Несущая способность и осадки оснований фундаментов на глинистых грунтах при режимных блочных циклических нагружениях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шараф Хани Мохаммед Абдо

• Шараф Хани Мохаммед Абдо
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Шараф Хани Мохаммед Абдо

ГЛАВА

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

3.1 Общие положения

Результаты испытаний глинистых грунтов при трехосном

3.2 режимном блочном повышающемся циклическом 74 нагружении

Результаты испытаний глинистых грунтов при трехосном

3.3 режимном блочном повышающемся и понижающемся 90 циклическом нагружении

Результаты испытаний глинистых грунтов при трехосном

3.4 режимном повторно блочном повышающемся циклическом 108 нагружении

Изменение модулей деформации в условиях трехосного сжатия при режимном блочном циклическом нагружении

Характер разрушения образца при трехосном режимном блочном циклическом нагружении

Лотковые исследования при режимном блочном циклическом нагружении

Выводы по главе

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГЛИНИСТЫХ ГЛАВА 4 ГРУНТОВ ПРИ РЕЖИМНОМ БЛОЧНОМ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

4.1 Общие положения

150

Расчетная модель и уравнение прочности глинистого грунта

4.2 151 при режимном нагружении

Максимальное допустимое значение предельного

4.3 напряжения грунта при трехосном режимном блочном 154 циклическом нагружении

Уравнения максимальных допустимых значений напряжения

4

при трехосном режимном циклическом нагружении

4

4

Уравнения деформаций грунта при режимном блочном циклическом нагружении

Прочностные характеристики грунта при режимном блочном циклическом нагружения в условиях трехосного сжатия

157

161

4

Аналитическое уравнение снижения удельного сцепления при режимном блочном циклическом нагружении в условиях 166 трехосного сжатия

Выводы по главе

168

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ ГЛАВА 5 СПОСОБНОСТИ И ОСАДКИ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ БЛОЧНОМ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

5.1 Общие сведения

5

5

Расчет несущей способности основания фундаментов при режимном блочном циклическом нагружении Расчет осадки основания фундаментов при режимном блочном циклическом нагружении

170

172

Апробация полученных результатов с лотками испытаниями

5.4 ^ 176 при режимном блочном циклическом нагружении

Апробация полученных результатов с данными натурных

5.5 ^ 177 наблюдении за реальными сооружениями

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Несущая способность и осадки оснований фундаментов на глинистых грунтах при режимных блочных циклических нагружениях»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований: в современных условиях грунтовые основания зданий и сооружений подвергаются различным видам циклических режимных нагрузок. Существующие методы расчета несущей способности и деформирований оснований фундаментов разработаны в основном для случая кратковременных однократных статических нагрузок или циклических нагрузок с постоянными параметрами в течение всего эксплуатационного периода. В настоящее время здания и сооружения различного назначения и их грунтовые основания, наряду с циклическим нагружением с постоянными параметрами подвергаются циклическим нагрузкам нестационарных режимов, которые, обычно для расчетов приводятся к блочным и в ряде случаев эти нагрузки являются основными нагрузками, определяющими безопасность зданий и сооружений в целом. В то же время вопрос о влиянии циклических нагрузок нестационарных режимов на поведение грунтовых оснований практически не изучен. Поэтому возникает вопрос необходимо в совершенствовании методов расчета несущей способности и осадки фундаментов на глинистых грунтах при режимных блочных циклических нагрузках, что является актуальной задачей.

Степень разработанности темы: глинистые грунты проявляют значительные реологические характеристики, в том числе циклическую ползучесть, снижение или потерю прочности при режимном нагружении. Многочисленны исследования реологических характеристик глинистых грунтов при стационарном циклическом нагружении, но практические исследования изменения прочностных параметров и деформационных характеристик глинистых грунтов при блочном не изучены. Напряженно-деформированное состояние глинистых грунтов при режимной нагрузке изменяется в зависимости от значений параметров циклической нагрузки, количества циклов, чередования блоков с различными параметрами циклической нагрузки, а также изменений деформационных характеристик и прочности грунта в предыдущих блоках нагружения. Современные методы определения несущей способности и деформаций принятые в действующих нормах проектирования в значительной

степени разработаны для статических или циклических нагрузок с постоянными параметрами в течение всего срока эксплуатации здания, а аналитические методы расчета по указным нормам не учитывают особенности изменения несущей способности и деформировании основанной фундаментов при режимном блочном повышающемся и понижающемся циклическом нагружении. В диссертации изучены принципы оценки несущей способности и осадки, теории прочности и деформирования, позволяющих более достоверно оценить поведения глинистых грунтов при трёхосном сжатии режимного стационарного и нестационарного циклического нагружения.

Целью диссертационной работы: является разработка методов расчета несущей способности и осадок оснований фундаментов при неупругом деформировании глинистых грунтов в условиях трехосного режимного блочного циклического нагружения.

