Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння

Експериментальними дослідженнями на приладі крутіння встановлено, що міцність грунту природної вологості при дилатансії збільшується, а міцність насиченого водою грунту в зоні зсуву - падає. Перехід грунту в тиксотропний стан відбувається під впливом динамічних, вібраційних або додаткових навантажен...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Білеуш, А.І., Кривоног, О.І., Філімонов, В.Ю., Зайченко, С.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут гідромеханіки НАН України 2014
Schriftenreihe:	Прикладна гідромеханіка
Schlagworte:	Науковi статтi
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116479
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння / А.І. Білеуш, О.І. Кривоног, В.Ю. Філімонов, С.Б. Зайченко // Прикладна гідромеханіка. — 2014. — Т. 16, № 3. — С. 3-13. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-116479
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1164792017-04-29T13:16:59Z Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння Білеуш, А.І. Кривоног, О.І. Філімонов, В.Ю. Зайченко, С.Б. Науковi статтi Експериментальними дослідженнями на приладі крутіння встановлено, що міцність грунту природної вологості при дилатансії збільшується, а міцність насиченого водою грунту в зоні зсуву - падає. Перехід грунту в тиксотропний стан відбувається під впливом динамічних, вібраційних або додаткових навантажень і супроводжується різким зниженням механічної міцності грунту. При цьому багато видів грунтів при певній щільності в зоні деформування з твердого стану переходять у неньютонівську рідину другої групи, яка міцності на зсув не має. Экспериментальными исследованиями на приборе кручения установлено, что прочность грунта естественной влажности при дилатансии увеличивается, а прочность водонасыщенного грунта в зоне cдвига - падает. Переход грунта в тиксотропное состояние происходит под действием динамических, вибрационных или дополнительных нагрузок и сопровождается резким снижением механической прочности грунта. При этом многие виды грунтов при определенной плотности в зоне деформирования из твердого состояния переходят в неньютоновскую жидкость второй группы, которая прочности на сдвиг не имеет. On the device torsion it is set experimental researches, that strength of soil of natural humidity increases at a dilatancy, and strength of saturated by water soil falls in the area of cut. Go to thixotropies soil condition is influenced by dynamic, vibration and additional loads and is accompanied by a sharp decrease in the mechanical strength of the soil. Thus many types of soils at a certain closeness in the area of deformation from the hard state pass to the non-Newtonian liquid of the second group, which strength on a change does not have. 2014 Article Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння / А.І. Білеуш, О.І. Кривоног, В.Ю. Філімонов, С.Б. Зайченко // Прикладна гідромеханіка. — 2014. — Т. 16, № 3. — С. 3-13. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1561-9087 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116479 624.131.37, 624.131.537 uk Прикладна гідромеханіка Інститут гідромеханіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Науковi статтi Науковi статтi
spellingShingle	Науковi статтi Науковi статтi Білеуш, А.І. Кривоног, О.І. Філімонов, В.Ю. Зайченко, С.Б. Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння Прикладна гідромеханіка
description	Експериментальними дослідженнями на приладі крутіння встановлено, що міцність грунту природної вологості при дилатансії збільшується, а міцність насиченого водою грунту в зоні зсуву - падає. Перехід грунту в тиксотропний стан відбувається під впливом динамічних, вібраційних або додаткових навантажень і супроводжується різким зниженням механічної міцності грунту. При цьому багато видів грунтів при певній щільності в зоні деформування з твердого стану переходять у неньютонівську рідину другої групи, яка міцності на зсув не має.
format	Article
author	Білеуш, А.І. Кривоног, О.І. Філімонов, В.Ю. Зайченко, С.Б.
author_facet	Білеуш, А.І. Кривоног, О.І. Філімонов, В.Ю. Зайченко, С.Б.
author_sort	Білеуш, А.І.
title	Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння
title_short	Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння
title_full	Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння
title_fullStr	Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння
title_full_unstemmed	Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння
title_sort	дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння
publisher	Інститут гідромеханіки НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Науковi статтi
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/116479
citation_txt	Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння / А.І. Білеуш, О.І. Кривоног, В.Ю. Філімонов, С.Б. Зайченко // Прикладна гідромеханіка. — 2014. — Т. 16, № 3. — С. 3-13. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.
