем выборе, в основном, стоимостью материалов и сертификационными показателями их свойств.
Рассмотрим принципы определения расчетной прочности армирующих геосинтетических материалов по первому предельному состоянию на примере одной из самых распространенных европейских методик [53, 54, 55] - EBGEO, что означает Рекомендации по расчету и проектированию армированных геосинтетическими материалами грунтовых массивов и конструкций Немецкого общества геотехники.
Расчетная долговременная прочность армирующих геосинтетических материалов по первому предельному состоянию F определяется по формуле: Nt Fl = 5 , (3.47)
где Fk - сертифицированная прочность материала при кратковременном растяжении, кН/м;
А1 - понижающий коэффициент, учитывающий ползучесть материала в процессе укладки и в течении всего срока эксплуатации (зависит от исходного сырья, способа производства материала и расчетного срока службы конструкции);
А2 - понижающий коэффициент, учитывающий потерю прочности в процессе транспортировки и укладки материала, укладки и уплотнения грунта (зависит от типа материала, исходного сырья, типа и зернового состава минерального заполнителя);
Аз - понижающий коэффициент, учитывающий стыки и нахлесты соседних полотен, а также наличие заводских или выполненных в процессе производства строительных работ швов;
А4 - понижающий коэффициент, учитывающий сопротивление внешним факторам - микроорганизмам, ультрафиолетовому излучению, внешним химическим воздействиям, перепаду температур;
А5 - понижающий коэффициент, учитывающий деградацию свойств материала под действием внешних динамических и сейсмических нагрузок, а также взрывных воздействий;
УВ - общий коэффициент запаса на геосинтетический материал, принимаемый, например, в соответствии с концепцией FGSV [54] равным 1,75 вне зависимости от типа и вида материала и его физико-механических характеристик.
Понижающие коэффициенты Аь А2, А3, А4, А5 (значение каждого из них 1,0) подлежат обязательной сертификации, для определения каждого из этих параметров существуют соответствующие международные, европейские и национальные стандарты. При отсутствии достоверных международных сертификатов на данные коэффициенты на тот или иной армирующий геосинтетический материал, в качестве их значений принимаются нормированные величины в зависимости от исходного типа сырья.
Оценим величины понижающих коэффициентов.
Коэффициент Ai является одним из основных факторов влияния на расчетную долговременную прочность. Для сертификации данного показателя необходимо произвести несколько циклов трудоемких испытаний, включая испытание на долговременную ползучесть материала продолжительностью, по меньшей мере, 10000 часов (более одного года).
В табл. 3.2 [56] приведены ориентировочные фактические сертифицированные значения показателя А] для материалов ведущих мировых производителей геосинтетических материалов, а также нормативные значения для материалов, у которых отсутствует специальный международный сертификат на данный показатель.
Значение коэффициента А2 (табл.3.3) подлежит специальной сертификации по трем группам минеральных материалов на контакте с геосинтетикой:
1) мелкозернистый грунт (песок, супесь, суглинок, глина);
2) щебень, песчано - гравийная смесь фракций до 40 мм;
3) щебень, песчано - гравийная смесь фракций до 70 мм.
При отсутствии у геосинтетического материала сертификата на данные испытания принимается:
А2 = 1,5 при контакте материалов с песком или грунтом с полным остатком на сите 2 мм менее 10% по массе;
А2 = 2,0 при контакте материала с грунтовым материалом с окатанными частицами (гравий).
При отсутствии сертификата на взаимодействие геосинтетики со щебнем ее применение в конструкции недопустимо, либо необходимы дополнительные защитные мероприятия.
Значения параметра А3 принимается равным 1,0 в случаях, когда основные нагрузки воспринимаются геосинтетическим материалом в одном направлении при отсутствии стыков, швов (в том числе и заводских) и нахлестов в направлении армирования. В остальных случаях значение данного показателя также определяется по результатам соответствующих испытаний.
Коэффициент А4 отвечает за сопротивление материала нескольким видам воздействий: химическим, микробиологическим, температурным и другим. Определение величины данного понижающего коэффициента является достаточно трудоемким. Отсутствие специального международного сертификата на данный показатель позволяет применять материалы только в нейтральной среде с нормативными коэффициентами, приведенными в табл. в соответствии с нормами [53].