Научно-практические задачи для достижения заявленной цели:

1. Проанализировать существующие подходы к расчету осадки и несущей способности оснований фундаментов на основе имеющихся результатов опытов и расчетных моделей прочности и деформационной способности глинистых грунтов при различных видах циклической нагрузки;

2. провести эксперименты для исследования прочности и деформируемости при трехосном сжатии, а также лотковые исследования осадки оснований фундаментов при режимном блочном повышающемся и понижающемся циклическом нагружении на глинистых грунтах;

3. усовершенствовать ранее предложенную расчетную модель неупругого деформирования глинистого грунта для случая трехосного сжатия при режиме блочного повышающегося и понижающегося циклического нагружения;

4. Разработать методы расчета несущей способности и осадки на глинистых грунтах при режимных блочных повышающихся и понижающихся циклических нагружениях, а затем апробировать их;

Научная новизна работы:

1. В лабораторных условиях были получены новые экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии глинистых грунтов при трехосном сжатии и о развитии осадки оснований моделей фундаментов при режимном блочном циклическом нагружении;

2. Получены аналитические закономерности, характеризующие изменение прочностных параметров и процесс деформирования глинистых грунтов при трехосном сжатии режимного блочного повышающегося и понижающегося циклического нагружения;

3. На основе теории виброползучести грунтов были разработаны уравнения неупругого деформирования глинистых грунтов при трехосном сжатии режимных блочных повышающихся и понижающихся циклических нагружениях;

4. Усовершенствована существующая расчетная модель при трехосном сжатии с учетом неупругого деформирования глинистых грунтов при режиме блочного повышающегося и понижающегося циклического нагружения;

5. Разработаны методы расчета несущей способности и осадки оснований фундаментов с учетом неупругого деформирования глинистых грунтов при режимных блочных повышающихся и понижающихся циклических нагружениях;

Теоретическая значимость работы: в диссертационной работе впервые предложены и разработаны усовершенствованные положения теории проектирования оснований фундаментов на глинистых грунтах. Они позволяют достаточно точно оценить несущую способность и осадки при режимном блочном повышающемся и понижающемся циклическом нагружении.

Практическая значимость работы: впервые проведены экспериментальные исследования с целью определения изменений прочностных параметров и деформационных характеристик глинистых грунтов при трехосном сжатии, также проведены лотковые исследования при режимном блочном циклическом

нагружении. Результаты экспериментальных исследований различных режимов нагружения, приведенные в работе, представляют практический интерес при проектировании оснований фундаментов на глинистых грунтах.

Методология и методы исследования: теоретическую и методологическую основу исследования составляют научные труды и разработки отечественных и зарубежных ученых по проектированию оснований фундаментов на глистных грунтах при различных режимах циклического нагружения с целью получения новых аналитических закономерностей несущей способности и осадки основания фундамента на глинистых грунтах при режимном блочном циклическом нагружении. Для решения поставленных задач использовались теоретические и эмпирические методы, основанные на обобщении, эксперименте и сопоставлении.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментальных исследований изменения прочности и деформации глинистых грунтов при трехосном сжатии и режимном блочного циклического нагружения;

2. Значения несущей способности и осадки оснований фундаментов, полученные в результате лотковых экспериментов на глинистых грунтах при режимном блочном повышающемся и понижающемся циклическом нагружении;

3. Основные на теории виброползучести уравнения деформирования глинистых грунтов, а также аналитические зависимости, описывающие процесс изменения прочности и особенности деформирования глинистых грунтов при режимном блочном повышающемся и понижающемся циклическом нагружении;

4. Метод расчета несущей способности оснований фундаментов при неупругом деформировании, а также инженерный метод расчета осадки оснований фундаментов на глинистых грунтах при режимном блочном повышающемся и понижающемся циклическом нагружении;

Личный вклад автора в решение постановленных задач состоит: автором были сформированы цели, определены направления теоретических и экспериментальных исследований, усовершенствованы методы расчета,

решение задачи проектирования оснований фундаментов на глинистых грунтах с целью определения изменений прочностных параметров и деформационных характеристик глинистых грунтов, несущей способности и осадок фундаментов при режимных блочных циклических нагружениях.

Достоверность и апробация полученных результатов: достоверность полученных научных положений, результатов, выводов, рекомендаций, приведенных в диссертации, подтверждаются путем применения общеизвестных законом в теории механики грунтов и деформируемых твердых тел при проведении экспериментальных исследований с использованием общеизвестных, аттестованных (проверенных) и апробированных устройств и оборудования, обеспечивающих достаточную точность измерений при проведении испытаний. а также достаточной сходимостью результатов экспериментальных исследований для практических расчетов, по предлагаемым методикам.

Основные положения и результаты: диссертационной работы были представлены и обсуждены на ежегодных Международных конференциях КГАСУ (г. Казань, 2016-2021 г.), VIII Всероссийской молодежной конференции аспирантов, молодых ученых и студентов «Современные технологии в строительстве, теория и практика» по проблемам строительной науки, техники и технологии, ПНИПУ (г. Пермь 2016 г.), международной научной конференции «Социо-техническое гражданское строительство» КГАСУ (г. Казань 2020 г.), II всероссийской конференции с международным участием «Фундаменты глубокого заложения и проблемы геотехники территорий» ПНИПУ (г. Пермь 2021 г.), традиционной геотехнической конференции «Современные теоретические и практические вопросы геотехники, новые материалы, конструкции, технологии и методики расчетов» СПбГАСУ (г. Санкт-Петербург 2021 г.).

Область исследования: соответствует критериям паспорта специальности ВАК 2.1.2 «Основания и фундаменты, подземные сооружения», а именно п. 4 «Разработка новых методов расчета, испытаний, конструирования и устройства фундаментов на естественном основании, глубокого заложения и свайных фундаментов с учётом взаимодействия их с над фундаментными конструкциями,

фундаментами близ расположенных зданий и сооружений и подземными сооружениями», п. 6 «Разработка новых методов расчёта, конструирования и устройства оснований, фундаментов и подземных сооружений в условиях действия динамических и сейсмических нагрузок» и п. 9 «Разработка научных основ и основных принципов создания новых, теоретически и экспериментально обоснованных моделей грунтовых сред и основанных на их использовании методов определения свойств грунтов, расчёта оснований, фундаментов и подземных сооружений».

Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах из «Перечня рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук» и 2 статьи опубликованы в международных реферативных базах Scopus.

В диссертации использованы результаты научных работ, выполненных автором лично и в соавторстве.

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 193 страницах машинописного текста, включает 90 рисунков и 3 таблицы.

Автор выражает благодарность научному руководителю доктору технических наук профессору Мирсаяпову Илизару Талгатовичу за помощь в организации и проведении исследований, постоянную поддержку и содействие, оказанное во время выполнения диссертационной работы.

ГЛАВА 1.

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА

ДЕФОРМИРУЕМОСТИ И ПРОЧНОСТИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ И РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЖЕНИЯХ 1.1 Общие положения о циклических нагружениях в инженерной геотехнике

Понятие циклического нагружения предполагает систему нагружения,

которая проявляет определенную степень регулярности, как по величине, так и по

частоте. Режимы нагружения, которые в этом смысле являются приблизительно

циклическими, действительно встречаются на практике.

Влияние циклических нагружений на поведение грунтов изучались

многими исследователями, особенно в следующих областях (рис. 1. 1):

• сейсмические колебания;

• уплотнение грунтов механическими машинами;

• свайное набивание;

• волновое воздействие на прибрежные и морские сооружения;

• давление на фундамент под зернохранилищами и резервуарами для хранения жидкости.

• Давление на грунт под фундаментом турбоагрегатов

• Давление на грунт под фундаментом зданий, с оборудованием создающих циклические нагрузки.

Рис.1.1. Виды циклических нагружений; О'ЯеШу М.Р. (1991) [84].

После сильнейших землетрясений 1964 года в Ниагате (Япония) и Анкоридже (США) исследования в области периодической устойчивости грунтов вышли на качественно новый экспериментально-теоретический уровень, что привело к массовым разрушениям, разжижению водонасыщенных грунтов, многочисленным человеческим жертвам и огромным экономическим потерям [84]. За это время в рамках механики грунтов, в динамике и реологии сформировалось всестороннее научное направление. Для изучения оснований напряженно-деформированного состояния и, следовательно, для правильного строительства подземной части зданий и сооружений необходимо выбрать надежную оценочную модель фундамента, определить ее реологические свойства (упругость, фильтрация, демпфирование) на основе экспериментальных данных и оценить степень устойчивости грунта [46].

Изменения физико-механических свойств грунтов вследствие циклической нагрузки (снижение прочности, повышение деформируемости, снижение жесткости) не только влияет на выбор расчетной модели и конструкцию фундамента, но и в особо сложных случаях может исключить возможность строительства сооружений в этом месте [39].

Начиная со второй половины 60-х годов ХХ века, были достигнуты значительные успехи в изучении закономерностей прогнозирования поведения грунтовых оснований, а также в расчете подземных частей зданий и сооружений под периодическими и динамическими нагрузками.

Особое внимание следует уделить работы следующих ученых в области изучения прочности и деформаций ползучести различных дисперсных грунтов: Н. Н. Маслов [28], П. Л. Иванов [21], Л. К. Танкаева, Ю. К. Зарецкий [20], В. А. Иоселевич, Л. Н. Рассказов [37], Л. Р. Ставницер [40], А. И. Савич, З. Г. Тер-Мартиросян [44] ,и др.

Определяющее поведение грунтов оказали работы отечественных и зарубежных ученых D.D. Barkana (1948), O.Ya. Shekhter (1948, 1953) и О.А. Савинова (1955, 1959), П.Л. Иванова (1969) Seed и Chin 1966; Larew и Leonards 1962; и Sangrey 1969.

Это серия научных работ, содержащих экспериментальные исследования и расчетно-теоретические основы периодических и динамических воздействий при проектировании фундаментов зданий и сооружений. В этих работах впервые изучено поведение грунта при циклических нагрузках на основание; изучено влияние вибраций различной интенсивности на сжимаемость грунта; введены основные понятия; критическое ускорение колебаний; циклическая ползучесть и др.

В настоящее время на стадии развития прикладной механики грунтов основные методики расчета напряженно-деформированного состояния и устойчивости грунтовых оснований зданий и сооружений при циклическом нагружении описаны в следующих основных научных работах: Зарецкого Ю.К [20], Красникова Н. Д [25,26], Тер-Мартиросяна З. Г [44-42], Тер-Мартиросяна А. З [42-43], Мирсаяпова И. Т [29-34], Рассказова Л. Н [37], Ставницера Л. Р [40,41], Вознесенского Е. А [10-11], Ломбардо В. Н [27] и многие др.

Наиболее значительными циклическими воздействиями на грунтовые основания зданий и сооружений являются воздействия, вызванные землетрясениями, ветром, волнами, а также интенсивным движением транспорта при циклической и пульсирующей работе промышленных машин и оборудования. Такое воздействие может привести к значительным изменениям физико-механических свойств грунтов [39].

Наряду с разработкой и внедрением методов расчета оснований для циклических высокочастотных воздействий от 10 до 50 Гц возникла необходимость прогнозирования напряженно-деформированного состояния оснований для циклических низкочастотных воздействий от 1 до 2 Гц. В этом случае можно игнорировать инерционные силы в уравнении равновесия и рассматривать их основания в квазистатическом равновесии [21].

Термин режимного блочного циклического нагружения подразумевает систему нагружения, которая демонстрирует степень закономерности, как по величине, так и по частоте. С другой стороны, блочное циклическое нагружение определяется как периодическое действие, которое, будучи приложено к

материальному телу, стремится к изменению своего напряженно-деформированного состояния с течением времени.