series	Прикладна гідромеханіка
work_keys_str_mv	AT bíleušaí doslídžennâzmínimícnostígruntívuzonízsuvunapriladíkrutínnâ AT krivonogoí doslídžennâzmínimícnostígruntívuzonízsuvunapriladíkrutínnâ AT fílímonovvû doslídžennâzmínimícnostígruntívuzonízsuvunapriladíkrutínnâ AT zajčenkosb doslídžennâzmínimícnostígruntívuzonízsuvunapriladíkrutínnâ
first_indexed	2025-07-08T10:27:38Z
last_indexed	2025-07-08T10:27:38Z
_version_	1837074176377094144
fulltext	ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 УДК 624.131.37, 624.131.537 ДОСЛIДЖЕННЯ ЗМIНИ МIЦНОСТI ҐРУНТIВ У ЗОНI ЗСУВУ НА ПРИЛАДI КРУТIННЯ А. I. Б IЛ Е УШ∗, О. I. К РИ В ОН ОГ∗, В. Ю. Ф IЛ IМ ОН ОВ∗ С. Б. З АЙ Ч Е НК О∗∗ ∗ Iнститут гидромеханiки НАН України, Київ 03680 КиЇв – 180, МСП, вул. Желябова, 8/4 igmggs@ukr.net ∗∗ КАН "ДЕВЕЛОПМЕНТ", Київ 01032 Київ, вул. Льва Толстого, 57, БЦ 101 Tower, 26 эт. office@kandevelopment.com Получено 27.04.2014 Експериментальними дослiдженнями на приладi крутiння встановлено, що мiцнiсть грунту природної вологостi при дилатансiї збiльшується, а мiцнiсть насищеного водою грунту в зонi зсуву – падає. Перехiд ґрунту в тиксотропний стан вiдбувається пiд впливом динамiчних, вiбрацiйних або додаткових навантажень i супроводжується рiзким зниженням механiчної мiцностi ґрунту. При цьому багато видiв грунтiв при певнiй щiльностi в зонi деформування з твердого стану переходять у неньютонiвську рiдину другої групи, яка мiцностi на зсув не має. КЛЮЧОВI СЛОВА: дилатансiя, тиксотропiя грунту, зсув, крутiння, мiцнiсть грунтiв Экспериментальными исследованиями на приборе кручения установлено, что прочность грунта естественной вла- жности при дилатансии увеличивается, а прочность водонасыщенного грунта в зоне cдвига – падает. Переход грунта в тиксотропное состояние происходит под действием динамических, вибрационных или дополнительных нагрузок и сопровождается резким снижением механической прочности грунта. При этом многие виды грунтов при опре- деленной плотности в зоне деформирования из твердого состояния переходят в неньютоновскую жидкость второй группы, которая прочности на сдвиг не имеет. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: дилатансия, тиксотропия грунта, сдвиг, кручение, прочность грунтов On the device torsion it is set experimental researches, that strength of soil of natural humidity increases at a dilatancy, and strength of saturated by water soil falls in the area of cut. Go to thixotropies soil condition is influenced by dynamic, vibration and additional loads and is accompanied by a sharp decrease in the mechanical strength of the soil. Thus many types of soils at a certain closeness in the area of deformation from the hard state pass to the non-newtonian liquid of the second group, which strength on a change does not have. KEY WORDS: dilatancy, thixotropies of soil, shear, torsion, soil strength ВСТУП Зсуви, якi виникають пiд дiєю гравiтацiйних сил в рiзних частинах свiту, часто завдають великих збиткiв. При дослiдженнi зсувiв встановлено, що деякi з них рухаються дуже повiльно, а iншi – швидко. Повiльнi зсуви можливо розраховувати по вiдомим законам механiки ґрунтiв i вони вiд- повiдають рiвнянням стiйкостi. Зсуви, що рухаю- ться швидко, – це складна динамiчна структура. Дослiдження iнiцiацiї i руху швидких зсувiв ви- вчають у багатьох країнах свiту. На рис. 1 наведе- но наслiдки дiї швидких i повiльних зсувiв. Куренiвська трагедiя в м. Києвi сталася 13 бе- резня 1961 р. До її початку, на протязi певного ча- су, мав мiсце поганий нагляд за гiдротехнiчними спорудами (водоскиднi колодязi були засмiченi) i вiдвiд води через них був недостатнiй. Внаслiдок рясних опадiв вiльна ємкiсть за греблею на протязi