Прогнозування змінності характеристик глинистих ґрунтів при оцінці стійкості зсувонебезпечних схилів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прогнозування змінності характеристик глинистих ґрунтів при оцінці стійкості зсувонебезпечних схилів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Оцінка стійкості схилів, прогнозування зсувів і їх попередження залишаються актуальною проблемою через зменшення вільних земельних площ під забудову. Це змушує використовувати зсувонебезпечні території що, як правило, призводить до порушення рівноваги схилів, активізації старих і виникнення нових зсувів. У цілому поділ схилів на стійкі та нестійкі є умовним і змінюється з плином часу. Стійкий на даний момент схил може втратити рівновагу через певний проміжок часу, або ж перебувати у стані реологічного зсуву, не переходячи в фазу обрушення.

Достовірна оцінка стійкості зсувонебезпечних схилів можлива лише за умови правильного вибору як розрахункової схеми щодо методу розрахунку стійкості схилу, так і засобу визначення характеристик міцності ґрунтів, які б найбільш точно відповідали розрахунковій схемі зсуву і забезпечували максимальну надійність. Показники міцності (кут внутрішнього тертя і питоме зчеплення ) можна визначити різними лабораторними та польовими методами, але всі дослідження одного і того ж самого ґрунту, як правило, дають різні значення цих параметрів. Тому із існуючих методів і приладів для випробування ґрунтів необхідно підібрати ті, що найбільш точно моделюють характер руйнування при зсуві й дозволяють однозначно визначати момент виникнення граничної рівноваги як початок фази руйнування, а умови проведення досліду повинні відповідати розрахунковій схемі зсуву (відповідність вертикальних навантажень при випробуваннях і в масиві ґрунту, наявність консолідації, можливість штучного зменшення одного з показників міцності, тощо).

Зв'язок роботи з науковими програмами. Роботу виконано у розвиток щорічних програм наукового супроводження проектних і будівельних робіт по забезпеченню стійкості схилів і заходів від підтоплення в м. Полтаві на 2001-2004 роки, а також комплексної програми протизсувних заходів на 2005-2014 роки, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 22 вересня 2004 року №1256, інд. 33.

Мета і задачі дослідження - на основі аналізу попередніх наукових досліджень визначити розрахункові схеми, які найбільш точно характеризують умови схилів Дніпро-Сіверськодонецької лесової області; розробити методику проведення і обробки результатів одноплощинного зрушення, яка б достовірно моделювала напружено-деформований стан прийнятої розрахункової схеми зсуву.

Об'єктами дослідження є зсувні і зсувонебезпечні схили, розташовані у межах Дніпро-Сіверськодонецької лесової області.

Предмет дослідження: схеми взаємозв'язку фізичних і механічних характеристик водонасичених глинистих ґрунтів.

Методи дослідження: метод проведення одноплощинного лабораторного зрушення за розробленою методикою із наступним використанням розрахункових схем взаємозв'язку фізико-механічних властивостей ґрунтів.

Наукова новизна роботи:

· уперше обґрунтовано і перевірено на практиці різновид методу випробування ґрунтів на одноплощинне зрушення для оцінки стійкості схилів, коли зразки попередньо ущільнюються й водонасичуються при прогнозованих вертикальних тисках, що їх буде зазнавати ґрунт в масиві в результаті обводнення схилу, а критичне значення опору зрушенню запропоновано визначати на початку стадії руйнування ґрунту;

· для водонасичених глинистих ґрунтів розроблено нову схему взаємозв'язку фізико-механічних характеристик, що дозволяє прогнозувати їх змінність в результаті обводнення схилу;

· математичне моделювання процесу одноплощинного зрушення ґрунту, шляхом рішення пружно-пластичної задачі нелінійної механіки ґрунтів, дозволило визначити нові особливості цього випробування.

Практичне значення роботи полягає в тому, що отримані автором в процесі досліджень закономірності дозволили розробити і впровадити у проектування будівель і споруд методику прогнозування характеристик міцності ґрунтів при оцінці стійкості зсувонебезпечних схилів.

