автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Деформируемость и прочность глинистых грунтов при трехосных испытаниях с учетом схем нагружения оснований

АО «ВНИИГ им. Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА»

На правах рукописи

ДОВГАНЬ

Лариса Викторовна

УД К. 624.131.54:626/627+624.131.22

деформируемость и прочность глинистых грунтов при трехосных испытаниях с учетом схем нагружения оснований

Специальность: 05.23.02 — Основания и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 1993 г.

Работа выполнена в отделе оснований н грунтовых сооружений АО «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б. Е. Веденеева»

Научный руководитель г— доктор технических наук, профессор Консультант —

А. К. Бугров

кандидат технических наук

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор

Ю. Л. Сирота

Р. М. Нарбут

кандидат технических наук, доцент

Л. Н. Синяков

Ведущее предприятие—АО «Ленгидропроект» Защита состоится «21» января 1994 г, в 10 час. —мин. на заседании специализированного совета Д. 144.03.01 при АО «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б. Е. Веденеева». 195220, Санкт-Петербург, Гжатская ул., 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АО «ВННИГ им. Б. Е. Веденеева»

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Общая характеристика работы

Актуальность темы'Сложный характер нагружения грунтов при воздействии на сооружения и основания как вертикальных, так и горизонтальных нагрузок обуславливает не только изменение в них знака главных напряжений ( сжатие - растяжение) , но и их поворот. Для получаемых при этом деформаций об-ьема и формы грунта в недостаточной степени изучены закономерности их развития 1 отсутствуют решения по учету влияния поворота осей главных напряжений на величины смешений ( осадок ) оснований и земляных сооружений-

Указанные вопросы прежде всего имеют существенное значение для оснований массивных грунтовых сооружений ( основания высотных зданий, реакторных отделений, высоких труб, установок на шельфе морей и др-> и для высоких грунтовых плотин. Для них актуальными остаются задачи определения напряженно-деформированного состояния грунтов с учатом особенностей их деформирования, в число которых входят дилатантное изменение об-ьема, деформирование при изменении вида напряженного состояния, повороте осей главных напряжений и др.

При определении механических свойств грунтов существенную роль играет создание приборов и установок, обладающих высокой точность», универсальностью, в том числе возможностью управления всеми тремя главными напряжениями, включая изменение их знака и поворот в пространстве. Большое значение имеют также выбор Формы образцов, разработка методики их приготовления и испытания при наиболее близком соответствии условияи естественного залегания.

Перечисленные вопросы в той или иной степени рассматриваются в диссертационной работе.

Цель и задачи работы. Основной целью диссертации являлось исследование деформируемости и прочности глинистых грунтов на трубчатых цилиндрических образцах в трехосных испытаниях, соответствующих схемам нагружения оснований, с оценкой деформирования в зависимости от поворота осей главных напряжений и

использованием их результатов для оценки параметров модели Конднера при практическом приложении ее к расчета» грунтовых пассивов.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

- разработать и изготовить установку для трехосных испытаний полых цилиндрических образцов при различных схемах нагру-«ения!

- разработать систеиу измерения деформаций трубчатого образца» полностью определяющих его деформированное состояние« с возможностью оценки характера деформирования по высоте образца;

- разработать методику приготовления полых цилиндрических образцов и технологию изготовления защитных резиновых оболочек, исключающих их влияние на деформации образца, выявить влияние торцевого эффекта на деформации образца;

- изучить поведение грунта в условиях одноосного сжатия-растяжения и чистого сдига ( при кручении ) трубчатого, образца ;

- разработать методику исследования прочности глинистых грунтов в условиях смешанного их разрушения сдвигом с отрывок и провести сравнительный анализ результатов , полученных на различных установках!

- экспериментально изучить влияние поворота осей главных напряжений на деформационные и прочностные характеристики грунта« а также установить характер изменения параметров деформируемости в зависимости от напряженного состояния;

- с использованием модели Конднера оценить влияние поворота осей главных напряжений на деформации оснований и сооружений-

Научная новизна работы заключается в следующей:

- разработана установка для трехосных испытаний, в которой реализованы различные пути нагружения трубчатого образца, включая деформацию кручения;

- разработана методика и система измерения деформаций трубчатого образца в условиях одноосного и трехосного нагружения, включая его кручение;

- исследована деформируемость и прочность глинистого грунта с «четок вила напряженного состояния и поворота осей плавных напряжений, установлена зависимость параметров деформируемости и прочности от напряженного состояния;

- выполнена оценка влияния поворота осей главных напряжений на работу оснований и сооружений с использование» модели Конднера.