двох вихiдних днiв була заповнена, i через дамбу ще вночi почали переливатися струменi води до- щового стоку. В греблi поверхневий потiк почав формувати яр, в який хлинула вода зi створено- го водосховища. Вiд 8 до 9 години ранку на вул. Фрунзе глибина водного потоку була бiльше ме- тра. З одного i другого бокiв бiля штучної рiчки накопичились трамваї, тролейбуси, автобуси, пов- нiстю забитi людьми. Значний потiк промив гли- бокий яр, в який зсунулись значнi маси насиченого водою ґрунту. Внаслiдок струсу маси водонасиче- ного ґрунту перетворились у в’язку рiдину. Поча- ткова висота валу з пульпи сягала 14 м. Така рiд- ка маса ґрунтiв за лiченi секунди ринулась вниз зi швидкiстю 5 м/с. О 9.30 пульпа дiсталася вул. Фрунзе та залила площу близько 30 га. В районi вул. Фрунзе висота валу зменши- лась вдвiчi. Поступово розрiджена пульпа ставала твердою. В такому виглядi висота цiєї маси дося- гла 3 м. Трамваї, тролейбуси, автобуси з людьми (деякi з них перевернуло, знесло вниз) були пов- нiстю накритi пульпою. Маса людей живими була похована пiд пульпою. Практично повнiстю зни- c© А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко, 2014 3 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 Рис. 1. Швидкi (верхнiй ряд) та повiльнi (нижнiй ряд) зсуви: 1 – Куренiвська трагедiя, м. Київ; 2 – зсув у Минамата, префектура Кумамото, Японiя; 3 – зсув, що розриває дерево i дiм, в Тунiсi; 4 – повiльний зсув, що розриває дiм, в м. Києвi щено трамвайне депо iм. Красiна, кiлька десяткiв його працiвникiв загинули. Куренiвська катастро- фа знищила 22 приватнi одноповерховi будинки, 5 двоповерхових, 12 одноповерхових будинкiв дер- жавного фонду, два гуртожитки та вбила сотнi людей. Зсувом в Японiї, що перетворився на селевий по- тiк, який показано на рис. 1, знищено 15 будинкiв, убито 15 чоловiк. Зсуви, якi змiщуються з невеликою швидкiстю, не створюють загрози життю людей i мають менш катастрофiчнi наслiдки. Значнi досягнення у вивченнi фiзики руйнуван- ня ґрунтiв та динамiки зсувiв отриманi проф. K. Sassa i його колегами в Науково–дослiдному iнсти- тутi по запобiганню лихам при Унiверситетi Кiото, Японiя [1]. З 1992 р. до теперiшнього часу ними розроблено кiлька типiв приладiв (DPRI – 3, 4, 5, 6, 7) по вивченню зсувiв та селевих потокiв в Япо- нiї. Такi прилади дозволяють моделювати форму- вання зони зрушення i вивчати динамiку швид- кого змiщення ґрунту та iншi явища, якi вiдбу- ваються у високошвидкiсних зсувах. Дослiджен- ня в Японiї на приладах DPRI проводять у рам- ках Мiжнародної програми по зсувах M101 та згi- дно завдань Мiжнародного консорцiуму по зсувах (ICL) i Органiзацiї Об’єднаних Нацiй. При розрахунках стiйкостi усiх видiв ґрунтiв в основах споруд, укосах насипiв та природних схи- лах необхiдно знати граничнi характеристики мi- цностi ґрунтiв, якi визначаються експерименталь- но з урахуванням впливу порового тиску при зру- шеннi в приконтактнiй зонi, що межує з стiйкими породами. Такими дослiдженнями опору зрушен- ню ґрунтiв у приконтактнiй зонi широко займаю- ться в Росiї, Японiї, США та iнших країнах. 1. КОРОТКИЙ ОГЛЯД РОБIТ ПО ДОСЛIДЖЕННЮ МIЦНОСТI ҐРУНТIВ Ґрунти є складними багатокомпонентними систе- мами, що складаються з трьох фаз: твердої, рiд- кої i газоподiбної. До твердої фази вiдносяться мi- неральнi частки ґрунту. До рiдкої складової вiд- носиться вода, кiлькiсть якої залежить вiд виду ґрунту, його вологостi, температури i засоленостi. Газоподiбна фаза представлена парами води i га- зами. Об’ємне спiввiдношення цих складових для бiльшостi глинистих i пiщаних ґрунтiв рiзне. Зале- жно вiд виду ґрунту, напруженого стану та його щiльностi об’ємне спiввiдношення мiж фазами мi- неральних