Реалізація роботи. Результати досліджень автора були використані при оцінці стійкості кількох зсувонебезпечних схилів, розташованих у межах Дніпро-Сіверськодонецької лесової області, що дозволило прийняти ефективні протизсувні заходи.

Особистий внесок здобувача. Теоретична і експериментальна частини дисертації виконані особисто автором. Основні положення роботи і висновки базуються на результатах проведення лабораторних дослідів на одноплощинне зрушення із подальшим математичним моделюванням цих процесів за допомогою програми «Start - 2», що реалізує метод скінченних елементів.

Апробація результатів дослідження. За результатами роботи зроблені доповіді на: Всеукраїнській науково-практичній конференції «Реконструкція будівель та споруд. Досвід та проблеми.» (Київ, 2001 р.), конференції молодих вчених «Перспективи розвитку будівельних конструкцій, будівель, споруд та їх основ» (Київ, 2003 р.), П'ятій Всеукраїнській науково-технічній конференції «Механіка ґрунтів, геотехніка, фундаментобудування.» (Одеса, 2004 р.), науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка (2001-2004 рр.).

Публікації. За темою дисертації у фахових виданнях ВАК опубліковано 7 статей, які в повній мірі відображають зміст роботи.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 179 найменувань та трьох додатків. Вона викладена на 174 сторінках, у тому числі 151 сторінках основного тексту, 41 рисунках та у 26 таблицях.

Основний зміст роботи

схил лесовий зрушенні одноплощинний

У вступі обґрунтовано актуальність, сформульовані мета та задачі дисертаційної роботи, а також наведені наукові положення, що виносяться на захист.

У першому розділі аналізується стан питань, що пов'язані: із особливостями виникнення і механізмом розвитку зсувних процесів характерних для Центральної і Південної частин України; із вибором засобу і методу для визначення характеристик міцності ґрунтів для проведення оцінки стійкості схилів; методів розрахунку стійкості схилів.

Над питанням визначення достовірних характеристик міцності ґрунтів, їх нормування, вибору методів розрахунку і впровадження їх в практику будівництва працювали: Абросімов В.Г., Березанцев В.Г., Богомолов О.М., Бойко І.П., Великодний Ю.Й., Гінзбург Л.К., Гольдштейн М.Н., Денисов М.Я., Демчишин М.Г., Дранников А.М., Зоценко М.Л., Казарновский В.Д., Калюх Ю.І., Корнієнко М.В., Краєв В.Ф., Маслов М.М., Месчян С.Р., Разорьонов В.Ф., Рижов А.М., Слюсаренко Ю.С., Тер-Мартиросян З.Г., Терцагі К., Тімофєєва Л.М., Хазін В.І., Черний Г.І., Черний В.Г., Шадунц К.Ш., Шапіро Д.М., Швець В.Б., Школа О.В., Bishop A., Casagrande A., Duncan J., Fellenius W., Griffiths D., Jeremic B., Jiang G.-L., Hvorslev M., Lane P., Magnan J.-P., Wilson S. та ін.

У межах зсувонебезпечного схилу річних заплав і прохідних балок, характерного для Дніпро-Сіверськодонецької лесової області (за проф. Краєвим В.Ф.), можна виділити три характерні ділянки (рис. 1). Ділянка І охоплює верхню частину схилу, складену лесами і лесоподібними суглинками, і з крутизною до 55⁰. Зсуви тут виникають регулярно через додаткове зволоження ґрунтів атмосферними і техногенними водами, підрізання та довантаження схилу. Матеріал стародавніх зсувів - делювій, переміщений під дією власної ваги, залягає нижче на схилі - у зоні II. Унаслідок зволоження мас ґрунту другої зони схилу на його окремих ділянках (по-перше на тих, де іде їх інтенсивне зволоження) розвиваються локальні зсуви з поверхнею ковзання по четвертинним та неогеновим глинам. Маси ґрунту переміщуються униз схилом до місця виходу пісків на поверхню. На цій ділянці зони ІІІ рух мас ґрунту затримується за рахунок його дренування піском. З часом, у процесі дренування виникає явище кольматації пісків під тілом зсуву. Під ним у піску утворюється псевдоводотрив, що сприяє подальшому насиченню ґрунту тіла зсуву поверхневими і підземними водами. Рух мас ґрунту відновлюється і, внаслідок великої крутизни цієї ділянки схилу, можливі навіть його обвалення.

