Файл: Булычев, В. Г. Механика дисперсных грунтов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 108

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

1. Предварительное кипячение грунта в воде

значительно

уменьшает объемное сжатие грунтовой массы, что

может

быть объяснено удалением в процессе кипячения

 

основной

массы мелкодисперсного и растворенного воздуха.

 

2. Наличие значительной разницы между кривой

 

тарировки

и кривой объемного сжатия после кипячения является, по—ви­

димому, результатом

либо

объемного сжатия самого

скелета

глины

(что противоречит принципу Терцаги-Герсеванова) ли­

бо присутствия

в скелете

воздуха (газа) даже после кипяче­

ния. Используя

данные о грунте,

а также известные формулы:

 

 

 

 

3 (1

- 2

П

}

 

 

(109)

 

 

Fo =

 

ß

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

ß

-

см. формулу

(9 5 ),

нетрудно

определить

модули

Е0 грунта

(соответственно без

кипячения

и после

кипяче­

ния):

Е0

= 1Q1

кГ/см^;

 

Er,

~ 128 0 кГ/см^.

 

 

У Г.Б.К.

 

и Г.П.К.

 

 

 

Характеристики грунта

(юрской глины)

до опыта таковы:

Влажность........................................

 

 

 

 

 

 

 

ИЛ=29,1%

Объемный в е с ................................

 

 

 

 

 

&,=1,7Я%

Удельный в е с ...............................

 

 

 

 

 

У =2,81

Пористость

......................................

 

 

 

 

 

 

п =50,9%

Гранулометрический

анализ в %:

 

 

0,5

> 0 , 0 5 ........................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 ,5 - 0 ,0 0 1 ............................

 

 

 

 

 

 

35,5

< 0 , 0 0 1

.......................................

 

 

 

 

 

 

 

4 4 ,8

 

с о л е й .........................................

 

 

 

 

 

 

 

 

19,2

ГЛАВА Ш. КОМПЛЕКСНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ МЕТОДОМ ЦЕНТРОБЕЖНОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ

1. Общие соображения

 

 

Необходимость определения физико-механических

свойств

грунтов диктуется стремлением установить главным

образом

прочность этих грунтов и взаимосвязь давления

и

деформа­

ции. Если бы мы имели дело с однородным упругим

матери­

алом, то для установления этой взаимосвязи

целесообраз­

нее было бы исходить из известных положений

сопротивле­

ния материалов. Иначе говоря, в этих случаях

достаточно

было бы непосредственно определить модуль упругости мате­ риала.

1 5 0

Другое дело, когда исследуемым материалом

является

грунт. Как и ряд других материалов (бетон, дерево),

грунт

неполностью подчиняется закону Гука, а установление

его

механических свойств, как упругопластического

материала,

представляет особые трудности. Кроме того, из-за многофаз-

иости грунт может находиться в различном состоянии,

пере­

ходя из одного состояния в другое по мере изменения

соот­

ношения его фаз.

 

 

Таким образом, при установлении механических

свойств

грунтов в обычных лабораторных условиях нельзя

ограни­

читься непосредственным определением зависимости

 

дефор­

маций от давления. Однако при применении метода

центро­

бежного моделирования часто оказывается возможным

 

отка­

заться от определения многочисленных физико—механических характеристик грунта.

Как мы увидим ниже, этот метод центрифугирования

грун­

тов применим для решения сложных задач, требующих

при

других способах исследования определения многих

физико­

механических и даже физико-химических характеристик.

 

По мнению проф.

Покровского,

идея центробежного

моде­

лирования возникла

еще в 1 9 3 2 г.

одновременно

(но совер­

шенно независимо)

у трех авторов - инж. Бекки (США),проф,

Давиденкова (Ленинград) и проф. Покровского (Москва). Од­ нако инж. Бекки ограничился простейшими опытами, не дав­ шими практических результатов. Проф. Давиденков спроекти­ ровал большую испытательную машину, которая, к сожалению,

осталась невыполненной. Та же идея, воплощенная

проф.

Покровским в определенной конструкции машины, нашла

при­

менение

в различных организациях нашей страны. Проф. Пок­

ровским

создана также теория центробежного моделироваі ня,

основы которой в общих чертах излагаются ниже.

2. Теоретические предпосылки

 

При рассмотрении основных условий моделирования-*-

де­

формаций и напряжений в грунте ограничимся случаем,

когда

действующие силы зависят только от массы устанавливаемо­ го на грунте сооружения и собственной массы грунта. Кроме

того, будем считать все силы

постоянными

во времени. Эти

условия позволяют изобразить

действующее

в

произвольной

Более подробно вопросы моделирования вообще и центро­ бежного, в частности, излагаются в работах Н.А. Наседкина.

1 5 1

точке

системы

напряжение

N

(тангенциальное

или нормаль­

ное) в виде функции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 1 0 )

где

Н а, ,

-

сумма

отношений именованных величин,

ха-

 

 

 

растеризующих форму данной системы и, сле­

 

 

 

довательно, не зависящих от масштаба;

 

 

 

ъ - сумма количественных характеристик матери­

 

 

 

алов, составляющих данную систему;

 

 

И /3, г

. —сумма

произведений, характерных для

систе­

 

 

 

мы линейных размеров, на

соответствующие

 

 

 

плотности материалов, т. е.

Р Н М.

 

Для

уяснения функции (1 1 0 )

представим себе

напряжение

N , которое может возникнуть на поверхности подстилающего

слоя от давления вышележащего неоднородного грунта,

со­

стоящего из трех слоев:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н1§нг+ НъЗ*ь •

 

( H l )

Простота выражения

( i l l )

объясняется

условиями

задачи,

где величины

а,

г 3

и

г ъ отсутствуют.

