Диссертация (Влияние сезоннопромерзающих грунтов на фундаменты вертикальных стержневых элементов), страница 7

Проанализирована математическая модель сезоннопромерзающегогрунта «Termoground». Сперва решается задача определения влажностных итемпературных полей. В итоге решения в промерзающей и талой зонахоснования вертикальных стержневых элементов определяются температура ивлажность грунта в мерзлой и талой зонах основния в годичном цикле. Далеерешаетсязадача оценки НДС сезоннопромерзающихгрунтов основаниявертикальных стержневых элементов в процессе промерзания и оттаивания вгодичном цикле.432.

Теплофизическая часть модели промерзающего и оттаивающего грунтаучитывает: нестационарность, физическую и теплофизическую нелинейностьработыгрунтовоснованиявертикальныхстержневыхэлементовприпромерзании и оттаивании в пространственной постановке. Эти условияучитывают фазовый переход воды в лед в интервале отрицательныхтемператур. Это явление позволяет в зоне промерзания влаги учесть миграциювлаги к фронту промерзания.

Это негативное влияние у границы промерзанияот уровня подземных вод вызывает деформации морозного пучения изначительные просадки в процессе оттаивания.3.Миграциявлагикфронтупромерзаниязависитоттипасезоннопромерзающих слоев основания и возможной быстротой промерзания.Повышение влажности сезоннопромерзающих грунтов за счет миграцииявляется фактором для исследования процессов морозного пучения иоттаиваниявсезоннопромерзающихгрунтахоснованиявертикальныхстержневых элементов.4. Напряженно-деформированное состояние промерзающего грунтаоснования вертикальных стержневых элементов оценивается следующимобразом: увеличением объема грунта при замерзании за счет предзимнейвлажности; увеличением объема грунта в процессе промерзания миграционнойводы;образованиетрещиннаповерхностиипоглубинесезоннопромерзающего основания.5.Напряженно-деформированноесостояниеоттаивающегогрунтаоттаивания можно следующими методами: по выполненным испытаниямпромерзшего грунта или по ранее установленным зависимостям, используяреальные физические показатели сезонномерзлого грунта.6.

В зависимости от изменения влажностных полей в годичном циклепроисходит снижение деформационных и прочностных характеристик грунтоввокруг вертикальных стержневых элементов, что влияет на сдвиговыедеформации оттаивающего основания. Данный процесс учитывается в этапеопределения напряженно-деформированного состояния грунтов основания в44процессе оттаивания основания фундаментов вертикальных стержневыхэлементов.45ГЛАВА 3ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯСЕЗОННОПРОМЕРЗАЮЩИХ ГРУНТОВ НА ФУНДАМЕНТЫВЕРТИКАЛЬНЫХ СТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ3.1 Исследование взаимодействия сезоннопромерзающих грунтовс вертикальными стержневыми элементамиВ этой главе приведены результаты комплексного исследованиявзаимодействия сезоннопромерзающих грунтов с вертикальными стержневымиэлементамисиспользованиемсовременныхаппаратно-программныхкомплексов предназначенным для инженерно-геологического обследованиягрунтов основания.В первом блоке исследований проводится геодезическая съемка,определяются величины отклонения от проектных положений вертикальныхстержневых элементов и определяется глубина заложения их фундаментов.Во втором блоке исследований выполнены работы по георадарномуобследованию, сейсмопрофилированию, мониторингу температуры грунтовоснования вертикальных стержневых элементов, лабораторным исследованиямгрунтов основания.Совершенствованиеэлементнойбазыгеофизическойаппаратурыпозволяет использовать ее для решения широкого круга практических задач вобласти обследования грунтов земляного полотна и самих вертикальныхстержневых элементов.

Современные сейсморазведочные станции на базе24-битных аналого-цифровых преобразователей, а также соответствующеепрограммное обеспечение обеспечивают решение следующих задач приопределении условий эксплуатации вертикальных стержневых элементовжелезных дорог [44, 94].1. Исследование распределения физико-механических характеристикгрунтов основания вокруг вертикальных стержневых элементов.462. Литологическое распределение грунтов в области фундаментоввертикальных стержневыхэлементов, с выделением ослабленныхзоннепосредственно в его основании.3. Изучение вибродинамического воздействия подвижного состава нагрунты основания вертикальных стержневых элементов.4.

Визуальноеобследованиетехническогосостоянияилинейныхразмеров вертикальных стержневых элементов с определением глубинызаложения фундаментов.Первые три задачи решаются с помощью методов, известных винженерной сейсморазведке и сейсмометрии. Для решения конкретной задачивыбираютсядатчикиссоответствующимихарактеристиками,режимырегистрации колебаний, периоды дискретизации и динамический диапазонрегистрирующей аппаратуры, усиление и способы фильтрации входногосигнала.Четвертаязадачаотноситсякобластинеразрушающихметодовобследования строительных конструкций, и ее решение находится внеметодологииинженернойгеофизики,применяемойдляисследованиягеологических слоев.

С другой стороны, существующие методы дефектоскопиии определения прочности (ультразвук и склерометрия) для железобетонаявляются локальными и могут быть использованы лишь как вспомогательные,когда необходимо иметь интегральные оценки технического состояния илинейных размеров целого вертикального стержневого элемента.Определение дефектов в материале вертикального стержневого элементаимеет важное, но не первостепенное значение, так как она не является несущейконструкцией и, как правило, деформируется как единое целое вследствиенарушения технологии строительства и эксплуатации.

