Файл: Вовк, А. А. Действие взрыва в грунтах.pdf

Т а б л и ц а 41

Зависимость интенсивности касательных напряжений в суглинке от среднего гидростатического давления

иых, вначале с возрастанием уровня гидростатического давле­ ния происходит рост интенсивности и касательных напряжений, причем тем больше, чем меньше влажность грунта. При дости­ жении некоторого уровня давления касательные напряжения достигают максимальной величины, а дальнейшее нагружение приводит к уменьшению касательных напряжений в грунте до перехода его в состояние сжимаемой жидкости, когда Т( Р) =0. Увеличение начальной влажности не только приводит к умень­ шению максимальных величин касательных напряжений, но и уменьшает уровень гидростатического давления, при котором функция пластичности становится убывающей переменной. Это указывает на то, что увеличение влажности снижает сопротив­ ление грунта сдвигу и уменьшает пределы применимости при­ веденного выше условия пластичности.

В общем виде нагрузочная ветвь зависимости в условиях эксперимента удовлетворительно записывается выражением:

где а, р, у — эмпирические коэффициенты, зависящие от свойств и влажности грунта.

Однако разгрузочная ветвь функции пластичности не совпа­ дает с ветвью нагружения. Уменьшение уровня давления приво­ дит к монотонному убыванию функции пластичности, что дает возможность в первом приближении аппроксимировать ее ли­

где а', Ь' — эмпирические коэффициенты в деформированном грунте.

Внешне это выражение аналогично закону Кулона для окта­ эдрической площадки, поэтому с точностью до постоянных мно-

195

жителей коэффициенты аг и Ь' можно представить как характе­ ристики угла внутреннего трения и сцепления в грунте, которые последний приобретает в результате динамического воздействия.

Т а б л и ц а 42

Зависимость прочностных показателей, проявляемых при динамической нагрузке, от весовой влажности

В табл. 42 приведены экспериментальные данные о зависи­ мости сцепления и коэффициента внутреннего трения, проявля­ емых при динамическом нагружении, от весовой влажности. Как видно из этих данных, коэффициент внутреннего трения при увеличении начальной влажности неуклонно убывает, при­ ближаясь к значению, которое грунт имеет в состоянии грунто­ вой массы.

Изменение сцепления носит более сложный характер. С уве­ личением влажности до 15—17% его величина растет до опреде­ ленного предела. Дальнейшее повышение влажности приводит к уменьшению сцепления, величина которого при полном влагонасыщении мала. Коэффициент внутреннего трения и сцепление в деформированном грунте определялись как по динамическому условию пластичности, так и на приборах Маслова—Лурье при статическом нагружении.

Характер зависимостей сцепления и угла внутреннего трения от влажности, определенный по различным методикам качествен­ но идентичен. Однако абсолютные величины сцепления, опреде­ ленные по стандартным методикам при одинаковых влажностях, в два раза превышают величины сцепления, определенные по разгрузочной ветви функции пластичности. Расхождение в аб­ солютных величинах угла внутреннего трения становится все более значительным с увеличением начальной влажности.

Наблюдаемое расхождение в абсолютных величинах опреде­ ляемых характеристик объясняется тем, что при испытании грунтов на сдвиг наблюдается явление консолидации. Образцы

196

испытываются в условиях, когда сжимающая нагрузка воспри­ нимается скелетом грунта, а вода отфильтровывается. При ди­ намическом нагружении и деформировании фильтрации не про­ исходит, поэтому нагрузка воспринимается не только твердым, но в значительной степени и жидким компонентом грунта, что сказы­ вается на уменьшении прочностных характеристик. При расшиф­ ровке осциллограмм одноосного деформирования установлено, что максимальные величины объемного деформирования (чис­ ленно равные в условиях эксперимента величине вертикальной деформации образца) происходят при начальной влажности 20%. Другими словами, указанная величина влажности при по­ стоянном уровне импульсного нагружения создает самые бла­ гоприятные условия для максимального увеличения плотности и уменьшения коэффициента пористости.