Процес зсуву в багатьох випадках передбачає переміщення однієї ґрунтової маси відносно іншої - нерухомої. Таким чином, з існуючих методів визначення характеристик міцності ґрунтів найбільш точно цей процес відображає одноплощинне зрушення. Але ДСТУ Б.В.2.1-4-96 випробування ґрунтів рекомендує проводити при вертикальних тисках, які у більшості випадків суттєво відрізняються від тих, що їх зазнає ґрунт в природному масиві. Крім того, часто не враховується стан схилу. Це призводить до отримання і використання для оцінки стійкості недостовірних характеристик міцності. Уникнути помилок можливо при випробуванні ґрунтів в умовах, що найбільш точно відповідатимуть реально прогнозованій критичній ситуації, і контролю за отриманими результатами шляхом встановлення взаємозв'язку між фізичними і міцносними характеристиками.

Вирішення вищезгаданих питань покладено в основу дисертаційної роботи.

У другому розділі описано інженерно-геологічні умови дослідних майданчиків, що розташовані в межах Дніпро-Сіверськодонецької лесової області; прийняті методики визначення і нормування характеристик міцності глинистих ґрунтів та підсумки встановлення взаємозв'язку між фізико-механічними параметрами ґрунтів.

Дослідження проводились на чотирьох дослідних майданчиках, що геоморфологічно відносяться до Дніпро-Сіверськодонецької лесової області. Про останнє свідчить наявність багатьох спільних ознак у геологічній будові.

Виділені на дослідних майданчиках ІГЕ можна об'єднати в чотири генетично-літологічні групи. Перша група - суглинки легкі (леси). Утворилися в межах II-III горизонтів четвертинних відкладів. Про літологічну однорідність свідчить незначна зміна числа пластичності I_P =811%. Друга - суглинки важкі, лесоподібні з I_P =1617%. Утворилися в межах III-IV горизонтів четвертинних відкладів. Третя - глини четвертинні з I_P = 2228%, що утворилися в межах I-III горизонтів четвертинних відкладів. Четверта група - глини неогенові. В подальшому досліджувалися ґрунти трьох перших груп. Про генетичну однорідність ґрунтів у межах кожної групи свідчить наявність лінійної залежності між числом пластичності і межею текучості.

Для оцінки стійкості згаданих вище зсувонебезпечних та зсувних схилів необхідно було визначити механічні і фізичні характеристики кожного ІГЕ, а також спрогнозувати їх зміну при виникненні та дії несприятливих факторів природного чи антропогенного характеру і провести повторну оцінку стійкості схилу при прогнозованій критичній ситуації. Механічні характеристики - кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення визначались на приладах для проведення одноплощинного зрізу ПСГ - 2М конструкції інституту «Гідропроект» з верхньою рухомою частиною. З монолітів в лабораторних умовах виготовлялися зразки ґрунту непорушеної структури в кільцях діаметром =70 мм, висотою =35 мм. Надалі зразки випробувалися за двома методиками:

· різновид консолідовано-дренованого зрушення, викладеного в ДСТУ Б.В.2.1-4-96: зразки ґрунту попередньо ущільнювалися та насичувалися водою при трьох різних вертикальних тисках, як правило, це були =0,1; 0,2; 0,3 МПа. Випробування виконувалося за схемою «швидкого» зрушення. Після його закінчення, в разі необхідності, виконували повторне зрушення - «плашка по плашці» за тією ж схемою;

