Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава I. Деформируемость и прочность песчаных грунтов
при пространственном напряженном состоянии..
1-І. Современное состояние вопроса о зависимостях, связывающих компоненты напряжений и
деформаций грунтов I-I.I. Основные положения механики сплошной
среды 12.
1-1 2. Физические свойства грунтов, определяющие их деформируемость и прочность
I-I.3, 0 теориях деформирования и прочности
1-2 Современное состояние вопроса об исследовании деформируемости и прочности песчаных
грунтов в пространственном напряженном состоянии и в условиях плоской деформации I-2.I. Исследование деформируемости и прочности песчаных грунтов в пространственном напряженном состоянии .
1-2.3. О давлении грунта на подпорные стенки
1-3. Задачи экспериментальных исследований 56
Глава П. Аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований
П-І. Экспериментальная аппаратура, применявшаяся для исследования механических свойств грунтов 58
П-2. Описание, конструкция и принципиальная схема прибора, приценявшегося в исследованиях 68
П-2.І. Месс дозы и датчики давления 77
П-3. Физические свойства исследуемого грунта.
П-4. Программа экспериментальных исследований... 85
П-5. Подготовка прибора и методика проведения опытов -3 Стр,
П-6. Оценка погрешностей экспериментальных исследований 92 П-7 Обработка опытных данных
а) Первичная обработка $?
б) Обработка опытных данных на ЭВМ Ю!
Ш-І. Состав экспериментальных исследований
Ш-2. Объемная деформация при обжатии
Ш-3. Объемная деформация при действии девиа тора напряжений ИЗ
Ш-5 Определение значений коэффициента относительной поперечной деформации в случае плоской деформации
1-6 Прочность песчаного грунта
Основные выгоды по главе
Глава ІУ. Приближенное решение задачи о давлении не
связного грунта
ІУ-І. Исходные закономерности деформирования несвязных грунтов
ІУ-2» Метод расчета бокового давления грунта
ІУ-8 Пример расчета определения бокового у
давления грунта на подпорную стенку
ІУ-В.І. Давление грунта на вертикальную
ІУ-3.2. Давление грунта на шероховатую
вертикальную подпорную стенку /д/
ІУ-3.3, Определение бокового давления
грунта с учетом влияния неоднородной плотности сложения засыпки и
перемещения стенки
Основные выводы по работе ., І96
СПИСОК ЛШТЕРШРЫ UCS
Введение к работе
Современные задачи проектирования и строительства крупных гидротехнических и промышленных сооружений выдвигают настоятельные требования дальнейшей разработки и уточнения существующих методов расчета оснований и земляных сооружений, создания новых методов, обеспечивающих надежность и экономичность принятых решений.
Разработка и дальнейшее совершенствование методов расчета тесно связана с дальнейшим углубленным изучением механических свойств грунта.
Большие успехи, достигнутые механикой грунтов, в значительной степени обусловлены применением прогрессивной методики расчета оснований по предельным состояниям [78]. При этом грунт рассматривается как сплошная среда, что позволяет использовать аппарат теорий упругости и пластичности,
Большой вклад в этом направлении сделан советскими учеными Н.М.Герсевановым [20], Д.Е.Польжшшм [20,59] , В.А.Флориным [ iSj, В.В,Соколовсанм [66,65] , Н.А.Цктовичем [77, В,79,80], Н.Н.Масло выл [4-3], В.Г.Бэрезанцевыы [4,5] и другими.
Наиболее важными для разработки и совершенствования методов расчета оснований и земляных сооружений являются вопросы деформируемости и прочности грунтов. Современные расчеты оснований по первому предельному состоянию (по прочности) используют либо приближенные методы, в основе которых лежат те или иные предположения о форме области разрушения основания, аибо строгую в математическом отношении теорию предельного равновесия В качестве условий предельного равновесия грунтов обычно принимается условие прочности Мора-Кулона. Применяемая расчетная модель основана на предположении, что во всех точках грунтовой среды иые -б ются площадки, по которым одновременно наступает предельное напряженное состояние.
Второе предельное состояние определяется ограничением деформаций оснований грунтов такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация зданий и сооружений в целом или отдельных конструкций, либо снижающих их долговечность вследствие появления недопустимых осадок.