Как известно из работ по механике грунтов, сцепление и угол внутреннего трения возрастают при уменьшении коэффициента пористости и увеличении влажности. Увеличение начальной влажности до 16%, создавая благоприятные условия для дефор­ мирования, приводит к увеличению абсолютной величины сцеп­ ления в деформированном грунте, в три раза превышающей на­ чальные. Дальнейшее увеличение влажности, несмотря на уменьшение коэффициента пористости, сопровождается умень­ шением сцепления.

Наряду с исследованием изменений прочностных показате­ лей грунтов в образцах производилось исследование изменений прочностных показателей грунтового массива вокруг очага взрыва.

Объектом исследования были выбраны суглинки эксперимен­ тального взрывного полигона АН УССР со следующими физико­ механическими свойствами: объемный вес у = 1,96-=-1,99 г/см3', объемный вес скелета уск= 1,70-4-1,74 г/см3; пористость 35,3—

В толще суглинков производились взрывы камуфлетных со­ средоточенных и вертикальных цилиндрических зарядов, после чего проводился комплекс исследований, в задачи которого вхо­ дило: определение прочностных параметров и характера их из­ менения в уплотненной взрывом зоне; изучение влияния симмет­ рии зарядов на формирование параметров прочности и разме­ ры зоны их изменения; установление наличия тиксотропных из­ менений в грунтах при воздействии взрывных нагрузок.

Искомые параметры с и ф определялись с помощью методов пенетрации и вращательного среза. Для этой цели использовал­ ся полевой плотномер-крыльчатка конструкции Л. П. Загоруйко.

197

Методика исследований заключалась в следующем. На раз­ личных удалениях от будущего центра заряда на горизонте его размещения (для сосредоточенных зарядов) и на 1—1,2 м ниже отметки верхнего торца (для цилиндрических зарядов) опреде­ лялись величины R и т (соответственно удельное сопротивление пенетрации и сопротивление вращательному срезу) в массиве неуплотненного грунта в пределах предполагаемой зоны уплот­ нения, размеры которой рассчитывались по рекомендациям [25]. После замеров скважины заполнялись грунтом с послойным трамбованием, чтобы исключить искажение волновой и дефор­ мационной картины в момент взрыва. После производства экс­ периментальных взрывов в непосредственной близости (15— 20 см) от ранее использованных бурились новые скважины, из забоя которых определялись те же характеристики, но уже в де­ формированном грунте. Предусматривалось три серии испыта­ ний: первая непосредственно после взрыва (в течение 2—3 ч), следующая через 5—7 дней и третья через 30—35 дней.

Обработка результатов экспериментов позволила установить следующее. Величина сцепления в непосредственной близости от стенок образуемых полостей и далее в глубь массива после взрывов сосредоточенных зарядов возрастает по сравнению с той, которую грунт имел в естественном недеформированном состоянии, в 2—2,3 раза; при взрывах зарядов с осевой симмет­ рией величина возрастания несколько больше: в 2,3—2,5 раза

(табл. 43).

При изменении параметров зарядов (увеличении веса сосре­ доточенных или погонного расхода цилиндрических) величина прироста сцепления не изменяется и остается примерно постоян­ ной, увеличиваются линейные размеры области, в которой сцепление достигает максимальных величин.

Установлено, что если выразить расстояние от центра заря­ да до экспериментальных точек в относительных величинах (в радиусах заряда), то характер изменения величины сцепления в пределах от 8—10 до периферийной зоны, где изменения ис­ следуемых параметров не наблюдается, для зарядов с одинако­ вой симметрией независимо от веса графически выражается близкими кривыми.

Анализируя приведенные данные, видим, что по мере удале­ ния от центра заряда величина сцепления грунта резко убывает и на расстояниях 23—25 г3 для сосредоточенных и 50—55 г3 для цилиндрических зарядов становится равной той, которую грунт имел в естественном недеформированном состоянии. Далее в глубь массива происходит уменьшение сцепления до величин в 1,5—2 раза меньше начальных, а с приближением к границам зоны деформаций и, как правило, выходя за ее пределы на 8— 10 г3 для сосредоточенных и 18—22 г3 для цилиндрических заря­ дов, сцепление снова возрастает до начальных величин.

198

Т а б л и ц а 43

Изменение сцепления и угла внутреннего трения деформированного взрывом грунтового массива

Сосредоточенные заряды