Исследование напряженно-деформированного состояния основания из водонасыщенной глины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Набоков, Александр Валерьевич

• Набоков, Александр Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Набоков, Александр Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Задачи экспериментов

2.2. Назначение размеров образца

2.3. Установки для испытания крупногабаритных образцов из глины

2.4. Экспериментальное определение напряжений и деформаций в двухфазном крупногабаритном образце из глины

2.5. Установка для загружения водонасыщенной глины в лотке полосовой нагрузкой

2.6. Экспериментальное определение напряжений и деформаций двухфазного основания из глины при нагружении полосовой нагрузкой

3. ОДНОМЕРНАЯ ЗАДАЧА КОНСОЛИДАЦИИ ДВУХФАЗНОГО ГРУНТА

3.1. Модель Терцаги К.

3.2. Теория деформации пористых материалов Био М.

3.3. Решение Тер-Мартиросяна 3 .Г.

3.4. Решение Зарецкого Ю.К.

3.5. Кинематическая модель Мальцева Л.Е.

3.6. Обобщение кинематической модели Мальцева Л.Е., связанное с учетом собственного веса грунта и избыточного порового давления

3.7. Одномерная задача уплотнения грунта с учетом начального градиента напора

-33.8. Новая методика определения характеристик сжимаемости и водопроницаемости водонасыщенной глины, используемых в теории фильтрационной консолидации Терцаги К.

3.9. Сопоставление теоретического прогноза напряжений и перемещений в образце с результатами эксперимента

4. ПЛОСКАЯ ЗАДАЧА КОНСОЛИДАЦИИ

ДВУХФАЗНОГО ГРУНТА

4.1. Задача Фламана в упругой однофазной постановке

4.2. Разложение решения Фламана на две фазы

4.3. Сопоставление теоретического прогноза деформаций основания с экспериментальными значениями при испытании водонасыщенной глины в лотке

5. НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ОДНОМЕРНОЙ ЗАДАЧИ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ТЕРЦАГИ К. ДЛЯ ПРОГНОЗА ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ

5.1. Одномерная задача уплотнения Терцаги К.

5.2 Применение одномерной задачи уплотнения грунта для прогноза осадки песчаной насыпи

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование напряженно-деформированного состояния основания из водонасыщенной глины»

Актуальность темы. С момента начала промышленного освоения нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири и по настоящее время условия строительства в Тюменской области остаются одними из самых трудных. Отсутствие надежных транспортных схем, труднодоступность многих районов, крайне суровые климатические условия, малая заселенность, отсутствие баз стройиндустрии - вот неполный перечень тех условий, в которых работают нефтяники, газовики и строители. К этому следует добавить и то, что строительство объектов нефтегазодобывающего комплекса и жилых поселков ведется в сложных инженерно-геологических условиях на толщах слабых водонасыщенных глинистых грунтов, на заболоченных и заторфованных территориях, где водосток практически отсутствует. Для нужд проектирования и эксплуатации этих объектов актуальным является экспериментальное изучение напряженно-деформированного состояния оснований из слабых, водонасыщенных глинистых грунтов и определение их механических характеристик. В дальнейшем результаты исследований могут быть использованы при проектировании и расчете осадок инженерных объектов, возводимых на слабых основаниях.

Цель и задачи исследований заключаются в экспериментальном и теоретическом исследовании одномерного и плоского напряженно-деформированного состояния двухфазного основания из водонасыщенной глины с учетом остаточного порового давления и в определении его механических характеристик.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: разработана экспериментальная установка для испытания крупногабаритных образцов из водонасыщенной глины;

-5- разработана методика определения упругих физико-механических характеристик с учетом остаточного порового давления для крупногабаритных образцов из водонасыщенной глины;

- отработана методика расчета для одномерного и плоского напряженно-деформированного состояния двухфазного основания из слабого водонасыщенного глинистого грунта.

Научная новизна работы заключается в том, что: предложена экспериментальная установка для испытания водонасыщенного крупногабаритного образца из глины, расположенного в характерной толще грунта, где удаление от дневной поверхности до образца имитируется водяным столбом над грунтом;

- получено решение одномерной задачи теории фильтрационной консолидации с учетом начального градиента напора;

- получен новый коэффициент при оставлении первого члена ряда в формуле Терцаги К. для определения осадки слоя грунта при сплошной равномерно распределенной нагрузке для любого промежутка времени от начала загружения;

- разработана методика определения характеристик сжимаемости и водопроницаемости водонасыщенной глины с учетом остаточного порового давления, используемых в теории фильтрационной консолидации Терцаги К.; выполнена экспериментальная оценка существующих теорий фильтрационной консолидации грунта.

