Содержание к диссертации
1.1. Расчетные модели упругого однофазного полупространства 10
1.2. Теории расчета упругих двухфазных сред 11
1.3. Теории расчета вязкоупругих двухфазных сред 14
1.4. Кинематические модели упругой и вязкоупругой двухфазных сред 15
1.5. Испытания грунтов методами одноосного сжатия 17
1.6. Экспериментальные исследования общего и порового давлений 19
1.7. Экспериментальные исследования изменения порового давления во времени
1.8. Экспериментальные исследования влияния остаточного порового давления на прогноз осадок
1.9. Выводы по результатам анализа современного состояния вопроса. 42 Цель и задачи диссертации
2. Напряженно-деформированное состояние упругого двухфазного полупространства
2.1. Основные уравнения кинематической модели упругого двухфазного полупространства
2.2. Расчетные формулы для определения параметров кинематической модели упругого двухфазного полупространства
2.3. Приложение кинематической модели к решению задачи Фламана для упругого двухфазного полупространства
2.4. Методика оценки взаимного влияния поровых давлений от близко расположенных сооружений
3. Решение задачи в вязкоупругой постановке 90
3.1. Применение принципа Вольтерра для перехода от упругого решения к вязкоупругому
3.2. Применение метода ломаных для определения вязкоупругих характеристик материала
3.3. Численный пример обработки экспериментальных данных 98
3.4. Применение метода ломанных для приближенного перехода от изображения к оригиналу
4. Экспериментальное обоснование исследования НДС двухфазной вязкоупругой среды
4.1. Задачи экспериментов и назначение размеров образцов 120
4.2. Датчики для измерения порового давления 122
4.3. Эксперимент с макрообразцом из обводненного торфа без водяного 125 замка
4.4. Эксперимент с макрообразцом из обводненного торфа с введением 129 водяного замка
4.5. Испытание макрообразца из водо-насыщенного торфа с водяным 132 замком
4.6. Эксперимент с макрообразцом из водо-насыщенного торфа с боковым оттоком поровой воды
4.7. Испытание макрообразца из водо-насыщенного торфа с двойным замком из воды и водо-насыщенного торфа
5. Обработка экспериментов с макрообразцом из обводненного торфа в вязкоупругой постановке
5.1. Представление экспериментальных данных в виде ломаной линии 142
5.2. Методика обработки эксперимента на ПЭВМ 143
5.3. Компьютерная реализация обработки эксперимента с образцом из обводненного торфа 145
Основные результаты и выводы 156
Список литературы 157
Приложение 166
Введение к работе
Актуальность работы.
Исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) двухфазных сред относится к задачам, решение которых связано с большими математическими трудностями. Известные математические модели двухфазных сред, построенные на основании определенных гипотез, не всегда подтверждаются экспериментально. Поэтому создание новых моделей и их экспериментальная проверка является, несомненно, актуальной задачей. Тем более, если рассматривать в качестве двухфазной среды грунт, служащий основанием зданий и сооружений. Помимо двухфазной структуры (скелет и поровая вода), водо-насыщенный грунт еще является вязкоупругим материалом, что усложняет решение задачи исследования напряженно-деформированного состояния.
Проведенные в данной работе исследования связаны с теоретическим и экспериментальным обоснованием новой кинематической модели двухфазного вязкоупругого полупространства в виде водо-насыщенного грунта - наиболее типичного основания зданий и сооружений. Следовательно, эти исследования являются актуальными и имеют теоретическое и прикладное значение.
Целью диссертации является теоретическое и экспериментальное исследование НДС двухфазного вязкоупругого полупространства, представленного в виде загруженного внешней нагрузкой участка водо-насыщенного грунта.