· запропонована методика неконсолідовано-дренованого зрушення (НДЗ): зразки попередньо ущільнювалися та насичувалися водою лише при вертикальних тисках, що їх зазнавав ґрунт в масиві при умові його повного обводнення, так як будь-який схил, що зазнає антропогенного впливу, з часом неминуче обводнюється. При невеликих природних тисках збільшення ваги насиченого ґрунту незначне, тобто у цьому випадку практично відсутня консолідація ґрунту. Прийнято, що ущільнення зразків перед зрушенням природним тиском забезпечує їх підготовку із фізичними характеристиками, які б найбільш точно відповідали природнім при прогнозованій критичній ситуації. Швидке проведення випробувань навіть в умовах можливості дренування води забезпечує практично незмінні їх значення до і після досліду. Діапазон зміни вертикальних тисків - від 0,03 до 0,3 МПа. Варто відмітити, що тиск ущільнення прикладався в одну ступінь. При досягненні умовної стабілізації деформацій стиску зразки ґрунту зважувалися для встановлення кінцевих фізичних характеристик і переносилися до зрізної коробки приладу ПСГ - 2М. Для того, щоб у процесі зрушення із зразка практично не фільтрувалася вода, мало змінювалася його вологість і, як наслідок, не відбувалось доущільнення, низ зрізної коробки поміщали в ванночку, заповнену водою. Через отвори в штампі нерухомої нижньої частини зрізної коробки волога піднімалася до зразка і площини зрізу.

Надалі дослід проводився також за схемою «швидкого» зрушення: ступінь прикладення дотичного навантаження вибиралася в межах до 1/10 від створеного нормального, відліки по деформаціям фіксувалися через кожні 10 - 15 с, тривалість досліду - до двох хвилин. Після закінчення досліду зразок по утвореній площині зрушення, як і в дослідах, що виконувалися за першою методикою, розрізали тонкою металевою проволокою, вирівнювали торцеві поверхні обох частин, з'єднували їх між собою, знову поміщали в зрізну коробку і виконували повторне зрушення - «плашка по плашці» за схемою «швидкого» зрушення (НДЗ «плашка по плашці»)

У випадках з глинами і важкими суглинками, коли чітко формувалися дві «плашки» і після закінчення досліду вони не руйнувалися, виконувалася серія «повторних зрушень». Необхідність проведення на одному й тому самому зразку декількох повторних зрушень зумовлена тим, що після першого зрушення поверхня зрізу має нерівності, що веде до неповного виключення деякої частини структурного зчеплення .

Оскільки при підготовці зразків ґрунту перед зрушенням створювалися умови максимально наближені до природних у прогнозованій ситуації, то отримані фізичні та механічні характеристики, при умові якісного проведення досліду, повинні найбільш точно відповідати прогнозованим.

Для кожного окремого зрушення будувалися графіки залежності між дотичними напруженнями та деформаціями . Отримані з графіків за методикою ДСТУ Б.В.2.1-4-96 значення граничних опорів зрушенню є завищеними, при умові, що їх значення використовуються для розрахунку стійкості схилів, бо при таких напруженнях в ґрунті розвиваються пластичні деформації і тому можливе порушення граничної рівноваги схилу, остаточне встановлення поверхні ковзання і виникнення зсуву. У цьому відношенні викликає зацікавлення спосіб визначення розрахункового опору ґрунту зрушенню, який полягає в представленні результатів випробувань в координатах «логарифм горизонтальних деформацій - логарифм дотичних напружень ». Отримуємо параметри міцності «НДЗ » і «НДЗ «плашка по плашці» »

Як приклад розглянемо обробку за даним способом результатів неконсолідовано-дренованого зрушення зразка суглинку, відібраного на глибині 9,0 м в с. Опішні. Тиск попереднього ущільнення і водонасичення становив 0,16 МПа. При цьому ж вертикальному тискові виконувалось і зрушення. Відповідно до загальних уявлень на графіках можна виділити три характерні ділянки. Ділянка 1 визначає пропорційну залежність між дотичними напруженнями та деформацією (фаза 1); із збільшенням дотичних напружень у ґрунті з'являються площадки локальних зрізів (фаза 2), при подальшому збільшенні навантаження деформації різко зростають і відбувається або відрив або зріз зразка (фаза 3).