Достоверность защищаемых положений обеспечивается:

- выполнением экспериментальных исследований с помощью известных апробированных и оттарированных контрольно-измерительных приборов и первичных преобразователей;

- сравнением полученных в работе результатов с известными в литературе примерами;

-6- сопоставлением результатов численных и аналитических решений с данными лабораторных испытаний.

Практическая ценность работы:

- разработана методика расчета двухфазного основания из слабого водонасыщенного глинистого грунта с учетом остаточного порового давления по нескольким моделям для одномерного и плоского напряженно-деформированного состояния и на ее основе определены физико-механические характеристики;

- разработана методика прогноза осадок фундаментов зданий в одномерной постановке задачи уплотнения по методу Терцаги К. с использованием нового коэффициента при оставлении первого члена ряда.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и докладывались на следующих семинарах и конференциях:

- научный семинар межкафедральной экспериментальной и научной лаборатории Тюменской государственной архитектурно-строительной академии под руководством д. ф.-м. н., профессора Мальцева J1.E. (ТюмГАСА, 1998-2002 г.);

- I - я научная конференция молодых ученых, аспирантов и соискателей (ТюмГАСА, 1999 г.);

- II - я научная конференция молодых ученых, аспирантов и соискателей (ТюмГАСА, 2000 г.);

- научно-методическая конференция преподавателей, посвященная 30-летию ТюмГАСА (ТюмГАСА, 2001 г.);

- научная конференция, посвященная памяти первого ректора Тюменского индустриального института Косухина А.Н. (ТюмГНГУ, 2001 г.);

- научный семинар кафедры теоретической и прикладной механики Тюменского государственного нефтегазового университета под руководством д.т.н., профессора Якубовского Ю.Е. (ТюмГНГУ, 1998-2002 г.);

-7- расширенное заседание кафедр «Строительная механика» и «Механика грунтов, основания и фундаменты» (ТюмГАСА, 2001 г.);

- III - я научная конференция молодых ученых, аспирантов и соискателей (ТюмГАСА, 2002 г.);

- научно-технический семинар факультета «Мосты и тоннели» (ПГУПС, 2003 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, выводов, библиографии и приложений. Работа содержит 177 страниц машинописного текста, 64 рисунка, 21 таблицу, список литературы из 84 наименований, в том числе 7 - на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Основания и фундаменты, подземные сооружения», Набоков, Александр Валерьевич

-168-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана экспериментальная установка для испытания крупногабаритных образцов из водонасыщенной глины, расположенных в характерной толще грунта, позволяющая учитывать влияние остаточного порового давления при прогнозе осадки основания в реальных условиях.

2. Получено решение одномерной задачи теории фильтрационной консолидации с учетом начального градиента напора.

3. Получен новый коэффициент при оставлении первого члена ряда в формуле Терцаги К. для определения осадки слоя грунта при сплошной равномерно распределенной нагрузке для любого промежутка времени от начала загружения, позволяющий более адекватно описывать процесс деформирования двухфазного грунтового основания.

4. Разработана методика определения характеристик сжимаемости и водопроницаемости водонасыщенной глины с учетом остаточного порового давления, используемых в теории фильтрационной консолидации Терцаги К.

5. Разработана методика расчета осадки основания из слабого водонасыщенного глинистого грунта с учетом остаточного порового давления для одномерного и плоского напряженно-деформированного состояния основания, которую можно использовать при проектировании и расчете осадок инженерных объектов, возводимых на этих основаниях.

6. В результате исследований установлено, что:

- остаточное поровое давление в основании образца удаленного от дневной поверхности составляет до 60% от рабочего давления под подошвой перфорированного штампа;

- величина осадки перфорированного штампа в крупногабаритном образце из водонасыщенной глины придавленным сверху водяным столбом на 20% меньше по сравнению с осадкой штампа в образце без водяного столба.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Набоков, Александр Валерьевич, 2003 год

1. АбелевМ.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений. - М.: Стройиздат, 1973. - 228с.

2. Абелев М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. М.: Стройиздат, 1983. - 248 с.

3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279 с.