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:
• исследование НДС упругого двухфазного полупространства на основании кинематической модели; • применение принципа Вольтерра и метода ломаных для перехода от упругого решения для двухфазного полупространства к вязкоупругому и для определения вязкоупругих характеристик материала;
• разработка конструкции экспериментальной установки и техники проведения испытаний двухфазного полупространства;
• проведение экспериментальных исследований по определению вязкоупругих характеристик двухфазной среды и разработка методики обработки результатов этих исследований с применением метода ломаных;
• приложение полученных экспериментальных данных к расчету двухфазного полупространства.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
• получены теоретические и экспериментальные результаты исследования НДС двухфазного полупространства на основании кинематической модели;
• разработана экспериментальная установка для испытания водо-насыщенного крупногабаритного образца, расположенного в характерной толще грунта, где удаление от дневной поверхности до образца имитируется водяным столбом над грунтом и получены новые экспериментальные данные, характеризующие вязкоупругие параметры двухфазной среды;
• выявлен механический эффект, подтверждающий, что введение водяного столба в экспериментальной установке обеспечивает несущую способность поровой воды;
• разработан алгоритм определения вязкоупругих параметров водо-насыщенного грунта как вязкоупругого строительного материала по экспериментальным данным;
• разработан алгоритм получения немонотонного оригинала по заданному немонотонному изображению применительно к двухфазному полупространству. Достоверность защищаемых положений обеспечивается:
• использованием известных методов и уравнений строительной механики;
• выполнением экспериментальных исследований с помощью известных апробированных и отпарированных контрольно-измерительных приборов;
• удовлетворительным согласованием результатов численных и аналитических решений с данными лабораторных испытаний.
Практическая ценность работы заключается в том, что предлагаемые результаты исследований могут использоваться при расчете полупространства из водонасыщенного грунта для разных инженерных сооружений. В дальнейшем результаты исследований могут быть использованы при проектировании и расчете осадок инженерных объектов, которые строятся на основаниях из слабых грунтов.
На защиту выносится:
• результаты исследования НДС двухфазного полупространства на основании кинематической модели;
• новый механический эффект, который заключается в том, что введение водяного столба при экспериментальном исследовании образцов двухфазной среды обеспечивает несущую способность поровой воды без последующего значительного ослабления этой способности;
• алгоритм определения вязкоупругих параметров водонасыщенного грунта как вязкоупругого строительного материала по экспериментальным данным;
• алгоритм получения немонотонного оригинала по заданному немонотонному изображению применительно к двухфазному полупространству. Апробация работы.
Основные положения, результаты исследований докладывались и обсуждались: на научном семинаре «Межкафедральной, научной и экспериментальной лаборатории» Тюменской государственной архитектурно-строительной академии под руководством доктора ф.-м.н., профессора Л.Е.Мальцева (ТюмГАСА, 1998-2001 г.); на 1-й научной конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей (ТюмГАСА, 1999 г); на П-й научной конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей (ТюмГАСА, 2000 г); на научно-методической конференции преподавателей, посвященной 30-летию ТюмГАСА (ТюмГАСА, 2000 г); на научной конференции посвященной памяти первого ректора А.Н.Косухина (ТюмГНГУ, 2001 г); на научном семинаре кафедры теоретической и прикладной механики Тюменского государственного нефтегазового университета под руководством д.т.н., профессора Ю.Е.Якубовского (ТюмГНГУ, 1998-2001 г.); на заседании кафедр «Строительная механика» и «Механика грунтов, основания и фундаменты» (ТюмГАСА, 2001 г); на Ш-й научной конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей (ТюмГАСА, 2002 г); на научно-техническом семинаре факультета "Мосты и тоннели" (ПГУПС, 2003 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и литературы. Работа содержит 174 страниц машинописного текста, 85 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 91 наименования, в том числе 7 - на иностранном языке.
В заключении автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.ф.-м.н., профессору Мальцеву Л.Е., научному консультанту к.т.н., доценту Баю В.Ф. за оказанную помощь и внимание в работе над диссертацией, ректору ТюмГАСА, д.т.н. профессору Чикишеву В.М., главному бухгалтеру ТюмГАСА Бобыкиной Л.А., доцентам Карпенко Ю.И., Филисюк В.Г., Мальцевой Т.В., Соколову В.Г., сотрудникам кафедр «Строительная механика» и «Строительные конструкции», а также сотрудникам межкафедральной экспериментальной и научной лаборатории ТюмГАСА за ценные указания и помощь в постановке экспериментов.
Похожие диссертации на Экспериментальное и теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния двухфазной вязкоупругой среды