Широко применяемая л расчетах модель линейно-деформируемой среды основывается на допущении, что для определения напряженного состояния грунтов в стабилизированном состоянии могут быть использованы решения теории упругости. При этом зависимость между напряжениями и деформациями принимается линейной, подчиняющейся обобщенному закону Гуна, а физическая неоднородность грунта учитывается переменностью характеристик деформируемости Несмотря на большие преимущества методики расчетов по предельным состояниям, она нуждается в дальнейшем усовершенствовании и улучшении расчетных схем для описания поведения грунта под нагрузкой.
Как показывают эксперименты, в грунтах оснований, наряду с областями предельного напряженного состояния, существуют зоны допредельного состояния и процесс нагружения массива сопровождается их взаимодействием. Определение напряженно-деформированного состояния в таких условиях относится к области решения смешанных задач теории упругости и теории предельного равновесия.
В механике грунтов значительнее развитие получила теория предельного равновесия сыпучих сред Однако решения плоской задачи теории пластичности грунтов при их экспериментальной проверке показывали неизменно значительное несоответствие теоретических зависимостей и экспериментальных данных, что ставило под сомнение физическую основу теории либо ее математическую постановку -7 Развивается теория нелинейно упругих деформаций, теория ползучести и вязкопластического течения грунтов, важность которых диктуется запросами практики, связанными с определением деформаций грунтовой среды, а также с авариями сооружений, происходящими вследствие потери устойчивости после некоторого периода времени существования При расчете оснований и земляных сооружений по предельным состояниям используют независимые друг от друга модели грунта, каждая из которых не позволяет достаточно полно реализовать возможности основания, так как не описывает действительного напряженно-деформированного состояния грунта под нагрдкой. Для получения экономичных и надежных решений необходимо приблизить расчетную схему основания к его действительной работе, используя для этого реальные механические свойства грунтов.
В исследованиях многих авторов (34,39,5 было отмечено, что связь компонент тензоров напряжений и деформаций следует устанавливать в инвариантной форме» В разделе I-I.I диссертационной работы излагается современное состояние вопроса о зависимостях, связывающих компоненты напряжений и деформаций грунтов, приводятся основные положения механики сплошной среды, даются некоторые преобразования инвариантов, используемые при обработке результатов опытов и виды связей между компонентами тензоров напряжений и деформаций для грунтов В разделе 1-1 2 приводятся краткие сведения о физических свойствах грунтов, определяющих их деформируемость и прочность, которые должны лежать в основе построения взаимосвязи между инвариантными характеристиками напряженного и деформированного состояний.
В разделе I-I.3 излагаются теории деформирования грунтов,
-е условия прочности,применяющиеся для грунтовки их физическая интерпретация» При этом отмечается, что предлагаемые условия прочности грунта должны включать все три инварианта напряженного состояния с введением в эти же условия экспериментально полученных параметров для наилучшего приближения теоретических и экспериментальных результатов.
В раздсОО 1-2Л, 1-2.2 кратко освещается современное состояние исследований деформируемости и прочности песчаных грунтов при пространственном напряженном состоянии и в услош&с плоской деформации. Изучение деформируемости и прочности песчаных грунтов в условиях плоской деформации является весьма важным для практики проектирования фундаментов сооружений.
Существует ряд вопросов, которые в литературе мало освещены. Например, анизотропия при укладке, деформационная анизотропия и влияние этих факторов на деформируемость и прочность песка, вопрос дилатансии и подобия напряженного и деформированного состояний в процессе нагружения.
Характеристики грунтов, используемые в инженерных расчетах, не всегда соответствуют напряженно-деформированному состоянию грунта,залегающего в основаниях сооружении.
В разделе 1-2.3 кратко излагаются методы определения давления грунта на подпорные сооружения, при этом констатируется, что в предлагаемых методах расчетов не используются реальные свойства грунтов, полученные экспериментальным путем, и тем самым ограничивается применение этих методов для практических расчетов реальных сооружений.
В разделе 1-3 формулируются задачи экспериментального исследования. Основная цель диссертационной работы заключается в экспериментальном изучении влияния анизотропии укладки и деформационной анизотропии на деформируемость и прочность песка в условиях плоской деформации, исследовании явления дилатансии, изучении харак -3 терныж траекторий нагружения песка для оценки давления на подпорную стенку» а также рассмотрения зопросов активного и пассив ного давлений грунта на подпорные сооружения.