4. Александров А.В. Основы теории упругости и пластичности. М.: В.Ш., 1990.-399 с.

5. Амарян Л.С. Прочность и деформируемость торфяных грунтов. М.: Недра, 1969.- 192 с.

6. Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. М.: Недра, 1990.

7. БабковВ.Ф., Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов. М.: В.Ш., 1986.-240 с.

8. Бай В.Ф. Экспериментальная установка для проведения испытания образца обводненного грунта. // Известия вузов. Нефть и газ, 2001, №3. С.58-62.

9. Бай В.Ф., Мальцева Т.В., Набоков А.В. Экспериментальное определение параметра в упругом варианте кинематической модели грунта. // Изв. вузов. Нефть и газ, 2001, № 5. С.81-87.

10. Бай В.Ф., Мальцева Т.В., Набоков А.В. Механические характеристики двухфазного образца. // Изв. вузов. Нефть и газ, 2002, №1. С.98-106.

11. БайВ.Ф., Мальцева Т.В., Набоков А.В. Новая методика определения параметров теории фильтрационной консолидации. // Изв. вузов. Нефть и газ, 2002, № 2. С.103-106.

12. Бартоломей А.А. Основы расчета ленточных свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам. М.: Стройиздат, 1982. - 223 с.

13. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. М.: Стройиздат, 1994. - 384 с.

14. БезуховН.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: В.Ш., 1968.-512 с.

15. Березанцев В.Г. Некоторые задачи теории предельного сопротивления грунтов нагрузке / Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Ленинград, 1949.

16. БиоМ., сб. Механика, Издательство иностранной литературы, №1 (35), 1956.-С.140-146.

17. Ванюшкин С.Г. Особенности взаимодействия многоволновых фундаментов-оболочек с основанием / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Днепропетровск, 1985.

18. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов: Учеб. пособие для строительных вузов. М.: В.Ш., 1978. - 447 с.

19. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1971. -368 с.-17124. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1973. - 374 с.

20. Гольдштейн М.Н., Кушнер С.Г., Шевченко М.И. Расчеты осадок и прочности оснований зданий и сооружений. Киев: Будивельник, 1977. 208 с.

21. ГОСТ 23908-79. Грунты: Метод лабораторного определения сжимаемости. -М.: Изд-во стандартов, 1982.- 11с.

22. ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. М.: Изд-во стандартов, 1982. 9 с.

23. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. М.: Изд-во стандартов, 1986. 24 с.

24. ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

25. Гусак А.А., Гусак Г.М., Бричников Е.А. Справочник по высшей математике. 2-е изд., Мн. Тетрасистемс, 2000. - 640 с.

26. ДалматовБ.И. Механика грунтов, основания, фундаменты. М.: Стройиздат, 1981.-319с.

27. ЗарецкийЮ.К. Вязкопластичность грунтов и расчеты сооружений. М.: Стройиздат, 1988. - 352 с.

28. Зехниев Ф.Ф. Стабилизация оснований с плоскими вертикальными песчаными дренами / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1988.

29. Казарновский В.Д., Скляднев А.И., Штырхун Е.Ю. Учет остаточного порового давления при прогнозе конечной осадки насыпей на слабых грунтах. // Вопросы проектирования и строительства автомобильных дорог. М., 1993. -С.133-136.

30. Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970.- 104 с.

31. Коновалов П.А., Зехниев Ф.Ф. Ускорение консолидации водонасыщенного слабого грунта с помощью плоских песчаных дрен. // Сб. научных трудов в 2 т. под общей редакцией Ильичева В.А. М.: Стройиздат, 1987. -т.1. - С. 274-276.

32. Коновалов П.А., Кушнир С.Я. Намывные грунты как основания сооружений. М.: Недра, 1991. - 256 с.

33. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Основные дифференциальные уравнения математической физики. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962. - 768 с.

34. Куриленко Н.И. Стержневая модель распределительной способности одно-и двухфазных грунтов / Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тюмень, 1992. 228 с.

35. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа (справочное руководство): Пер. с англ./ Под ред. A.M. Лопшица. М., 1961.-524 с.

36. Малышкин А.П. Взаимодействие лопастных свай с окружающим грунтом / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пермь, 1993.-207 с.

37. Мальцев Л.Е., Куриленко Е.Ю. Двумерные задачи теории упругости: Учебное пособие. Тюмень, 1992. - 170 с.