Разница между статическими и циклическими условиями нагружения может быть получена из импульсных явлений, вибраций и волн, которые описываются в терминах скорости нагружения (частоты) и эффекта повторяющейся нагрузки (количество циклов и амплитуда). Эффект повторения нагрузки является особенностью циклической нагрузки, при которой нагрузка многократно прикладывается много раз с заданной частотой скорости приложенной нагрузки.

В действительности большинство конструкций подвергаются воздействию циклических нагрузок из-за изменения интенсивности количества приложенной нагрузки во времени, такой как ветровая нагрузка, от двигающего трактора нагрузка или нагрузка, вызванная эксплуатацией. Явление заключается в том, что небольшие колебания нагрузки, воздействующие на конструкции, можно игнорировать. Однако в некоторых случаях нельзя пренебрегать наличием циклической нагрузки, в частности, волновой нагрузкой на морские сооружения, ветровой нагрузкой на конструкции с высокой гибкостью, транспортными нагрузками на дорогах и вибрациями на фундаментах тяжелых машин. Воздействие циклической нагрузки на конструктивные элементы может привести к циклической нагрузке на грунты. Чтобы решить вышеуказанные проблемы, инженеры должны предложить наилучшее решение безопасным, эффективным и экономичным способом. Статический анализ может быть подходящим для случаев с очень низкими применяемыми скоростями нагрузки. Когда изменение величины напряжения или деформации и частоты нагружения не игнорируются, статический анализ, возможно, даст заниженные прогнозы, что приведет к небезопасным и неэффективным обозначениям из-за их неточных результатов.

Следовательно, в геотехнических проектах чрезвычайно важную роль играет учет воздействий режима блочной циклической нагрузки и ее влияний, в которых поведение грунта при циклической нагрузке следует рассматривать как корень проблемы.

1.2 Поведение глинистых грунтов при циклических нагружениях

Поведение грунта зависит от механических свойств самого грунта и от характера нагружения. Инженерно-геологические проблемы связаны с динамическими и циклическими нагрузками, в том числе океанские волны или движение ледников приложеные к основаниям морских сооружений и мостов. Динамическое нагружение также приложено к основаниям морских ветрогенераторов. Нагрузки на портовые сооружения от океанских волн, распространение сейсмических волн через грунты, вибрационное воздействие на фундаменты оборудования, сейсмическое нагружение, разжижение и циклическое переходное нагружение, а также динамические рабочие нагрузки [60,61].

Поведение грунтов, подверженных динамическим и циклическим нагрузкам, сильно зависит от механических свойств грунта, которые включают модуль сдвига, коэффициент Пуассона и плотность. Модуль сдвига является одним из наиболее важных свойств грунта, с помощью которого можно охарактеризовать динамическое поведение грунтов. Он зависит от коэффициента эффективного напряжения и переуплотнения. В то же время определение модуля сдвига обычно хорошо установлено, моделирование демпфирования менее понятно. Кроме того, как модуль сдвига, так и демпфирование зависят от уровня реакции деформации, также зависит от модуля и демпфирования [60,79].

Поведение глинистых грунтов при циклических нагрузках, таких как землетрясение или океанская штормовая волна, циклическое поведение грунта является более сложным, чем аналогичное статическое. Циклическое поведение грунтов является причиной многих геотехнических разрушений, таких как неустойчивость склонов из-за ухудшения свойств грунтов, вследствие землетрясений.

Поведение напряженно-деформированного состояния грунта считается упругопластическим, и даже нелинейная прочность зависит от деформации, напряжения и, возможно, скорости деформации [60, 79, 88].

В глинистых грунтах остаточная пластическая объемная и сдвиговая деформации накапливаются под влиянием низкочастотного циклического нагружения, которое обычно является функцией логарифма времени [21, 46].

Поведение глинистых грунтов при циклических нагружениях изложены в научных работах: Thiers и Seed 1969; Seed 1979; Wang 1979; Boulanger и Idriss, 2006; 1994 Northridge, Kocaeli и Chi 1999; Seed, 2003; Bray 2004; Skempton 1952; Craig 2004; Locat 1985; Loiselle.1971; Mourn 1971; Ansal 1989; Sangrey, 1969; Anderson, 1988; Malek, 1989; Zergoun и Waid, 1994; Ishihara, 1996; Zergoun и Vide 1994; Seed и Chan 1966, Theirs и Seed (1968, 1969), Sangrey 1968, Sangrey 1969, France и Sangrey 1977 и Sangrey, 1978; Mitchell и King 1977; Iwaski 1978; Eekelen и Potts 1978; Трофименков Ю.Г и Воробков М.Н; Вознесенский Е. Г; Мирсаяпов И. Т. и Королева И. В.

Раньше исследования «мягких глин» были сосредоточены на проведении экспериментальных работ трехосных испытаний на нарушенной и ненарушенной глине с целью определения развития отношения между циклическими напряжено-деформированными состояниями и поровыми давлениями, (Seed and Chan 1966, Theirs and Seed (1968, 1969), Sangrey 1968, Sangrey 1969, France,Sangrey 1977 and Sangrey, 1978). Их исследование установило тот факт, что циклическое нагружение увеличивает поровое давление в недренированных условиях до ряда циклов, которые определяются как критический уровень, за пределами которых произойдут разрушении. 2

Andersen K. H. (1980) [59] провел испытание ненарушенной пластичной глины при циклических трехосных и простых испытаниях на сдвиг. Физические характеристики глины: W= 52%; плотность р= 2,76 г/см3; WL 55%; WP 28% и IP=27%. Глина уплотнялась в лаборатории с разными коэффициентами переуплотнения.