Вважаємо, що перша точка перегину на графіку відповідає переходу від пропорційної залежності між навантаженням і деформацією до криволінійної. Друга точка - початку розвитку пластичних деформацій. Саме те значення , що відповідає на графіку другій точці перегину слід приймати за граничний опір ґрунту зрушенню _гр. При перевищенні цього значення відбувається руйнування більшої частини структурних зв'язків, а швидкість відновлення водно-колоїдних зв'язків недостатня для сприйняття в повній мірі горизонтальних навантажень. Тому остаточно формується площина зрушення. З зростанням дотичних напружень у цій площині відбувається зріз.

При подальшому аналізі характеристики міцності нормуються на основі виявлення кореляційного взаємозв'язку між показниками фізичного стану і механічними властивостями зв'язних ґрунтів. Для цього слід дотримуватися декількох основних правил.

По-перше, необхідно враховувати правило фазових відношень в ґрунтах. Згідно цьому правилу, фізичні характеристики ґрунту, головним чином, визначаються двома показниками фізичного стану - щільністю сухого ґрунту і вологістю ґрунту . При такому вираженні фазових відношень в ґрунті між питомим об'ємом сухого ґрунту і вологістю при постійному коефіцієнті водонасичення проявляється лінійна залежність, коли =1 г/см³.

По-друге, враховується заданий мінімум індикаційних розрахункових показників, визначення яких є основною задачею і змістом розрахунку. Певні їх значення забезпечують наявність взаємозв'язку між фізичними та механічними характеристиками ґрунту.

По-третє, при використанні абсолютних значень показників фізичного стану ґрунтів враховується літологічна однорідность ґрунтів. Тобто, дослідження взаємозв'язку між фізичними та механічними властивостями ґрунтів виконують у відносно вузькому діапазоні зміни числа пластичності.

Четверте правило, так званої генетичної однорідності зв'язних ґрунтів, встановлює необхідність виявлення взаємозв'язку між фізичними та механічними властивостями ґрунтів лише при наявності лінійної залежності між межею текучості та числом пластичності ґрунтів.

Стосовно випробувань на одноплощинний зсув проф. М.М. Маслов і В.Д. Казарновський показали, що для водонасичених ґрунтів у напівлогарифмічному масштабі графіки залежності для постійного нормального тиску можна апроксимувати прямими. Таким чином, з'явилась можливість знайти залежності дотичних напруг від показників фізичного стану (, , ) для різних постійних нормальних навантажень.

(1)

де - вологість ґрунту при МПа; , , - індикаційні показники рівняння взаємозв'язку, які визначаються шляхом розрахунків і залежать від властивостей ґрунту; - вологість ґрунту; - коефіцієнт водонасичення ґрунту; - граничний опір зрушенню.

Ця методика обробки результатів була теоретично обґрунтована і впроваджена в практику групою вчених під керівництвом В.Ф. Разорьонова. Але такі випробування проводились при нормальних навантаженнях 0,1; 0,2; 0,3 МПа, а в масиві ґрунти сприймають тиск від власної ваги у більш вузькому діапазоні.

У нашому випадку для водонасичених ґрунтів () таке рівняння можна записати у вигляді:

 (2)

де - коефіцієнт пористості ґрунту; - коефіцієнт пористості при МПа.

Уперше встановлено, що в рівнянні (2) при умові постійного коефіцієнту водонасичення коефіцієнти близькі за значеннями. Це свідчить про те, що на графіках залежність (рис. 3) представляється серією паралельних прямих. Крім того, встановлена залежність параметра рівняння (2) від нормального тиску при зрушенні. Вона має вигляд , де А, В - коефіцієнти. Тому рівняння (2) можна записати у вигляді:

. (3)

Рівняння (3) об'єднує результати випробувань на зрушення при різних нормальних тисках незалежно від їх значення. Визначивши параметри рівняння (3), знаходять дотичні напруження при різних нормальних тисках для конкретних значень коефіцієнтів пористості ґрунту е. За отриманими дотичними напруженнями знаходимо нормативні значення і с. Визначення параметрів рівняння (3) відбувається за допомогою програми багатофакторного аналізу. Крім розрахунку коефіцієнтів рівняння та коефіцієнту множинної кореляції вона дозволяє ще й оцінити відповідність прийнятої математичної моделі даним експерименту за критерієм Фішера. У результаті отримані залежності виду (4):

, (4)

де А, В, С - коефіцієнти рівняння; - граничний опір зрушенню, - вертикальний тиск, що відповідає природному в обводненому ґрунтовому масиві, е - прогнозований коефіцієнт пористості.