частинок, води та газу мiняється, що iстотно впливає на будову i властивостi ґрунтiв та 4 А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 їхню мiцнiсть. Механiчнi властивостi ґрунтiв обумовленi вну- трiшнiми зв’язками (зчепленням i тертям) мiж компонентами, що складають ґрунти. Розрiзняють три основнi види внутрiшнiх зв’яз- кiв: молекулярнi, цементацiйнi i структурно– текстурнi, якi визначаються будовою i складанням ґрунтiв. Вони обумовленi процесами геологiчного формування гiрських порiд. Коли в ґрунтах вiдсутнi або зруйнованi цемен- тацiйнi i структурно–текстурнi зв’язки, то при дiї напружень в них розвивається повзучiсть. Повзу- чiсть – здатнiсть ґрунтiв розвивати пластичнi де- формацiї при незмiнних напруженнях. Явище ре- лаксацiї полягає в розслабленнi напружень у ґрун- тах при незмiннiй деформацiї. Реологiчнi властивостi ґрунтiв мають вирiшаль- не значення при оцiнцi їхньої мiцностi в приконта- ктнiй зонi. Пластичнi деформацiї течiї i релакса- цiя напруження протiкають при тривалiй дiї зов- нiшнього навантаження i пов’язанi з пластичними деформацiями на контактах мiнеральних часток, в’язкою течiєю води, зрушенням i перерозподiлом мiнеральних часток. Залежно вiд часу дiї зовнiшнього навантажен- ня розрiзняють миттєву i тривалу мiцнiсть ґрун- тiв. Мiцнiсть – це здатнiсть ґрунтiв сприймати навантаження без руйнування i утворення значної залишкової деформацiї. Пiд мiцнiстю ґрунтiв ро- зумiють їхню властивiсть у певних умовах спри- ймати дiю зовнiшнiх зусиль без руйнування. Межа мiцностi ґрунту – це така межа, при перевищеннi якої настає практично повне руйнування ґрунту, i вiн не може сприймати зусилля, що дiють на нього. Межа мiцностi виражається чисельним значенням дотичного напруження або девiатора напруження i має розмiрнiсть напруження. Пiд термiном "ме- жа мiцностi" розумiють стан ґрунту, вiдповiдний залишковому рiвню напруження. При виникнен- нi великих деформацiй (> 3–5 %) визначають мi- цнiсть ґрунту в позаграничному станi, коли пара- метри мiцностi змiнюються вiд пiкового значення до залишкових значень. До теперiшнього часу розроблено бiльше двох десяткiв умов мiцностi ґрунтiв. Огляд вiдомих умов мiцностi приведено у рядi робiт (О.I. Бо- ткiн, 1940; В.Г. Федоровський, 1985; М.В. Мали- шев, 1994 та iн.). Згiдно класифiкацiї, запропоно- ваної Chen W.-F. (1984), усi умови мiцностi роздi- ляють на однопараметричнi i двопараметричнi мо- делi. До однопараметричних моделей вiдносяться умови мiцностi Треска (1864), Мiзеса (1913), Lade– Duncan (1975). До двопараметричних моделей вiд- носяться умови, запропонованi Мором–Кулоном (1773, 1882). О.I. Боткiним (1940), Drucker–Prager (1952), М.В. Малишевим та iн. Запропоновано та- кож умови мiцностi або моделi ґрунту, якi назива- ють багатопараметричними. Серед них моделi ав- торiв: Rosco et al. (1968); Sandler–DiMaggio (1971, 1976); Vermeer (1978); Desai (1984); Prevost (1982); Ю.К. Зарецького (1983); Dafalias (1985). До най- бiльш складних з них входить до 10 незалежних параметрiв, якi визначають на основi дуже скла- дних i дорогих дослiдiв. При навантаженнi ґрунту в приладi для випро- бувань за характеристичним порогом грунт при певнiй щiльностi i величинi деформацiї розширю- ється. Розширення ґрунту при зрушеннi або збiль- шення його об’єму називають дилатансiєю. Лабораторнi випробування показують, що iснує так званий характеристичний порiг, при яко- му спостерiгається перехiд вiд умов стискування зразка грунту до його розширення (дилатансiї). Додатковий опiр зсуву, що має мiсце при дила- тансiї, визначають через кут дилатансiї ψ. Екс- периментально кут дилатансiї визначити складно, i здебiльше його встановлюють через кут внутрi- шнього тертя ϕ по залежностi мiж ϕ i ψ. В робо- тi [2] додатковий опiр зсуву, що виникає за раху- нок дилатансiї, рекомендується враховувати вве- денням додаткової величини зчеплення (зачепле- ння), на чому в свiй час наполягав В.