Циклические трехосные испытания проводились в недренированных условиях с односторонним и двусторонним циклическим нагружением под напряжением при 0.1 Гц. После циклического нагружения все образцы подвергались недренированному статическому трехосному нагружению.

Сравнивая результаты испытаний с одинаковой амплитудой циклических девиаторных напряжений, переуплотненные образцы достигали разрушения при меньшем числе циклов по сравнению с нормально уплотненными. Модуль сдвига уменьшался с увеличением числа циклов. Чем выше было циклическое напряжение, тем более выраженным было снижение модуля упругости.

Рис. 1.2. Траектории эффективного напряжения до и после циклического нагружения Andersen

K. H. 1980 [59].

Однако при низких уровнях циклических напряжений ухудшение жесткости грунта было незначительно, следовательно, модуль упругости не зависит от числа циклов. Кроме того, число циклов до разрушения уменьшалось с увеличением циклического девиаторного напряжения для нормальных и переуплотненных образцов.

УаБиЬага К. 1991 [100] провел серию прямых простых испытаний на сдвиг на нормально уплотненной глине с включением периодов дренирования между одними и последующими периодами недренированного нагружения (каждый период составлял 100 циклов).

775%

Numberofload cycles, N Numberofload cycles, N

Рис.1.3. Результаты циклических простых испытаний на сдвиг нормально уплотненной глины

Yasuhara K. 1991 [100].

Образец глины подвергался циклическому горизонтальному напряжению сдвига Thcy =56 кПа, соответствующему 65% от горизонтального напряжения сдвига при разрушении при недренированном статическом нагружении (после предуплотнения при oVc =398 кПа). Было обнаружено, что избыточное поровое давление, создаваемое после каждого периода циклического нагружения постепенно уменьшалось, так, что в течение пятого периода избыточное поровое давление составляло только около 18% от порового давления после первого периода (рис. 1.3). Это указывает на то, что дренирование оказывает стабилизирующее действие на нормально уплотненную глину, делая ее более устойчивой к дальнейшим недренированным циклическим нагрузкам.

Diaz-Rodriguez 1989 [67] провел циклические трехосные испытания на ненарушенных образцах из озерно-глинистого грунта в Мексике: р= 2,24 г/см3; с очень высоким содержанием воды W = 39,5%; мягкой консистенции WL = 48%; Wp = 76%; с коэффициентом пористости от 0,2 до 1,2.

Среднее давление предуплотнения g'p составляло 68,6 кПа. Образцы глины консолидировали изотропно при а'р= 60 кПа в трехосной ячейке. Затем образцы подвергались дополнительному статическому осевому напряжению в дренированных условиях для моделирования напряжения сдвига, которое может быть в элементе грунта под конструкцией. Анизотропно-уплотненные образцы подвергались недренированному циклическому нагружению с контролем

напряжений при различных уровнях напряжений. Синусоидальные циклы при 0,5 Гц применялись до достижения 100 циклов.

№

(Л Щ

1Л

<

<Г'|С сг'зе

о

Axial strain, €

Рис. 1.4. Схема испытания автора Diaz-Rodriguez 1989 [67].

После 100 циклов повторных нагружении, глина не накапливала дополнительных пластических деформаций, подразумевая, что она проявляла, по существу, упругую реакцию. Согласно полученным результатам, если амплитуда циклических напряжений мала, то постциклическая прочность существенно не уменьшается по сравнению со статической прочностью. Однако если амплитуда циклических напряжений увеличивается, то прочность значительно уменьшается (рис. 1.4).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шараф Хани Мохаммед Абдо, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости / в вед. 1997-01-01. М: Минстрой России, 1997. 205.

2. ГОСТ 19912-2001. Грунты. Метод полевых испытаний статическим и динамическим зондированием / в вед. 2004-03-09. М. 2004. С. 170.

3. ГОСТ 30416-2012. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения / В вед. 2013-07-01. М.: Изд-во стандартов, 2013.

4. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. Минрегион России. М..НИИОСП им. Н. М. Герсеванов, 2011. С. 164.

5. СП22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» М. 2011.

6. Абелев М. Ю., Абелев К.М. Геотехнические исследования площадок строительства, сложенных слабыми водонасыщенными глинистыми грунтами // Геотехника. 2010. №6. С. 30-33.

7. Абелев М. Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах / М.Ю. Абелев. М.: Строийиздат, 1983. 248 С.

8. Александров А. С. Развитие теоретических положений комплексного расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу и пластическому деформированию. д-ра. техн. наук / Александров Анатолий Сергеевич. Омск. 2017. 377 С.

9. Арутюнян Н.Х. Колмановский В.Б. Теория ползучести неоднородных тел. М.: Наук, 1983. 336 С.

10. Вознесенский Е. А. Динамическая неустойчивость грунтов М: Издательство "Эдиториал". 1999. 264 С.

11. Вознесенский Е. А. Поведение грунтов при динамических нагрузках. М: Издательство МГУ, 1997. 188 С.

12. Вознесенский, Е. А. Поведение при динамических нагрузках/ Вознесенский, Е. А. М: Изд-во МГУ, 1997. 288 С.

13. Воробков М. Н., Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. М: Строийиздат, 1981. 215 С.

14. Гафуров Х. Г. Исследование ползучести глинистых грунтов при циклических и многократно приложенных нагрузках: дис. канд. техн. наук / Гафуров Хабибулло Гафурович. М. 1982. 159 С.

15. Егоров К.Е. Изучение послойной деформации основания дымовой трубы. // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1959. -№4. - С.4-7.