 

 

Таким образом,

при изменении величины

Н

и сохранении

геометрического подобия и свойств материалов модели вели­

чина

N

также изменится. Чтобы сохранить величину

N по­

стоянной, необходимо,

уменьшая масштаб сооружения,

увели­

чить

его

плотность, т

. е. заменить легкий материал

более

тяжелым. Конечно, заменяя один материал другим, мы нару­ шим условия полного подобия, поэтому значительно удобнее

увеличить плотность моделируемого материала,

подвергнув

всю систему движению с некоторым ускорением.

 

Если плотность З'м представить как произведение коэффи­ циента плотности р на ускорение силы тяжести g и в то же время изменить величину g , вызвав в системе инерци­ онные силы, то получим

Sv, = />(S - 7 )•

П. = g

(112)

Заменяя векторное суммирование величиной

+ J. ,

будем иметь:

 

 

5 м а = / , ° -

 

<1 1 3 >

Таким образом, в суммарном силовом поле

приложенной

энергии и земного притяжения величина

является

объ­

емной силой.

 

 

1 5 2

 

 

Уменьшая модель сооружения в

п

раз, согласно

преды­

дущему,

полупим:

Н

 

 

 

 

SM

 

или

H S и = —

 

nSn

S h„

(1 1 4 )

 

Применив выражения (113) и

(114), полупим:

 

откуда

ПРЗ = Р а ■>

 

 

J-

(115)

 

a = n g ,

где

П —масштаб моделирования.

 

 

Таким образом, при рассмотренных условиях основное пра­

вило. моделирования можно формулировать следующим

обра­

зом:

объемные силы, действующие на модель сооружения на

грунтовом основании, должны превосходить силу

тяжести

во столько раз, во сколько модель меньше сооружения.

 

Поместив модель в центрифугу с вертикальной

осью

вра­

щения, можно определить велипину суммарного

ускорения,

действующего на данную топку модели, по формуле:

 

 

я=)А§-1 ч-а/*/?г

 

(116)

где

(JlR - ускорение вращательного движения;

 

 

 

R - расстояние данной топки от оси вращения;

 

 

СО —угловая скорость.

 

 

Задаваясь масштабом моделирования, нетрудно на основа­ нии формул" (1 1 5 ) и (1 1 6 ) подобрать угловую скорость вра­ щения, которая будет равна

В формулу (116) входит велипина г , поэтому полуна— ется, пто при одном и том же масштабе топки модели, раз­ ноудаленные от центра вращения, будут вращаться с разными угловыми скоростями. Для того нтобы проистекающие отсюда ошибки были в допустимых пределах, необходимо, нтобы размеры модели были знанительно меньше радиуса машины.

Однако в свою опередь знапительное уменьшение

модели

приводит к росту ошибок наблюдений, тогда как

увелинение

Г сильно удорожает стоимость машины, Таким образом,

вы­

бор подходящих размеров машины представляет собой

слож­

ную задапу. Все же на основании опыта можно сказать,

пто

оптимальным следует спитать радиус центрифуги

2 -3

м.

 

1 5 3

Теоретически, анализируя специальные условия

моделиро­

вания сооружений на грунтовом основании, проф.

Покровский

приходит к следующим выводам.

 

 

 

 

 

 

1. В грунте, помещенном в центробежную машину,

высота

капиллярного поднятия

воды

ha во столько

раз

 

меньше

поднятия воды в действительности

h

, во сколько

раз

мо­

дель меньше действительного сооружения, т. е.

 

 

 

Следовательно, весь сложный комплекс явлений,

 

происхо­

дящих в грунте из-за наличия в нем капиллярной воды,

на

центрифуге воспроизводится

правильно.

 

 

 

 

 

2. Для того чтобы увеличение плотности воды,

находящей­

ся в местах контакта частиц грунта, не изменило

сил сцеп­

ления, а следовательно, и свойств грунта, необходимо

со­

блюдать следующее соотношение размеров частиц с

масшта­

бом моделирования:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Радиус

частиц г

0,1

0 ,0 1

0 ,0 0 1

0 ,0 0 0 1

0 ,0 0 0 0 1

Масштаб моделей п 4 7 0 4 7 0 0

47 0 0 0

4 7 0

0 0 0

4 700 00 0

3.

Трение грунта

о стенки подвешенной

к центрифуге

ка­

ретки не только не

приносит вреда,

но может быть

весьма

полезным, так как приближает условия опыта к действитель­

 

ности.

При описанных условиях все процессы, связанные

с

4 .

фильтрацией (и вообще с вязкими деформациями), ускоряются

п

раз,

т. е.

ta =

п 1

(1 1 9 )

 

t

 

 

Где

-

время,

необходимое

для продвижения воды

в

 

tQ-

грунте

моделируемого сооружения;

 

 

 

время,

необходимое для продвижения

воды

в

 

 

 

грунте

модели сооружения при центрифугирова­

 

 

 

нии с

масштабом

п .

 

 

5.

Необходимо, чтобы грунт в действительности и

 

грун

в модели были одинаковы. Многих приводит в смущение,

что

при этом естественные размеры частиц грунта

будут

масш­

табно несоизмеримы с размерами модели, т. е.

частицы

бу­

дут как бы непомерно увеличены. Эти опасения

неоснова­

тельны, так как, применяя центробежную силу,

мы изменяем

только свойства, зависящие от масштаба всего

сооружения,

свойства же грунта, обусловленные размерами частиц,

оста­

нутся тождественными в действительности и в

модели.

 

 

1 5 4

Смотрите также файлы