А. Флорiн [3]. Характер поведiнки ґрунтiв при складному на- пруженому станi є багатостороннiм, тому велику кiлькiсть дослiджень було присвячено цим пита- нням. У класичнiй механiцi ґрунтiв проблеми, як правило, вирiшуються на основi iдеальної пружної моделi, де деформацiї i стiйкiсть задано одним зна- ченням характеристик мiцностi i деформацiйних модулiв. В основному використовуються критерiї Треска i Мiзеса. Складнiшi рiшення задач з на- ближенням до реальних умов отримують при ви- користаннi пружно–пластичної моделi. 2. ПРИЛАД ПО ДОСЛIДЖЕННЮ МIЦНОСТI ҐРУНТIВ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛIДЖЕНЬ Дослiдження, основною метою яких було визначе- ння причини, яка спонукає частину зсувiв руха- тися з катастрофiчною швидкiстю, проводили на приладi крутiння [4] методом кiльцевого зсуву. За- гальний вигляд приладу представлено на рис. 2. Його конструкцiя дозволяє задавати швидкiсть деформацiї зсуву в дiапазонi 0.0001–25.0 мм/хв., пiдтримувати її постiйною або змiнювати пiд час експерименту. Величина вертикального наванта- А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко 5 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 ження пiдтримується постiйною в автоматичному режимi з точнiстю 0.1 %. Вертикальна деформацiя зразка ґрунту фiксується датчиком перемiщень з точнiстю 0.01 мм. Величина порового тиску в зраз- ку ґрунту фiксується двома датчиками, один з яких розташовано в кiльцi, а другий – по центру зразка. Заданi параметри i показання датчикiв до 200 разiв за секунду записуються в файл формату txt, а також в режимi реального часу виводяться на екран ПК. Рис. 2. Прилад крутiння Пiсля завантаження зразка ґрунту в стакан з кi- лець, прикладання i стабiлiзацiї вертикальної де- формацiї пiдключали привiд i проводили випро- бування зразка ґрунту на зсув в умовах кiльце- вої деформацiї крутiння. Досягнувши стабiлiзацiї зусилля i визначивши величину граничного опору зразка ґрунту при заданому вертикальному наван- таженнi, вiдключали привiд i приєднували пiдвi- ску для гир. Пiсля цього рiвномiрно навантажу- вали гирi до величини граничного опору зразка ґрунту зсуву i прикладали динамiчнi навантажен- ня, збiльшуючи частоту коливань, чи повiльно до- вантажували пiдвiску до моменту швидкого зсу- ву ґрунту. При дослiдженнi деяких зразкiв ґрун- тiв були поодинокi випадки, коли пiдвiска з гиря- ми, загальна вага яких була меншою за граничний опiр ґрунту при зсувi, з прискоренням падала до- долу. Однак у бiльшостi дослiдiв деформацiї на зсув швидко досягали стабiлiзацiї. Процес зсуву також фiксувався на вiдеокамеру, що надалi до- зволяло визначити швидкiсть зсуву та його при- скорення. Пiсля закiнчення випробування i роз- бирання стакану з кiлець проводили фотозйомку зразка з метою визначення товщини зони зсуву δ. На рис. 3 розмiщено одну з таких фотографiй. Дослiдження проводились для 10 рiзновидiв Рис. 3. Вигляд зразка грунту пiсля зсуву ґрунтiв при 3–4 величинах вертикальних стиска- ючих напруженнях P . Для 5 з них, гранулометри- чний склад яких показано на рис. 4, нижче наве- дено результати дослiджень. Пiдготовку зразкiв ґрунтiв, товщина яких скла- дала 34–36 мм, проводили у вiдповiдностi до ви- мог ДСТУ Б В.2.1-4-96 (ГОСТ 12248-96) "Грун- ты. Методы лабораторного определения характе- ристик прочности и деформируемости"[5]. Перед проведенням випробувань визначали фiзичнi ха- рактеристики ґрунтiв по ГОСТ 5180–84. У випадку випробувань зразкiв природної щiль- ностi i вологостi, набiр кiлець необхiдної висоти за допомогою преса задавлювався в монолiт, при цьо- му використовували спецiальне рiжуче кiльце, яке одягалось на нижнє робоче кiльце стакана. Поряд з цим з монолiту вiдбирались зразки для визна- чення фiзичних характеристик ґрунту. Якщо ви- пробовували зразок з порушеною структурою, йо- го завантажували в стакан з кiлець i при необхi- дностi ущiльнювали. Стакан кiлець разом з ґрун- том зважували, що дозволяло, знаючи вихiдну ва- гу стакана кiлець i висоту зразка, в подальшому визначити його щiльнiсть. 