Диссертация (Влияние сезоннопромерзающих грунтов на фундаменты вертикальных стержневых элементов), страница 5

По нижнему обрезу в грунтеустанавливается постоянный уровень воды, питающий грунт в процессепромерзания. Величину пучения грунта на стенде в процессе опытов измерялипучиномерными стержнями, установленными нормально к поверхности откоса.Промораживание грунта в стенде проходило при температуре –10–12 °С.В процессе проведения опытов в условиях промерзания/протаиванияизменяли: влажность грунта W – от 25 до 30 %, объемный вес грунтаненарушенной структуры γ – от 2,20 до 1,95 г/см3 и объемный вес скелетагрунта γск – от 1,70 до 1,60 г/см.Для каждой крутизны откоса опыты повторяли трижды.29Исследованияпоказали,чтоприпромерзаниигрунтамоделивертикальных стержневых элементов, установленные на откосах, подвергаютсябоковым отклонениям поперек откоса в направлении его подошвы и поднятиюна различную величину в зависимости от крутизны откоса и глубины заделкифундаментной части.

Боковых отклонении моделей вдоль откоса во всехопытах почти не было. Боковые отклонения моделей, установленных наоткосах крутизной 1:1,25 и 1:1,50 с заглублением их фундаментной части на 15и 20 см, одинаковы по характеру, но различны по величине. Отклоненияпроисходили одновременно с поднятием моделей в результате пучения грунта.Скорость нарастания боковых отклонений оставалась постоянной припромерзании грунта до подошвы вертикального стержневого элемента.

Приувеличении глубины промерзания подошвы вертикального стержневогоэлемента скорость нарастания боковых отклонений происходила постепенно,хотя процесс пучения грунта и поднятия моделей еще продолжался. Полноезатухание боковых отклонений при глубине промерзания грунта на 20–30 смниже подошвы фундамента.При промерзании грунта до 30 см поднятие моделей проходило сравномерной скоростью. С увеличением глубины промерзания скоростьподнятия моделей снижалась. В отдельных опытах при промерзании грунтаниже подошвы фундамента наблюдалось горизонтальное смещение моделей внаправлении верхней части откоса. Такое явление можно объяснить тем, чтогрунт в нижней части стенда подвергался пучению в большей степени, чем вверхней.

При этом в результате смерзания грунта с боковой поверхностьюмодели фундамента возникает ее горизонтальное смещение в направлениименьшей величины пучения (рисунок 1.6).Наибольшеенакоплениебоковыхотклоненийпроисходитпромерзании грунта до глубины заложения фундаментной части моделей.при30Рисунок 1.6 – Графики зависимости боковых отклонениймоделей от крутизны откоса.С увеличением числа циклов промерзания/оттаивания происходитпостепенноеувеличениеостаточноговыпучиваниямоделей.Величинаостаточного выпучивания зависит от глубины заложения моделей и колеблетсяот 0,2 до 2,0 мм за один цикл. Вместе с тем, при протаивании грунта боковыхотклонений моделей не происходит.

Это объясняется тем, что моделивертикальных стержневых элементов при протаивании грунта не подвергалисьвнешнему воздействию.Сравнениерезультатовопытов,проведенныхпритемпературепромораживания грунта –10 и –12 °С, показало, что существенного различия ввеличинах и характере деформаций не наблюдалось.Наибольшие отклонения имели модели, установленные на откосекрутизной 1:1,25. С уменьшением крутизны откоса величина боковыхотклонений моделей при промерзании грунта уменьшалась. Минимальныеотклонения наблюдались у всех моделей, установленных на откосе крутизной1:1,75.

Это объясняется тем, что большей крутизне откоса соответствуетбольшая величина горизонтальной составляющем величины пучения грунта.Результаты наблюдений показали также, что величина боковогоотклонения вертикальных стержневых элементов в процессе промерзаниягрунта зависит от глубины заделки фундаментной части. Наибольшие боковыеотклонения возникали у моделей, установленных на откосе крутизной 1:1,25 сзаделкой фундаментной части в грунт на глубину 20 см. С увеличением31глубинызаделкифундаментнойчастибоковыеотклонениямоделейуменьшались.Минимальные боковые отклонения наблюдались у моделей вертикальныхстержневых элементов, установленных на откосе крутизной 1:1,75 с заделкойфундаментной части в грунт на глубину 35 см.Уменьшение суммарной величины боковых отклонений моделей сувеличением глубины заложения их фундаментной части можно объяснитьповышением сопротивляемости модели воздействию сил морозного пучения засчет большего заглубления в непромерзающий грунт.Сравнениерезультатовлабораторныхиполевыхисследованийпоказывает, что нарастание боковых отклонений как моделей, так ивертикальныхстержневыхэлементов,установленных на откосах, припромерзании грунта имеет одинаковый характер, но отличается по величине.Поэтому результаты исследований в лабораторных условиях могут бытьиспользованыдлякачественнойоценкиустойчивостифундаментоввертикальных стержневых элементов, установленных на откосах земляногополотна в пучинистых грунтах.1.5 Влияние вибродинамического воздействияна вертикальные стержневые элементыНатурныеиспытанияпоизучениюосновныххарактеристикколебательного процесса в грунтах насыпи и вертикальные стержневыеэлементы проведены Г.М.