Основні результати такої обробки для неконсолідовано-дренованого зрушення(НДЗ), неконсолідовано-дренованого зрушення «плашка по плашці» (НДЗ «плашка по плашці»), і результатів зрушення представлених у логарифмічних кооординатах «» (відповідно НДЗ «lg l - lg » і НДЗ «плашка по плашці «lg l - lg »), зведені в табл. 1 - 3, де - коефіцієнт множинної кореляції; F - критерій Фішера, - дисперсія відтворення досліду; F_табл., t_{кр. табл.} - табличні значення відповідно критерію Фішера та критерію Стьюдента.

Таблиця 1. Обробка результатів зрушення для суглинків лесових І_р= 8-10% n=26

Отримані коефіцієнти рівнянь дійсні у діапазонах зміни вертикального тиску від 0,04 до 0,12 МПа і зміни коефіцієнту пористості е від 0,530 до 1,05.

Таблиця 2. Обробка результатів зрушення для суглинків лесоподібних І_р =16 - 19% n=32

Отримані коефіцієнти рівнянь дійсні в діапазонах зміни вертикального тиску від 0,0325 до 0,2075 МПа і зміни коефіцієнту пористості е від 0,75 до 0,95.

Таблиця 3. Обробка результатів зрушення для глин І_р> 22 n=17

Отримані коефіцієнти рівнянь дійсні в діапазонах зміни вертикального тиску від 0,04 до 0,30 МПа і зміни коефіцієнту пористості е від 0,55 до 0,75.

Як видно таблиць 1 - 3, у кожному окремому випадку коефіцієнт множинної кореляції більший або близький до 0,8, а значення критерію Фішера менше табличного, що свідчить про функціональні зв'язки між фізичними і механічними параметрами та адекватність прийнятої математичної моделі обробки результатів експерименту. Величини критерію Стьюдента у всіх випадках більші за табличні, що дозволяє зробити висновок про значимість коефіцієнтів, тобто про однозначну залежність параметрів міцності (питомого опору зрушенню ґрунту ) від показників фізичного стану (коефіцієнту пористості е та вертикального тиску в масиві ґрунту) для випадку його повного водонасичення S_r1.

Нормування характеристик міцності конкретного ІГЕ відбувається підстановкою в отримані рівняння характерних для заданого шару ґрунту вже згаданих вище фізичних параметрів: середнього значення коефіцієнту пористості та декількох значень прогнозованого тиску, що буде зазнавати даний горизонт ґрунту при обводнені схилу.

У третьому розділі приведені результати моделювання одноплощинного лабораторного зрушення. Для його реалізації використано рішення пружно-пластичної задачі нелінійної механіки ґрунтів у постановці д.т.н., проф. Шапіро Д.М. Для моделювання процесів зрушення цю програму було модернізовано на кафедрі «Основ і фундаментів» ПолтНТУ. Процедурну основу розрахунку складає метод початкових напружень (МПН) разом з методом скінченних елементів (МСЕ), а теоретичну - математичне описання ґрунту як суцільного ізотропного середовища, яке деформується відповідно до теорії пластичної течії.

Задача моделювання одноплощинного зрушення на приладах з верхньою рухомою частиною вирішена у площинній постановці. Дослідний зразок ґрунту циліндричної форми (діаметр основи близько 71 мм, висота зразка близько 33 мм, площа поперечного перерізу й об'єм відповідно 40 см² і 135 см³) умовно замінений рівновеликим паралелепіпедом - висота зразка 33 мм, розміри основи 63,363,3 мм, площа основи 40,07 см², об'єм 132,2 см³. Розрахункова область розділена на 315 скінченних елементів різних розмірів: елементи з 1 по 63 і з 190 по 315 мають розміри 3,03,0 мм та 3,03,3 мм; елементи з 64 по 189 відповідно 1,03,0 мм та 1,03,3 мм (рис. 4). Це пов'язане з необхідністю в процесі моделювання більш детально дослідити розвиток деформацій та їх характер саме в зоні зрушення. Висота скінченного елементу прийнята з умови, що проміжок між нерухомою та рухомою частинами зрізної коробки при проведенні лабораторних експериментів, як правило, приймався близько 1 мм. Товщина скінченного елемента складає 63,3 мм.