16. Егоров К.Е. Распределение напряжений и перемещений в основании конечной толщины. Механика грунтов: Научн. тр. НИИОСП им. Н.М.Герсеванова. М.: Госстройиздат. - 1961. - №43. - С.42-63.

17. Егоров К.Е. О деформации оснований конечной толщины. // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1961. -№1. - С.4-6.

18. Гео5 руководство пользователя издание, 2018. С. 871-872.

19. Жустарева Е. В. Влияние плотности связного грунта в рабочем слое, земляного полотна на остаточные деформации нежестких дорожных одежд: автореф. канд. техн. Наук / Е. В. Жустарева. М.: Изд-во МАДИ., 2000. 20 С.

20. Зарецкий Ю. К., Карабаев М. И. Обоснование режима пригруза на забой при безусадочной проходке глубоких тоннелей в условиях городской застройки // Основания, фундаменты и механика грунтов, 2004. № 4. С. 11 -16.

21. Иванов П. Л. Разжижение песчаных грунтов. Ленинград: Госэнергоиздат, 1962. 260 С.

22. Коныгина С. Ю. Прогнозирование остаточных деформаций дорожных одежд нежесткого типа на земляном полотне из глинистых грунтов: автореф. канд. техн. наук / С. Ю. Коныгина. М.: Изд-во МАДИ., 1999. 20 С.

23. Королев К. В. Несущая способность оснований в стабилизированном и нестабилизированном состоянии: дис. д-ра. техн. наук / Королев Константин Валерьевич. Н. 2014. 326 С.

24. Королева И.В. Несущая способность и осадка оснований фундаментов с учетом длительного и нелинейного деформирования грунтов: дис. канд. техн. наук / Королева Ирина Владимировна. М. 2011. 184 С.

25. Красников Н. Д. Динамические свойства грунтов и методы их определения. Ленинград: Строийиздат, 1970. 239 с.

26. Красников Н.Д., Троцский А.П. Расчёт методом конечных элементов динамических характеристик земляной плотины совместно с основанием. // Гидротехническое строительство, 1973. № 8. С. 19-23.

27. Лобардо В. Н., Зарецкий Ю. К. Статика и динамика грунтовых плотин. М.: Энергоатомиздат, 1983. 256 С.

28. Маслов Н. М. Основы инженерной геологии и механика грунтов. М.: Высшая школа, 1982. 511 С.

29. Мирсаяпов И. Т., Королева И. В. Прогнозирование деформаций оснований фундаментов с учетом длительного нелинейного деформирования грунтов // Научно-технический журнал «Основания, фундаменты и механика грунтов». 2011. №4. С. 16-23.

30. Мирсаяпов И. Т., Королева И. В. Расчет несущей способности и осадок оснований фундаментов при длительном действии статической нагрузки. // Известия КазГАСУ. 2011. №3 (17). С. 71-78.

31. Мирсаяпов И. Т., Королева И.В. Расчетная модель длительного нелинейного деформирования глинистых грунтов при сложном напряженном состоянии. // Известия КазГАСУ. 2011.№2 (16). С. 121-128.

32. Мирсаяпов И. Т., Королева И.В., Иванова О.А. Малоцикловая выносливость и деформации глинистых грунтов при трехосном циклическом нагружении // Жилищное строительство. 2012. № 9. С. 6-8.

33. Мирсаяпов И. Т., Сабирзянов, Д. Д. Аналитические зависимости расчета осадок основания фундаментов при режимном длительно-статическом и циклическом нагружении // Геотехника. 2016. №6. С.34-41.

34. Мирсаяпов И. Т., Сабирзянов, Д. Д. Несущая способность основания фундаментов при комбинированном чередующихся длительно статических и

циклических нагружениях // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. №1(43). С.153-163

35. Мирсаяпов И. Т., Сабирзянов, Д. Д. Расчетная модель осадки основания фундаментов при режимном статико-циклическом нагружении // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. №2(35). С.102-110.

36. Мирсаяпов, И. Т. Оценка прочности и деформируемости глинистых грунтов при режимном нагружении с учетом деградации структуры грунта // Известия КГАСУ. 2014. № 4 (30). С. 205-213.

37. Рассказов Л. Н., Бестужева А. С. Проектирование грунтовых плотин. М.: АСВ, 2001. 375 С.

38. Сабирзянов Д. Д. Несущая способность и осадка оснований, фундаментов, сложенных глинистыми грунтами при комбинированном чередующемся длительно статическом и циклическом нагружении: дис. канд. техн. наук / Сабирзянов Даниль Дамирович. М., .2019. 221 С.

39. Соболев Е. С. Ползучесть и виброползучесть песчаных грунтов оснований зданий и сооружений: дисс. канд. техн. наук / Соболев Евгений Станиславович: М., 2014. 150 С.

40. Ставницер Л. Р. Влияние динамических воздействий на устойчивость оснований сооружений // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1999. № 1. С. 3-5.

41. Ставницер Л. Р. Деформации оснований сооружений от ударных нагрузок. М.: Издательство литературы по строительству, 1969. 129 С.

42. Тер-Мартиросян А. З., Тер-Мартиросян З. Г. Исследования грунтов оснований высотных зданий // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2009. №5. С. 2-12.

43. Тер-Мартиросян А.З. Взаимодействие фундаментов с основанием при циклических и вибрационных воздействиях с учетом реологических свойств грунтов: дисс. канд. техн. наук. М. 2010. 190 С.

44. Тер-Мартиросян З. Г. Механика грунтов. М.: АСВ, 2005. 520 С.

45. Тер-Мартиросян З. Г. Реологические параметры грунтов и расчёты оснований сооружений. М.: Строийиздат. 1990. 200 С.