Практическая ценность работы связана с -

- созданием установки для трехосных испытаний, в которой реализовано независимое регулирование тремя главными напряжениями! включая изменение их знака и поворот в пространстве!

- выявлением влияния торцевого эффекта при проведении опытов в условиях одноосного и пространственного напряжения?

- разработкой методики определения деформаций трубчатого образца грунта по данный текзокетркческих измерений продольных и поперечных деформаций, а также замера внутреннего диаметр» трубчатого образца грунта?

- разработкой методики исследования прочности глинистых грунтов в условиях смешанного их разрушения сдвигом с отрывок и определением параметров прочности грунта в области растягивающих и сжимающих напряжений?

- разработкой методики оценки влияния поворота осей главных напряжений и напряженного состояния на деформационные и прочностные характеристики грунта?

- разработкой методики учета поворота осей главных напряжений в расчетах грунтовых массивов.

Реализация исследований- Результаты исследований нашли применение при проведении испытаний грунтов пригре^^1и зоны плотины Днестровского гидроузла ( договор с Украинским институтом водного хозяйства ), при возведении каменно-землянай плотины Таылыкского гидроузла Южно-Украинской АЭС, при выполнении научно-исследовательских работ по НТЗ-86-0550806 применительно к модели Бурейской ГЭС, по договору Ю-Ю-019-2-7 и отражены в актах внедрения•

Апробация работы- Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом совещании по проектированию и строительству энергетических

об-ъектов в сейсмических районах ( Нарва, 1988 г. ), на 2 Всесоюзной конференции " Использование достижений нелинейной механики грунтов в проектировании оснований к Фундаментов ( Йошкар-Ола, 19В9 г. ), на заседании кафедры " Подземные сооружения! основания и Фундаменты " СПбГТУ ( 1991 г. ).

Публикации.По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работi получено 4 авторских свидетельства-

Об-ьеи работы. Диссертация состоит из введения, пяти т-лав, основных выводов, списка литературы 131 наименования и приложения•

Работа содержит 150 страниц машинописного текста, 60 рисунков, 10 таблиц, 3 приложения, в том числе 8 таблиц. На защиту выносятся!

- установка для трехосных испытаний трубчатых образцов, позволяющая устанавливать закономерности деформирования грунта при различных видах напряженного состояния, включая поворот осей гласных напряжений!

- методика испытания трубчатых образцов связных грунтов в условиях одноосного и трехосного напряженного состояния с замером всех составляющих деформаций!

- результаты экспериментальных исследований прочности связных грунтов б условиях различного механизма их разрушения с построением предельной поверхности прочности как в области сжимающих, так и растягивающих напряжений;

- методика и техника исследования связного грунта в условиях гидростатического обжатия, последующего девиаторного нагру-жения с одновременный поворотом осей главных напряжений!

- оценка влияния поворота осей главных напряжений на деформационные и прочностные характеристики связного грунта, зависимость параметров деформирования от напряженного состояния грунта;

- методика учета поворота осей главных напряжений в расчетах грунтовых массивов.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы «ель и задачи исследований, дана общая характеристика работы-

В первой главе выполнены обзор и анализ по определению механических свойств грунтов в условиях сложного напряженного состояния, приведены пути реализации схем нагрукения со всели управляемыми главными напряжениями- Рассмотрены известные методы испытаний образцов грунтов на образцах в виде куба, сплошного или полого цилиндров с различной толщиной стенки в условиях независимого приложения усилий по двум или трем направлениям -

Подробно анализируются существующие теории прочности, описывающие предельное состояние грунтов, их соответствие данным экспериментальных исследований на установках, реализующих сложное напряженное состояние 1 в том числе и трехосное независимое нагружение- Рассмотрены различные аспекты приложения теорий прочности при решении задач механики грунтов, в первую очередь в рамках использования нелинейно-упругих и упругопла-стических моделей грунта, составляющих существо нелинейной механики грунтов.