Прийняте закріплення вузлів: по нижньому ряду - шарнірне, з обмеженням переміщення по осях X та Z; по крайніх вузлах перших п'ятьох рядів скінчених елементів - шарнірне, з обмеженням переміщення по осі Х. Закріплена частина розрахункової області складає одну третю загальної висоти. Для забезпечення умови обтиснення ґрунту верхньою обоймою приладу прийнято рівність переміщень крайніх вузлів, які належать до частини моделі, що зрізається (переміщується). Таким чином, площина зрушення буде проходити по елементах 106126. Для них при моделюванні неконсолідовано-дренованого зрушення (НДЗ) і неконсолідовано-дренованого зрушення «плашка по плашці» (НДЗ «плашка по плашці») будемо приймати різні значення механічних характеристик (кута внутрішнього тертя і питомого зчеплення ) для кожного зазначеного випадку при незмінних фізичних характеристиках, отриманих у результаті лабораторних досліджень. При моделюванні НДЗ «плашка по плашці» для решти скінчених елементів значення кута внутрішнього тертя і питомого зчеплення приймаємо, як для НДЗ.

До дослідної моделі прикладені такі навантаження: вертикальне (нормальне) та горизонтальне (яке зрушує) , де А - площа зрушення. Рівномірно розподілені навантаження приведені до вузлових. Навантаження прикладаються кроковим методом. На першому етапі - вертикальне навантаження. На кожному наступному етапі - навантаження, що зрушують. Зрушувальне навантаження прикладається ступенями, загальна кількість яких не перевищує 12. Саме такий підхід прийнято при проведенні досліду за схемою «швидкого зрушення», коли кожна наступний ступінь прикладається через 10 - 15 с., а загальна тривалість досліду не перевищує 2 хвилин.

Розглядалося дві задачі: вивчення впливу допущень і спрощень, прийнятих у гіпотезах пружньо-пластичної задачі на кінцеві результати; і співставлення характеристик міцності ґрунтів і с, отриманих за рівняннями взаємозв'язку, наведених у попередньому розділі з отриманими при моделюванні, що дозволило оцінити величину запасу міцності у випадку розбіжності між отриманими результатами.

Висновки

1. Достовірна оцінка стійкості схилу потребує дослідження його сучасного стану, прогнозів виникнення цілком можливої критичної ситуації у майбутньому, вибору відповідної розрахункової схеми його руйнування і лише після цього - визначення фізико-механічних характеристик ґрунтів за методиками, що будуть відповідати вибраній розрахунковій при сучасному чи прогнозованому стані схилу.

2. Для зсувних схилів річних заплав і прохідних балок, розташованих у межах Дніпро-Сіверськодонецької лесової області, обґрунтовано типові розрахункові схеми зсувів, яким відповідає методика одноплощинного неконсолідованого-дренованого зрушення (НДЗ) визначення характеристик міцності ґрунтів. Ця методика характерна тим, що з умови того, що будь-який схил неминуче обводнюється при антропогенному впливі, при невеликих природних тисках збільшення ваги насиченого ґрунту незначне, тобто у цьому випадку практично відсутня консолідація ґрунту. Вважається, що ущільнення зразків перед зрушенням природним тиском забезпечує їх підготовку із фізичними характеристиками, які б найбільш точно відповідали природнім при прогнозованій критичній ситуації. Швидке проведення випробувань навіть в умовах можливості дренування води забезпечує практично незмінні їх значення до і після досліду.