3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛIДЖЕНЬ Нижче викладено частину результатiв випробу- вань ґрунтiв на зсув. На початку наведемо один результат дослiдження на зсув крупнозернистого пiску природної вологостi в приладi крутiння (рис. 5). Бiльш детально дослiдження мiцностi сипучих ґрунтiв наведено в [2]. Коли по площинi ковзання величини нерiвно- стей малi та зачеплення вiдсутнє (дилатансiї не iснує), то величина площi дотику практично не впливає на зусилля тертя. Цим пояснюється вису- нуте ще Кулоном положення про незалежнiсть си- ли тертя вiд площi тертя тiл. Для сипучих ґрунтiв 6 А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 Рис. 4. Гранулометричний склад дослiджених ґрунтiв зазначене положення не завжди має мiсце. З рис. 5 чiтко видно, що на опiр зсуву впливає зачеплення частинки пiску за частинку. При цьому опiр зсуву змiнюється при перемiщеннi часток ґрунту в зонi зсуву неупорядковано i неперiодично. Виходячи з цього, слiд наголосити, що для сипучих ґрунтiв постiйно збiльшувати опiр зсуву на кут дилатан- сiї ψ недоцiльно. Визначивши величину опору зсу- ву сипучого ґрунту, неможливо чiтко роздiлити її на частини, якi пов’язанi з тертям та дилатансiєю. За пропозицiєю Д.Ю. Соколовського [6] частину опору на зсув, яка пов’язана з дилатансiєю, слiд вважати зчепленням. З рис. 5 видно, що при дилатансiї об’єм ґрунту збiльшується. Якщо до початку зсуву пiсля стабi- лiзацiї деформацiї вiд вертикального навантаже- ння провести фiксацiю верхнього штампу, то при зсувi збiльшуються стискуючi напруження внаслi- док дилатансiї i у зразку ґрунту зростає опiр зсуву. Ступiнь зростання величини опору на зсув зале- жить вiд попереднього вертикального напружен- ня, щiльностi зразка i гранулометричного складу ґрунту. При цьому опiр на зсув крупнозернисто- го пiску зростає на 80–90 %. Гранулометричний i механiчний склад ґрунтiв iстотним чином впливає на характеристики мiцностi. При зсувi проходить значне ущiльнення пухких ґрунтiв. Для щiльних сипучих ґрунтiв на початку крутiння ущiльнення невелике, а надалi вiдбувається зменшення щiль- ностi (дилатансiя). Нижче наведено частину результатiв дослiд- жень мiцностi рiзновидiв ґрунтiв на приладi кру- тiння. На рис. 6 показано результати дослiдження на зсув зразка ґрунту з крупнозернистого пiску при P = 0.1 МПа. Пiсля прикладання до зразка вели- чини граничного напруження на зсув i стабiлiзацiї деформацiї зсуву включили вiбратор. Деформацiї на зсув активiзувались i пiдвiска з гирями поча- ла набирати прискорення 0.3g. Опiр ґрунту зсуву зменшився на 30 %. На початку активiзацiї зсуву поровий тиск у зразку змiнився, датчик по центру зразка показав пiдвищення порового тиску, а на кiльцi – його зниження. На рис. 7 приведено результати дослiдження на зсув зразка ґрунту з середньозернистого пiску при P = 0.3 МПа. Пiсля встановлення гир i забезпече- ння натягу троса, рiвного величинi граничного на- пруження на зсув та стабiлiзацiї деформацiї зсуву, включили вiбратор. Деформацiї швидко активiзу- вались i пiдвiска з гирями набрала прискорення 0.92 g. Поровий тиск по двом датчикам зрiс в 2.8 рази порiвняно з попереднiм