При наличии в конструкции укрепленных цементом грунтов (щелочная среда) или при наличии кислотной среды определенные геосинтетические материалы неприменимы из-за низкой сопротивляемости агрессивным средам исходного сырья. В таких случаях допускается использовать только материалы, имеющие специальные международные сертификаты на понижающий коэффициент А4 в щелочной и/или кислотной среде.
Коэффициент А5 в ряде случаев не используется (принимается А5= 1). Значения данного параметра определяется по результатам лабораторных испытаний при индивидуальном и специальном проектировании (защита от взрывов и террористических актов, при сейсмичности не менее 7 баллов и в ряде других случаев) либо при преобладании динамического воздействия от внешних нагрузок (например, в железнодорожном строительстве). В ряде случаев определенные виды и типы армирующих геосинтетических материалов не подвержены деструктивному влиянию сейсмических, а также периодических и затухающих динамических нагрузок.
Экспериментальные исследования по нагружению укрепленных откосов
В качестве армирующего материала песчаного откоса в исследованиях использовалась полиэтиленовая пленка, изготовленная из полиэтилена высокого давления марки Н [64]. Выбор материала обусловлен тем, что в состав практически всех геоматериалов входят полимеры разных классов и полученные разными способами. Так, содержание полиамидных и полиэфирных нитей в тканом геотекстиле марки Стабитекс [65] составляет до 98%.
Испытания полиэтиленовой пленки (аналога геоматериала) проводились согласно [66]. Для испытания применялись образцы прямоугольной формы шириной 25 мм, длиной 150 мм, толщиной 0,020 мм. Так как данная полиэтиленовая пленка относится к изотропным материалам, то для проведения испытания было использовано пять образцов, вырезанных в одном направлении. В качестве зажимных устройств, обеспечивающих надежное крепление данных образцов и совпадение продольной оси образцов с направлением растяжения, использовались зажимы испытательной машины Шоппера, удовлетворяющих условиям [66].
Нагружение выполнялось при помощи гирь компрессионного прибора. Шаг приложения нагрузки был равен 1,96 103кПа. Нагружение осуществлялось ступенчато до условной стабилизации деформаций образцов полиэтиленовой пленки. Ступеней нагружения было от 7 до 8. Время выдержки между ступенями 30 минут.На каждой ступени нагружения измерялись нагрузка и удлинение образца. На начальных этапах нагружения удлинение образцов полиэтиленовой пленки фиксировалось при помощи индикатора часового типа [67], а на последнем этапе нагружения - при помощи металлической линейки [68]. На первых этапах нагружения деформации образцов были незначительны, зависимость между прикладываемой нагрузкой и удлинением была линейной. При приближении к максимальной растягивающей нагрузке деформации образцов резко увеличивались. Среднее значение прочности при разрыве образцов—15,68 103кПа. Среднее значение условного предела текучести —13,72 103кПа. Среднее значение относительного удлинения образцов при разрыве—280%. График зависимости между удлинением образца полиэтиленовой пленки и растягивающей нагрузкой, полученный в результате выполнения опыта №2, представлен на рис. 4.5. Общий вид испытательной конструкции изображен на рис. 4.6.
Для исследования работы песчаных оснований в условиях плоской деформации на кафедре ПГСГиФ ЮРГТУ (НПИ) Шматковым В.В. сконструирован испытательный стенд. Впоследствии, для изучения работы моделей фундаментов на откосе, он был доработан Павлющиком С.А., совместно с Дыбой В.П. и Галашевым Ю.В [58]. Испытательный стенд состоит из лотка (рис. 4.7), выполненного из органического стекла толщиной 30 мм. Рабочая часть лотка с размерами 800x105x600 мм (LxBxH) была заполнена песком, характеристики которого описаны в параграфе 4.2 настоящей диссертации.
Автор диссертации экспериментальные исследования по нагружению укрепленных откосов в данном лотке проводил под руководством Павлющика С.А. совместно с магистрантом Бондаренко Н.М.