В связи с научением вопроса анизотропии при укладке и деформационной анизотропии рассматривается влияние этих факторов на подобие девиаторов напряженного и деформированного состояний в процессе нагружения, на изменение отношения главных напряжений в процессе деформирования, и на параметр Л оде Jtg
в предельном состоянии для случая плоской деформации. На основании полученных экспериментальных данных предполагалось разработать метод расчета определения давления грунта на подпорные сооружения о использованием реальных свойств грунтов и сравнить результаты расчета с экспериментальными данными В разделе П-І дано описание экспериментальной аппаратуры, использованной различными авторами при изучении механических свойств грунтов при пространственном напряженном состоянии и в условиях плоской деформации.
В разделе П-2, П-2.І приведено описание экспериментальной установив, примененной в наших исследованиях. Эта установка позволяет проводить опыты в условиях плоской деформации и пространственного напряженного состояния.
В разделе П-3 описаны физические свойства исследуемого грунта. Эксперименты проводились с воздушно-сухим мелким люберецким песком.
В разделах И-4, П-5, П-6, П-8 рассматриваются общие вопросы методики проведения опытов, оцениваются погрешности экспериментальных исследований и сопоставляются результаты опытов на примененном для исследования приборе и на стабилометре В разделе П-7 излагается методика первичной обработки опытных данных и расчетов на ЭВМ (программы расчетов приводятся в приложениях).
Результаты опытов по изучению влияния анизотропии укладки и начального напряженного состояния на деформируемость и прочность песка в условиях плоской деформации обсуждается в разделах 1-І, Ш-2, Ш-3. Отмечено несущественное влияние анизотропии при укладке на деформируемость песка. Установлено также влияние начального напряженного состояния и траектории нагружения не деформируемость песка.
В разделе 1-3 дается зависимость определяющей дилатантную часть объемной деформации от суммы напряжений ( j + 6$% паРа" метры которой характеризуют влияние начального напряженного состояния на деформируемость песка. В разделе Ш-4 отмечено нарушение подобия де виаторої напряжений и деформаций и их анализ.
В разделе Ш-5 рассматриваются значения коэффициента относительной поперечной деформации (Пуассона), в связи с изучением влияния начального напряженного состояния на деформируемость песка. Установлено, что значение коэффициента Пуассона является постоянным и зависит от плотности песка.
В разделе 1-5 анализируется прочность песка по данным настоящих экспериментов и сопоставляются условия прочности Шра, мизеса-Шлейхера-Ьткина и М.В.Малышева, а также основные выводы по главе Ш,
В заключительном разделе ІУ диссертации рассматривается применение исследуемых траекторий нагружения для расчетов, излагается приближенный метод расчета давления несвязного грунта на смещаемую подпорную стенку. Метод позволяет оценивать активное и пассивное давление грунта на стенку в допредельном по прочности состоянии и определять распределение контактных давлений по высоте стенки.
В расчетах используются результаты опытов, проведенных в плоской деформации для определения соотношений между напряжениями и деформациями в песке. Сравнение экспериментальных данных и результатов расчета показало их хорошев соответствие. 5 конце изложены основные выводы по данному разделу и по всей выполненной работе.
Автор глубоко признателен заведующему кафедрой член -корреспонденту АЕ СССР, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, доктору технических наук, профессору Н.А.Цытовичу й коллективу кафедры •
Автор глубоко благодарен и признателен научному руководителю доктору технических наук, профессору М.В.Малышеву за его постоянное внимание, пенные советы и помощь в работе. Автор выражает особую благодарность доктору технических наук, профессору Ю.К.Зарецкому, к.т.н. Э.И.Воронцову, которые способствовали получению некоторых законченных теоретических обобщений, к.т.н. В.К, Вуцелю и всем сотрудникам отдела каменно-ееиляных плотин и оснований НИС Гидропроекта иы.С.Я.Жука.
Похожие диссертации на Исследование деформируемости песка в сложном околопредельном и предельном напряженном состояниях в условиях плоской деформации.