дослiдом, причому два да- тчики показали пiдвищення порового тиску. Опiр ґрунту на зсув зменшився в 20 разiв. На рис. 8 показано результати дослiдження на зсув середньозернистого пiску при P = 0.2 МПа. Пiсля прикладання до зразка величини гранично- го напруження на зсув i стабiлiзацiї деформацiї крутiння активiзацiю деформацiї зсуву проводи- ли за рахунок збiльшення зусиль зсуву за допо- могою додаткового пiдкладання на пiдвiску гир невеликої ваги. Пiсля зрушення пiдкладання гир на пiдвiску призупиняли i вели спостереження за динамiкою зсуву. Зсув вiдбувався з прискоренням 0.90 g. Поровий тиск зрiс у датчику, що розташо- ваний по центру зразка на меншу величину, чим А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко 7 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 Рис. 5. Приклад дослiдження зразка крупнозернистого пiску на зсув: а – зусилля зсуву для трьох величин P ; б – вiдносна деформацiя; (δпоч – початкова висота зразка ґрунту, мм, ∆δ – величина вертикальної деформацiї, мм) у дослiдi, показаному на рис. 7. Поровий тиск у датчику, що розташований на кiльцi, зменшився. Опiр ґрунту на зсув зменшився в 12 разiв. Розглянемо далi результати дослiдження на зсув дрiбного пiску, що наведенi на рис. 9. До- слiд проводився при напруженнi стиснення P = = 0.2 МПа. Пiсля прикладання до зразка величи- ни граничного напруження на зсув i стабiлiзацiї деформацiї крутiння, активiзацiю деформацiї зсу- ву проводили за рахунок добавок невеликих за ва- гою гир на пiдвiску. Пiсля зрушення зразка пiдвi- ска з гирями почала набирати прискорення 0.85 g. Поровий тиск зрiс у датчику, що розташований по центру зразка ґрунту. Збiльшення порового тис- ку у датчику, який розташовано в кiльцi, сталося з запiзненням i спiвпадає з осадкою зразка. Опiр ґрунту на зсув зменшився в 17 разiв. Результати дослiдження на зсув дрiбного пiску при P = 0.1 МПа показано на рис. 10. Пiсля при- кладання до зразка величини граничного напру- ження на зсув i стабiлiзацiї деформацiї крутiння активiзацiю деформацiї зсуву добивались дованта- женням додаткових гир. Особливiсть дослiду, по- казаного на рис. 10, в тому, що поровий тиск у да- тчиках виник з запiзненням на 0.7 с пiсля початку активiзацiї деформацiй зсуву. Результати дослiдження на зсув супiску при P = 0.3 МПа показано на рис. 11. Пiсля прикла- дання до зразка величини граничного напруження на зсув i стабiлiзацiї деформацiї крутiння, активi- зацiю деформацiї зсуву добивались довантаження додаткових гир. Характерною особливiстю дослi- ду є те, що поровий тиск у датчику на кiльцi збiль- шився до початку розвитку активної деформацiї зсуву. Сама iнтенсивнiсть зсуву була меншою, нiж у дрiбному пiску (рис. 9). Опiр ґрунту на зсув зменшився в 3 рази. Наостанок наведемо результати дослiдження на зсув глини, якi проведено при P = 0.2 МПа i пока- зано на рис. 12. Пiсля прикладання до зразка ве- личини граничного напруження на зсув i стабiлi- зацiї деформацiї крутiння активiзацiї деформацiї зсуву добивались навiскою додаткових гир. Пiсля активiзацiї зсуву додання гир булo призупинено. Деформацiя зсуву продовжувалась практично без прискорення. Пiдвищення або зниження порового тиску в кожному з датчикiв на протязi зсуву про- ходило хаотично, без встановлення певної законо- мiрностi. Опiр глини на зсув зменшився на 5 %. Отриманi результати дослiджень можна поясни- 8 А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 Рис. 6. Результати дослiдження на зсув крупнозернистого пiску при P = 0.1 МПа Рис. 7. Результати дослiдження на зсув середньозернистого пiску при P = 0.3 МПа А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко 9 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 