Стоянович, В.В. Пупатенко, В.Н. Ли [48].Поданнымколебанийдатчиковрассматривалисьзначенияпространственных колебаний: вертикальнаые Az, горизонтальные поперечныеAy и горизонтальные продольные Ax..В результате обработки данных записей колебательного процессавертикальные стержневые элементы при воздействии более шестидесятипоездов получены следующие результаты.32Величина амплитуды колебаний в грунтах составляет с частотой 1,5–3,5Гц и у вертикального стержневого элемента с частотой 5–10 Гц, т.е.

имеютнизкочастотный характер.Изменение амплитуд колебаний по высоте вертикальных стержневыхэлементов представлено на рисунке 1.7. За начало отсчетов по высотевертикальных стержневых элементов Н0 принята отметка поверхности грунтаоткоса насыпи. Величина амплитуды колебания вызывает резкое возрастаниегоризонтальныхсоставляющихколебательногопроцессаисамихрезультирующих колебаний.. От обреза столбчатого фундамента и примерно дополовины опоры (4,55 м) значения горизонтальных колебаний в направлении Ахувеличились в 2,6 раза, а значения горизонтальных колебаний в направлении Ауувеличились в 2,4 раза. Вертикальные колебания остаются постоянными.7H0,м6513244321004080120160Аi, мкм 240Рисунок 1.7 – Изменение амплитуд колебанийпо высоте вертикальных стержневых элементов:1 – вертикальные Аz; 2 – горизонтальные Ах;3 – горизонтальные Ау; 4 – результирующие Ар33Величинаамплитудыколебаниянаповерхностигрунтавнепосредственной близости с фундаментом в 1,56 меньше, чем за пределамифундамента.

Затухание колебаний по глубине у фундаментной частивертикального стержневого элемента происходит значительно медленнее.1.6 Выводы по главе 11. Анализ работ показал особенность российской науки при оценкесезоннопромерзающих грунтов на основе достижений науки,примененияметодов численного моделирования и внедрение результатов исследований впрактику и в производство.2. Разработка модели промерзающего грунта необходима, так как онадолжна учитывать миграцию влаги в зоне промерзани грунтов основаниявертикальных стержневых элементов.3. В сезоннопромерзающих грунтах вертикальных стержневых элементахцелесообразнорасматриватьсовместнуюоценкунапряженно-деформированного состояния грунта вокруг вертикального стержневогоэлемента в процессах промерзании, морозного пучения, оттаивания ивибродинамического воздействия во все периоды года.4.

В настоящее время прогноз изменения НДС массива грунта основаниявертикальных стержневых элементов целесообразно выполнять методамиматематического моделирования с использованием метоа конечных элементов.5.Цельюматематическойдиссертационнойработымоделипозволяющейгрунта,заключаетсявразработкеучитыватьнакоплениемиграционной влаги в оттаивающих глинистых грунтахи влияние ее наснижение деформационных и прочностных характеристик грунтов основаниявокруг вертикальных стержневых элементов. и6. Были проанализированы деформации морозного пучения в основаниифундаметноввертикальныхстержневыхэлементовивлияние34вибродинамического воздействия на изменение характеристик оттаивающихгрунтов основания.7.

В сезоннопромерзающих грунтах боковые отклонения вертикальныхстержневыхэлементовприоттаиваниигрунта,возникающиеподнезначительной нагрузкой, тесно связаны с процессом промерзания грунта ивозникают ежегодно и особенно в весенне-осенний период времени.8. Отклонения вертикальных стержневых элементов, возникающие приежегодном оттаивании промерзшего грунта не затухают и ежегоднонакапливаются.

Скорость отклонения неодинакова для всех вертикальныхстержневых элементов и зависит от мерзлотно-грунтовых и других условий вместах их размещения. Основными причинами, вызывающими ежегодныеотклонения ВСЭ при оттаивании слоя грунта являются ослаблнние грунтавследствие насыщения миграционной влагой и разжижением их привоздействии вибродинамической нагрузки.9. Вертикальные стержневые элементы, установленные на нулевыхместах и на откосах, находятся в условиях неравномерного промерзания грунта.Нестационарность промерзания-оттаивания вызывает повторный характеруменьшения характеристик промерзающего грунта и как следствие несущейспособности грунтов.10.