3. Для визначення граничного опору ґрунтів за результатами лабораторних випробувань їх на НДЗ результати дослідів представляються у координатах «логарифм горизонтальних деформацій - логарифм дотичних напружень ». Цей прийом дозволяє однозначно визначити граничну рівновагу ґрунту як початок стадії його руйнування.

4. Для кожної із визначених у межах лесової області, що розглядається, трьох літолого-генетичних груп четвертинних відкладів, які складають схили, при умові їх повного водонасичення шляхом багатофакторного аналізу складені рівняння взаємозв'язку вигляду . Використання цих рівнянь дозволяє однозначно визначати і в умовах вузького діапазону значень вертикальних природних тисків, які необхідно приймати при лабораторних випробуваннях ґрунтів на зрушення.

5. За допомогою програми «Start - 2» промодельовано одноплощинне зрушення НДЗ лесового суглинку. Співставлення розрахунків і експериментів показало близькість значень характеристик міцності ґрунту. Допущення і спрощення, прийняті у алгоритмі рішення пружнопластичної задачі нелінійної механіки ґрунтів, привели до мінімальних похибок.

6. У процесі моделювання одноплощинного НДЗ лесового суглинку встановлені такі нові його особливості:

- граничний опір зрушенню (початок стадії його руйнування) відповідає тому стану зразка, коли біля 50% скінченних елементів із зони зрушення переходять у пластичний стан; це підтверджує достовірність прийнятого методу визначення граничного опору зрушення « - »;

- за розподілом нормальних напружень у зразку ґрунту виділені дві характерні зони; на ділянці, розташованій з протилежного боку від прикладення горизонтального навантаження, нормальні напруження перевищують вертикальний тиск на зразок у 1,3 - 2,5 рази; відповідно інша сторона має напруження у скінченних елементах у стільки ж разів менше; це свідчить про перекіс рухливої частини приладу.

7. Впровадження розробленої методики прогнозування механічних характеристик ґрунтів при оцінці стійкості схилів у межах Дніпро-Сіверськодонецької лесової області для основних типів зсувів показало відповідність розрахунків ознакам зсувних процесів, встановленим у результаті обстеження схилів.

Друковані праці за темою дисертації

1. Біда С.В. Великодний Ю.Й., Титаренко В.А. До питання визначення характеристик міцності ґрунтів при оцінці стійкості схилів // Вісн. Одес. держ. акад. буд-ва та архітект. - Одеса, 2001. - Вип. 45. - С. 224-227. (Автору належить розробка методики нормування характеристик міцності ґрунтів).

2. Титаренко В.А., Лобурець С.М. Визначення характеристик міцності ґрунтів при розгляді питання реконструкції зсувоутримуючих споруд // Будівельні конструкції - Міжвід. наук.-техн. зб. - К.: НДІБК, 2001. - Вип. 54. - С. 652-655. (Автору належить проведення експерименту і обробка отриманих результатів).

3. Проблеми, які потребують наукових досліджень при проектуванні і будівництві в умовах зсувних територій / С.В. Біда, Ю.Й. Великодний, В.А. Титаренко, А.М. Ягольник // Зб. наук. праць (галузеве машинобудування, будівництво). Полтава: ПДТУ, 2002. - Вип. 9 - С. 24-27. (Автору належать розрахунки впливу зміни характеристик міцності ґрунтів на витрати матеріалів при зведенні зсувоутримуючих споруд).

4. Особливості зсувонебезпечних територій м. Полтави / М.Л. Зоценко, Ю.Й. Великодний, С.В. Біда, В.А. Титаренко // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2002. - №5-6. - С. 39 - 43. (Автору належить частина досліджень по вивченню причин виникнення зсувів в м. Полтаві).

5. Титаренко В.А. До питання нормування характеристик міцності ґрунтів // Будівельні конструкції - Міжвід. наук.-техн. зб. - К.: НДІБК, 2003. - Вип. 58. - С. 176 - 180.

6. Титаренко В.А. Моделювання одноплощинного лабораторного зрушення // Зб. наук. праць (галузеве машинобудування і будівництво). - Полтава: ПолтНТУ, 2004. - Вип. 14. - С. 74-81.

Размещено на Allbest.ru