Рис. 8. Результати дослiдження на зсув середньозернистого пiску при P = 0.2 МПа Рис. 9. Результати дослiдження на зсув дрiбного пiску при P = 0.2 МПа 10 А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 Рис. 10. Результати дослiдження на зсув дрiбного пiску при P = 0.1 МПа Рис. 11. Результати дослiдження на зсув супiску при P = 0.3 МПа А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко 11 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 Рис. 12. Результати дослiдження на зсув глини при P = 0.2 МПа ти тим, що: – пiсля додаткового зрушення частинок насиче- них водою ґрунтiв у зонi зсуву, в якiй дiє грани- чний напружений стан, виникає розрiдження. Та- ке розрiдження подiбне явищу тиксотропiї, яке ви- никає при iнтенсивному струшуваннi або перемi- шуваннi ґрунтiв; – перехiд ґрунту в тиксотропний стан вiдбуває- ться пiд впливом динамiчних, вiбрацiйних або до- даткових навантажень i супроводжується рiзким зниженням механiчної мiцностi ґрунту; – тиксотропнi явища в глинистих ґрунтах виникають пiд впливом механiчної дiї, напри- клад, струшування, розмiшування, вiбрацiї. Подi- бне явище пояснюється переходом зв’язної води у вiльну воду, що супроводжується порушенням внутрiшнiх зв’язкiв. При цьому воднi оболонки в мiсцях колишнiх контактiв рiзко товщають, вна- слiдок чого структурнi зв’язки мiж частками по- рушуються i ґрунти швидко розрiджуються. Як видно з наведених дослiдiв, тиксотропiя притаман- на дрiбнозернистим водонасиченим ґрунтам. ВИСНОВКИ За наслiдками проведених дослiдiв сформулюємо наступнi загальнi висновки: 1. Встановлено, що в зонi зсуву при руйнуван- нi структури водонасиченого ґрунту останнiй пе- реходить з твердого стану в стан сумiшi "грунт– вода", яка не має мiцностi на зсув. Така сумiш має характернi властивостi неньютонiвської рiди- ни другої групи, у якої залежнiсть мiж напружен- ням змiщення i коефiцiєнтом в’язкостi змiнюється в часi. 2. Проведеними дослiдженнями встановлено, що мiцнiсть сипучого ґрунту є функцiєю умов руйну- вання i визначається початковою щiльнiстю, кру- пнiстю, вологiстю, мiцнiстю окремих зерен i поча- тковими стискуючими напруженнями. 3. Теорiя мiцностi Мора–Кулона для сипучих ґрунтiв за умови дилатансiї не спiвпадає з дани- ми дослiдiв. 4. Швидкi зсуви виникають у насичених водою суглинках чи дрiбнозернистих ґрунтах, якi в зонi зсуву можуть зменшувати мiцнiсть ґрунту до ну- 12 А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 3. С. 3 – 13 ля. При цьому швидкiсть зсуву залежить вiд в’яз- костi суспензiї в зонi розрiдження. Повiльнi зсу- ви розвиваються у щiльних глинистих ґрунтах, якi мало змiнюють опiр зсуву ґрунту в зонi деформу- вання. 1. Kyoji Sassa, Hiroshi Fukuoka, Gonghui Wang, Naohi- de IshikawaUndrained dynamic – loading ring – shear apparatus and its application to landslide dynamics.– Landslides: 2004.–1. P. 7-19 2. Бiлеуш А.I., Кривоног А.И., Кривоног В.В., Фили- монов В.Ф. Прочность сыпучих грунтов, облада- ющих дилатансией // Прикладна гiдромеханiка.– 2011.– Т. 13 (85), №2.– С. 23-33. 3. Флорин В.А. Основы механики грунтов.–Л.: Гос- стройиздат, 1959–1961.–Т.1. – 357 с.; Т.2.– 543 c. 4. Бiлеуш А.I., Фрiдрiхсон В.Л., Кривоног О.I. та iн. Патент України № 68380. Прилад крутiння.– К.: Бюл. N 6, 2012.– 5 с. 5. ДСТУ Б В.2.1-4-96 (ГОСТ 12248-96) Грунты. Ме- тоды лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.– К.: Укрархбудiн- форм, 1997.– 107 с. 6. Соколовский Д.Ю. Прочность и несущая спосо- бность дилатантирующего грунта.– Минск: Наву- ка и тэхнiка, 1994.– 236 с. А. I. Бiлеуш, О. I. Кривоног, В. Ю. Фiлiмонов, С. Б. Зайченко 13

Дослідження зміни міцності грунтів у зоні зсуву на приладі крутіння

Institution

Ähnliche Einträge