46. Тер-Мартиросян З. Г., Мирный А. Ю., Соболев Е.С. Трение качения в грунтах // Вестник МГСУ. 2011. №5. С.134-143.

47. Тер-Мартиросян З. Г., Соболев Е. С. Ползучесть и виброползучести песчаных грунтов оснований зданий и сооружений. МГСУ. 2014.150 С.

48. Тер-Мартиросян, 3. Г., Тураев Х. Ш. Прогноз напряженно-деформированного состояния оснований тяжелых сооружений // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1991. №4. С. 21-24.

49. Фадеев В.Б. Влияние остаточных деформаций грунта земляного полотна на колее образование на проезжей части дорог с нежесткими дорожными одеждами: автореф. канд. техн. наук/В.Ф. Фадеев. М.: Изд-во МАДИ, 1999.-С.21.

50. Хархута Н. Я., Васильев Ю. М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земельного полотна автомобильных дорог. М.: Транспорт.1975. 285 с.

51. Цытович Н. А. Механика грунтов. М.: Госстройиздат. 1963. 636 С.

52. Шараф Х. М. Прочность и деформации глинистых грунтов при трехосном режимном циклическом нагружении // И.Т. Мирсаяпов, Х. М. Шараф //. Современные технологии в строительстве. Теория и практика. - 2016. - Т. 2. - С. 130-137.

53. Шараф Хани М. А. Особенности деформирования глинистых грунтов при трехосном блочном режимном циклическом нагружении с учетом образования микро- и макротрещин / И.Т. Мирсаяпов, Шараф Хани М. А.// Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. - 2020. - №2(52). - С. 7-15.

54. Шараф Хани М. А. Прочность и деформации глинистых грунтов в условиях трехосного сжатия при блочных режимных циклических нагружениях / И.Т. Мирсаяпов, Шараф Хани М.А. // Известия Казанского

государственного архитектурно-строительного университета. - 2017. -№4(42). - С. 221-227.

55. Шараф Хани М. А. Экспериментальные исследования несущей способности и осадки оснований фундаментов на глинистых грунтах при режимных блочных циклических нагружениях / И.Т. Мирсаяпов, Шараф Хани М. А.// Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. - 2019. - №1(47). - С. 175-183.

56. Andersen K. H., Hoeg K. Deformation of soils and displacements of structures subjected to combined static and cyclic loads // Proc 10th European Conf on Soil Mech and Found Engng, Florence.1991. Vol. 4. P. 1147-1158.

57. Andersen K. H., Lauritzsen R (1988). Bearing capacity for foundations with cyclic loads // J Geotechengng Div, ASCE. 1988. Vol. 114. №5. P. 540-555.

58. Andersen K. H. Strength and deformation properties of clay subjected to cyclic loading // Norwegian Geotechnical Institute, Oslo, Norway. 1983. No. 52412. P. 8.

59. Andersen, K. H., Pool J. H., Brown S. F., Rosen brand W. F. Cyclic and static laboratory tests on Drammen clay // Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE. 1980. 106GT5. P. 499-529.

60. Ansal A. M., Erken A. Undrained behavior of clay under cyclic shear stresses // Journal of Geotechnical Engineering, ASCE. 1989. Vol.115. №7. P. 968-983.

61. Azzouz A. S., Malek A. M., Baligh M. M. Cyclic behavior of clays in undrained simple shear // Journal of Geotechnical Engineering, ASCE. 1989. V. Vol.115. №5. P. 637-657.

62. Barksdale R. D. Compressive stress pulse times in flexible pavements for use in dynamic testing //. Highway Research Record. Vol. 345. P. 32-44.

63. Braja M. D., Khaled Sobhan. Principles of Geotechnical Engineering Eighth Edition, SI. 2014. 745 P.

64. Budhu, A. A., Al-Karni M. Seismic bearing capacity of soils // Geotechnique. 1993. Vol.43. №1. P. 181-187.

65. Chai J. C., Miura N. 2000. Traffic load induced permanent deformation of low road embankment on soft subsoil // Proceedings of International Conference on Geotechnical and Geological Engineering, CD Rom. 2000. 239 P.

66. Chaudhury D., Subba Rao K. S. Seismic Bearing Capacity of Shallow Strip Footings // Geotechnical and Geological Engineering. 2005. Vol. 23. №4. P. 403418.

67. Diaz-Rodriguez A. Behavior of Mexico City clay subjected to undrained repeated loading // Canadian Geotechnical Journal. 1989. Vol. 26. P. 159-162.

68. Eekelen H. A. M., Potts D. M. The behavior of Drammen Clay under cyclic loading // Geotechnique.1978. Vol.28, №2. P. 173-196.

69. Eido O., Andersen K. H. Foundation engineering for gravity structures in the northern North Sea // Proc Int Conf on Case Histories in Geotechnical Engineering, St Louis, MO. 1984. Vol. 4. P. 1627-1678.

70. Fujiwara. H., Yamanouchi T., Yasuhara K. Consolidation of alluvial clay under repeated loading // Soils and Foundations. 1985. Vol. 25. №3. P. 19-30.

71. Grget G., Ravnjak K., Szavits-Nossan A. Analysis of results of molasses tanks settlement testing // Japanese Geotechnical Society, Soils and Foundations. October 2018. Vol. 58. №5. P. 1260-1271.

72. Hansen J. B. A revised and Extended Formula for bearing Capacity // Geotechnics Inst. Bull. 1970. Vol. 28. P. 5-11.

73. Hirao K., Yasuhara k. cyclic strength of under consolidated clay. Soils and foundations. 1991. Vol.31. №4. P. 180-186.