38. Мальцев Л.Е. Модель механики грунтов с кинематическим описанием взаимодействия фаз. // Сб. «Итоги исследований» ТИММС СО РАН №5, -Тюмень, 1994.

39. Мальцев Л.Е., Малышкин А.П. // Современные проблемы фундаментостроения: Сб. трудов Междунар. науч.-техн. конф. В 4-х ч. Ч. 1,2/ ВолгГАСА. Волгоград, 2001. - С. 109-116.

40. Мальцев Л.Е., Бай В.Ф., Мальцева Т.В. Кинематическая модель грунта и биоматериала. СПб.: Стройиздат, 2002. - 320 с.

41. МасловН.Н. Прикладная механика грунтов. М.: Машстройиздат, 1949. -328с.

42. Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними). М.: Стройиздат, 1977. - 320 с.

43. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. М.:1. B.Ш.,1982. -511 с.

44. Методические рекомендации по испытанию глинистых пород методами одноосного сжатия и сжатия-растяжения. Министерство геологии СССР. М., 1977.

45. Натансон И.П. Краткий курс высшей математики. СПб., 1999. - 736 с.

46. Сильченко П.М. Разработка вопросов расчета фундаментов в виде оболочек методом начальных параметров / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1977.

47. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М.; Стройиздат, 1985. -41 с.

48. Степанова Т.В. Моделирование процесса консолидации вязкоупругих двухфазных грунтов / Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тюмень, 1994. 98 с.

49. Тер-Мартиросян З.Г. Реологические параметры грунтов и расчеты оснований сооружений. -М.: Стройиздат, 1990. -200 с.

50. Терцаги К. Теория механики грунтов: Пер. с англ./ Под ред. проф. Н.А. Цытовича. М.: Госстройиздат, 1961. - 507 с.

51. УховС.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебник. М., 1994.-527 с.

52. Филоненко-Бородич М.М. Теория упругости. М., 1959. - 271 с.

53. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления: в 3 т.-М.-т. 2, 1969.-800 с.

54. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления: в 3 т.-М.-т. 3, 1966.-656 с.

55. Флорин В.А. Основы механики грунтов: в 2 т. М. - т. 1, 1959. - 357 с.

56. Флорин В.А. Основы механики грунтов: в 2 т. М. - т. 2, 1961. - 544 с.

57. Харр М.Е. Основы теоретической механики грунтов. М.: Стройиздат, 1971. -320 с.

58. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Госстройиздат, 1963. 636 с.

59. Цытович Н.А. Вопросы теории и практики строительства на слабых глинистых грунтах // Всесоюзное совещание по строительству на слабых глинистых грунтах. Таллин, 1965. - С8-12.

60. Цытович Н.А., Зарецкий Ю.К., Малышев М.В., Абелев М.Ю., Тер-Мартиросян З.Г. Прогноз скорости осадок оснований сооружений. М.: Стройиздат, 1967. - 240 с.

61. Цытович Н.А., Тер-Мартиросян З.Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве. -М.: В.Ш., 1981. 319 с.-17574. ЦытовичН.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для вузов. М.: В.Ш., 1983.-288 с.

62. Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. 4-е изд. - М.: Недра, 1975. - 303 с.

63. Чикишев В.М., Малышкин А.П. Взаимодействие пяты лопастной сваи с грунтом основания. // Проблемы свайного фундаментостроения. Труды III Международной конференции в Минске. Часть 1 //. Пермь: ППИ, 1992, С. 7779.

64. Юшков Б.С. Исследования изменения во времени сил трения по боковой поверхности свай / Сборник трудов «Основания и фундаменты в геологических условиях Урала». Пермь, 1981. С. 64-67.

65. Biot М.А., Journal of Applied Physics, №2, 1941. C.155-164.

66. Biot M.A., Journal of Applied Physics, №12, 1941. C.426-430.

67. Biot M.A., Journal of Applied Physics, №12, 1941. C.578-581.

68. Biot M.A., Journal of Applied Physics, №13, 1941. C.35-40.

69. Biot M.A., Journal of Applied Physics, №23, 1956. C.91-96.

70. Biot M.A. Theory of deformation of a porous viscoclastic anisotropic sofld. Journal of Applied Physics, №5, 1956. C.459-467.

71. Mandel J. Proc. of the Third International Congress on Soil Mechanics, vol. 1, 413, Zurich, 1953.