Стол (рис.4.8) основания(5) и силовая рама(4) выставлены по уровню. Экспериментальный стенд прикреплен к столу основания при помощи болтов. Нагрузка на штамп (1) (рис. 4) передается через шток №1 (2), шток №2 (3) и шарнирно закрепленную между ними муфту (4). Шарнир выполнен при помощи втулок(5). Известно, что критическая нагрузка в задачах об устойчивости зависит от способа приложения нагрузки.
Шарнирное соединение штоков и муфты выполнено для приближения экспериментальных исследований к реальным условиям поведения фундаментов на откосах. В качестве грузов были использованы гири компрессионного прибора, которые укладывались на удерживающую раму(8) при помощи направляющих(9). Для фиксации штампа в горизонтальном направлении предусмотрена контргайка (6). Чтобы зафиксировать нагрузочное устройство на раме использовался стопорный болт (7). Лоток устанавливается непосредственно под силовой рамой (4)(рис. 1) на стол основания (5). Рабочий уровень лотка и силовой рамы (4) устанавливаются независимо.
Для регистрации вертикальных перемещений штампа предусмотрен прогибомертипа 6-ПАО (7) (рис.4.8). Прогибомер предназначен для определения величин перемещения отдельных точек конструкций при нагружении их статическими нагрузками, цена деления 0,01 мм.
Прогибомер (7) крепился на траверсе (8) при помощи струбцины по вертикальной оси симметрии нагрузочного устройства (строго над штампом). Перемещения фиксировались при помощи струны, с одной стороны прикрепляемой к удерживающей раме, с другой - к отвесу, струна под весом отвеса прижималась к ведущему ролику прогибомера. При осадке штампа удерживающая рама перемещалась, изменяя положения ведущего ролика, что отражалось на циферблате прогибомера.
Подготовка к испытаниям производилась согласно рис. 4.10.
Песок в лоток укладывался послойно в воздушно сухом состоянии с уплотнением до значения 17,5 кН/м3 ручной трамбовкой и контролем плотности при помощи иглы-"плотномера" [69].
Толщина уплотняемого слоя - 20 мм. Первые два слоя песка не армировались. Затем на них устанавливались деревянные шаблоны (2) и (3), укладывалась полоса полиэтилена размерами 100x500 мм (б).Часть полосы со стороны шаблонов отгибалась в обратную сторону. Затем происходила засыпка песка и его уплотнение до верхнего уровня шаблона (3), а отогнутая ранее часть полосы полиэтилена укладывалась поверх уплотненного слоя песка. Аналогично армировались и остальные слои откоса. Общая высота откоса составила 160 мм. Последний слой армировался полосой полиэтилена размером 100x900 мм. Эта полоса пригружалась грузом массой 900 г на расстоянии 350 мм слева от штампа. После установки нагрузочного устройства и его фиксации на втулке рамы деревянные шаблоны убирались из лотка.
При проведении испытаний нагружение выполнялось при помощи гирь компрессионного прибора. Нагрузка прикладывалась с шагом - 12 кПа. Нагружение осуществлялось ступенчато до полной стабилизации осадки песчаного армированного основания на каждом шаге нагрузки. Ступеней нагружения было от 33 до 37. Время выдержки между ступенями - от 5 до 10 минут. При приближении нагрузки к предельной период стабилизации деформаций возрастал. При достижении предельного давления происходило возрастание деформации основания.
На первых этапах нагружения 0,0Рпред — 0Д5Рпред происходило уплотнение грунта. В интервале нагрузки от 0ДРпред — 0Д5Рпред до 0,5Рпредштампперемещался строго вертикально. При значении нагрузки 0,5Рпред — 0,6Рпредштамп поворачивался против часовой стрелки вплоть до предельной нагрузки. Отметим, что при достижении критической нагрузки потеря устойчивости происходила мгновенно. Армирующая полиэтиленовая полоса деформировалась, но не разрушалась. Сползание грунта не наблюдалось.
Было проведено семь опытов по нагружению укрепленного геосинтетикой откоса в 30 , из них один методический. Результаты экспериментов представлены в табл.4.7.