74. Houstan W.N., Herrmann H. G. Undrained Cyclic Strength of Marine Soils // Journal of Geotechnical Engineering. 1980. Vol. 106. №6. P. 691-711.

75. Huurman M. Development of traffic induced permanent strain in concrete block pavements. Heron. 19 November 2015. Vol. 41. № 1. P. 29-52.

76. Hyodo M., Yamamoto Y., Sugiyama M., Undrained cyclic shear behavior of clay with initial static shear stress // Department of Civil Engineering, Yamaguchi University, Soil Dynamics and Earthquake Engineering. P. 1993. 300-313.

77. Ishihara K., Yasuda S. Cyclic strengths of undisturbed cohesive soils. 1980.

78. Korkiala-Tanttu L., Laaksonen R. 2004. Modeling of the stress state and deformations of APT tests // In Proc. of the 2nd Int. Conf. On Accelerated Pavement Testing. Minnesota, Worel. 2004. P. 22.

79. Larew H. G., Leonards G. A. A strength criterion for repeated loads // In Proceedings of the 41st Annual Meeting of the Highway Research Board, Washington. P. 529-556.

80. Li D., Selig E. T. Cumulative plastic deformation for fine-grained // ASCE. 1996. Vol. 122. №12. P. 1006-1013.

81. Marr W. A. Christian J. T. Permanent displacements due to cyclic wave loading // Proc. ASCE. 1981. P. 1129-1149.

82. Meyerhof G. G. Bearing Capacity and Settlement of Pile Foundations // Journal of Geotechnical Engineering Division. 1976. №102. P. 195-228.

83. O'Reilly M P., Brown S F. Cyclic loading of soils: from theory to design // Bishop Briggs, Glasgow. 1991. P 1-168.

84. O'Reilly M. P., brown S.F. Cyclic loading of soils. 1991. 479 P.

85. O'Reilly M. P., Brown S. F., Over R. F. Cyclic loading of silty clay with drainage periods // Geotechnical Engineering. 1991. Vol. 117 № 2. P 354-362.

86. Pappin J. W. Characteristics of a Granular Material for Pavement Analysis / PhD Thesis, Department of Civil Engineering, University of Nottingham, 1979.

87. Paute J. P., Benaben J. Repeated load triaxial testing of granular materials in the French Network of Laboratories des Ponts et Chaussrees in Flexible Pavements // Proceedings of the European Symposium Euro flex Held in Lisbon, Portugal, 20-22 September 1993. 1996 P.

88. Sangrey D. A., Pollard W. S., Egan J. A. Errors associated with rate of undrained cyclic testing of clay soils // American Society for Testing and Materials. 1978. P 280-294.

89. Sharaf H. M. A. Experimental studies of bearing capacity and settlement of foundations on clays under regime block cyclic loading // I.T. Mirsayapov, Hani M. A. Sharaf // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. -2020. - №890. - P. 1-10. Doi:10.1088/1757-899X/890/1/012134.

90. Sharaf H. M. A. Features of clay soil deformation under triaxial block regime cyclic loading, taking into account the formation of micro and macro-cracks// I. T. Mirsayapov, H. M. A. Sharaf // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. -№1928. - P. 1-11. Doi: 10.1088/1742-6596/1928/1/012038.

91. Sweere G. T. H., Unbound Granular Bases for Roads // Delft University of Technology, Netherlands. 1990.

92. Ter-Martirosyan Z. G., Ter-Martirosyan A. Z., Sidorov V. V. Creep and long-term bearing capacity of a long pile in clay // Proceedings of the 18th International. Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Paris. 2013. P. 2882-2884.

93. Terzaghi K. The Shearing resistance of saturated soils and the angle between the plane of shear // Proc. 1-st Intern. Conf. Soil Mech. Found. Eng.Harvard. 1936.Vol. 1. P. 54-56.

94. Terzaghi K., Peck R. B., Soil Mechanics in Engineering Practice // 2nd Ed. John Wiley & Sons, New York. 1967.

95. Terzaghi K. Stability of Slopes of Natural Clay // In Proc., First International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Cambridge, Harvard University Press. 1936. Vol. 1. P. 16 1-165.

96. Ting Hu, The Shear Modulus and Deformation of Soils under Cyclic Loading // International Conferences on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics. 1981. P. 38-41.

97. Vesic A. S., Design of pile foundations, National Cooperative Highway Research Program Synthesis of Practice, Transportation Research Board, Washington. 1977.

98. Vucetic M. Cyclic threshold shear strains in soils // J Geotech Engng Div, ASCE. 1994. Vol. 120. №12. P. 2208-2228.

99. Wolff H., Visser A. T. Incorporating elasto-plasticity in granular layer pavement design // Proceedings of the Institution of Civil Engineers Transport. 1994. Vol. 105. № 4. P. 259-272.

100. Xianzhang L. Permanent deformation characteristics of coarse-grained subgrade soils under train-induced repeated load // Advances in Materials Science and Engineering. 2017. № 7. P. 1-15. DOI: 10.1155/2017/6241479.

101. Yasuhara K., Andersen K. H. Recompression of normally consolidated clay after cyclic loading // Soils and Foundations. 1991. Vol. 31. № 1. P. 83-94.

102. Yasuhara K., Yamanouchi T., Hirao K. Cyclic strength and deformation of normally consolidated clay // Soils and Foundations. 1983. Vol. 22. № 3. P. 77-91.

103. Zergoun M., Vaid Y. P. Effective stress response of clay to undrained cyclic loading // Canadian Geotechnical Journal. 1994. Vol. 31. №5. P 714-727.