Кроме того, самидефекты, трещины и сколы являются следствием деформаций в ее основаниипри выпучивании или изначальной недостаточной глубине заложения [44, 94].Определениеглубинызаложениявгрунте.Контрольглубинызаложения вертикального стержневого элемента на эксплуатируемых железных47дорогах является важной практической задачей. Ввиду их большого количестваи отсутствия прямого доступа к подошве фундамента вертикальногостержневого элемента, альтернативы неразрушающим методам не существует.Поскольку надземная часть вертикального стержневого элемента доступна дляпрямого измерения, то для определения величины заглубления достаточноопределить длину всего вертикального стержневого элемента и вычесть из неедлину надземной части.Если рассматривать вертикальный стержневой элементкак тонкий стержень (продольные размеры которого намного превышаютпоперечные), то его длину, м, можно представить в виде:LnVP,2 fn(3.1)где Vp – скорость распространения продольной волны, м/с;fn – резонансная частота, Гц;n = 1, 2, 3.Выражение (3.1) является граничным условием дифференциальногоуравнения для продольной волны в стержне, вибрирующем на собственнойчастоте.

Для определения длины вертикального стержневого элементанеобходимо иметь два параметра – скорость продольной волны Vp и частоту fn.Резонансную частота определяется путем преобразования Фурье и по нейопределяют амплитудно-частотную характеристику (рисунок 3.1).1500000Амплитуда10000005000000-500000-1000000-15000000,000,020,040,060,08Время, с0,100,120,14Рисунок 3.1 – Запись колебания вертикального стержневого элементаконтактной сети при ударе48Для проведения эксперимента [23] был выбран вертикальный стержневойэлемент № 155 (рисунок 3.2).Рисунок 3.2 – Аппаратно-программный комплекспри проведении эксперимента КПК:1 – сейсмостанция «Сейсмолог» 24-битного Σ, Δ АЦП;2 – период дескритизации 0,5–32 мс;3 – комплект датчиков «геофон» GX-20DX-super;4 – аккумуляторная батарея 12 ВВозбуждение продольной волны производилось импульсным источником –молотком – посредством вертикальных ударов по металлическому стержню,вставленному в монтажное отверстие вертикального стержневого элемента.Для регистрации колебаний использовались вертикальные геофоны GX-20DXSUPER (с верхним пределом полосы пропускания 2000 Гц) и сейсмостанцияСейсмолог-8.

Длина записей в отчетах составляла 1024, период дискретизации –0,125 миллисекунды. Коэффициент усиления входной цепи был равен 50,аппаратная фильтрация не применялась [44, 94].Однаизполученныхзаписейпредставленанарисунке2.3.Преобладающий период колебаний в материале вертикального стержневогоэлемента соответствует частоте 242 Гц.

Это частота уверенно прослеживается ина повторных записях, что хорошо видно на полученных спектрах Фурье.49Кромеэтогоосновногорезонансногопика,наспектрахпостояннопрослеживаются еще три: 94, 531 и 977 Гц.200000fnАмплитуда1500003fn2fn242,187510000093,7550000531,25976,5625001002003004005006007008009001000 1100 1200 1300 1400Частота, ГцРисунок 3.3 – Спектр Фурье колебания вертикального стержневого элемента при удареУказанные резонансные пики образовались путем сложения основнойчастоты 242 Гц и частот, кратных длине вертикального стержневого элемента,которые возникают при многократных отражениях между ее концами.Полученный спектр является частным случаем сложного колебательногопроцесса вертикального стержневого элемента, когда она участвует в двухнезависимых друг от друга колебаниях. На всех полученных спектрахпрослеживается четкая закономерность – четыре резонансных пика находятсядруг от друга на интервале частот, кратном частоте fn = 148 Гц [44, 94].Используя выражение (3.1), подставляя в него полученное значение fn иизвестную длину вертикального стержневого элемента L = 13,6 м, вычисляемскорость продольной волны в вертикальном стержневом элементе – Vp == 4026 м/с.

Очевидно, что, зная скорость Vp, можно решить обратную задачу поопределению длины всего вертикального стержневого элемента и, какследствие, ее заглубленной части [44, 94].Георадарное профилирование.Работыпообследованиюоснования вертикальных стержневых элементов проводилисьгрунтовиюне 2007 г.50совместноссооружения»сотрудникамикафедрыДальневосточного«Мосты,тоннелигосударственногоиподземныеуниверситетапутейсообщения (рисунок 3.4).Рисунок 3.4 – Георадарное обследование земляного полотнаРешались следующие задачи: определение границы раздела геологических слоев; обследование геологической структуры грунта; определение просадок.Георадарноеобследованиепроведеногеофизическимкомплексом«ЛОЗА-М» (рисунок 3.5) – переносным импульсным радиолокаторомподповерхностного зондирования повышенной мощности с отображениемрадиолокационных профилей в процессе измерения. Используя георадар можнопроводить исследования грунтов на глубину до пяти метров.

Основныехарактеристики зондирования в песчаных и глинистых грунтах приведены втаблице 3.1. Георадарным исследованием можно определить границы сред ислоев грунта.51Рисунок 3.5 – Общий вид прибора: 1 – приемный блок; 2 – передатчик;3 – регистратор; 4 – приемная и передающая антенна; 5 – рамаТаблица 3.1 – Максимальная глубина зондирования в некоторых грунтах спомощью георадара «ЛОЗА-В» на центральной частоте 100 МГцСреда1. Песчаный сухойгрунт2. Песчаный влажныйгрунт3. Глинистый сухойгрунт4.