В становление и развитие нелинейной механики грунтов большой вклад внесли А.Ажас, А.У.Бишоп, И.Л.Бойко, А-К-Бугров, Н-Х-Вайд, Э-И.Воронцов, й-Л-Гольдин, №>К-Зарецкий, Д-Каруб, В-Келлеман, Н-И-Ко, Д-Х.Корнцюрс, А-Л.Крыжановский, Е-М-Ленос, Г-А-Леонардс, Г-М-Ломизе, В-В-Лушников, II-В•Малышев, Ж-Нерейн, А-А-Ничипорович, Р-Ж.Парри, А-С-Строганов, Р.ф. Скотт, з.Г-Тер-Мартиросян, Д■И.Хенкель, В.Д-Цыплаков, Т.Щибата и другие -

Во многом достигнутые на сегодня успехи нелинейной механики грунтов определялись развитием экспериментальных исследований' Большой вклад в выявление свойств грунтов, особенностей их поведения в допредельном и предельном напряженном состоянии сделан работами А-Ажаса, Б-Н-Бэршевского, Б-Б-Бромса, В-ф.БО!— данова, В.Бояновского, И-М.Васильева, Э-И-Воронцова, Р-В.Вит-мана, Т-Х.Ву, М.Ю.Гарицелова, А.Л.Гольлина, М.Долежаловой,

Л.Дрновшека, П.Д.Евдокимова, Ю.К-Зарецкого, В•С-Истоииний, И-Н-Иващенко, В.М.Киркгпатрика, А-О-Касбаняна, Я.А.Когана, Г-М-Ломизе, А-К-Ло, В-В-Лушникова, М.В.Малышева, Л-Н-Малверни, В.Г-Мельпика, Миуры Киная, Миуры Сеиехи, А.А.Ничипоровима, Б-Б-Охотина, Г.И-Покровского, Б-А-Саввиной, Х-И-Саймеса, Ю-Л-Сироты, А-С-Строганова! А.И■Тейтелъ баума, 3-Г-Тер-Мартиро-сяна, А.Тенза, Токи Щосуке, М.Е.Харра, Д-В-Хайта, Р.М.Хейзор-иевейта, В.Д.Цыплакова, Р.А-Ширяева, А.Шукле, А-К-Янала и других авторов-

Обзор проведенных исследований показывает, что при плоской деформации наиболее приемлемым для оценки прочности грунта является условие Кулона-Мора, а при пространственном деформировании - условие Мизеса-Шлейхера-Боткина, учитывающее все три главные напряжения'

Большинство выполненных исследований осуществлено в условиях сжимающих напряжений- Менее изученным является поведение связных грунтов в условиях появления растягивающих напряжений, что возможно, например, при неравномерных осадках различных частей грунтовых плотин, изменения деформационных свойств материала насыпей и оснований, в случае сейсмических воздей -ствий, при передаче сдвигающих сил от сооружения на основание и Т.п.

При действии сдвигающих нагрузок происходит развитие касательных напряжений, вызывающих не только изменение величины главных напряжений, на и поворот их осей. В этом случае для получения достоверных данных о прочности и деформационных свойствах грунтов перспективными являются испытания цилиндрических трубчатых образцов на специально созданных установках -

Большой вклад в развитие испытаний трубчатых образцов внесли Б-Н- Бариевский, В-Боянсвский, Б-Б-Бромс, Т.Н.В у, р.В-Витман, Е-Геуз, А-А- Гольдин, Л-Дрновыек, П.Д-Евдокимов, М-Н-Захаров, Н-Зудо, Г.Ивасаки, И-Н- Иващенко, А-О-Касбанян, В-М-Киркпатрик, И-Аасчвр, А-К-Ло, Г-М-Ломизе, Л-Е.Малверни, И-В-Малышев, Прасад Чаурасия, Рам Айодхья, Н.Р.Ратман, Х-И-Саймес, А.С.Строганов, Т-К-Тан, Ф-Татсуока, А-Тенз, С.фу-кушима, Д.В-Хаит, М-Е-Kapp, Р.И.Хейзорневейт, Р-А.Ширяев,

Л-Шукле, Эюбов Я гут Дб дула Оглы, Д. К. Ямал и другие.

При исследовании прочностных и деформационных свойств в указанных работах принималось допущение, что распределение напряжений в исследуемом материале должно быть однородным! для этого необходимо учитывать геометрию трубчатого образца, особенно соотношение толщины его стенки и наружного диаметра ( t / «Лн ) ■ В большинстве работ считается возможным разви -Бающиеся в трубчатом образце напряжения, а также деформации, при t / с!к 0,2 определять по формулам расчета тонкостенных цилиндров -

Обобщение и анализ материалов 1-ой главы позволили сформулировать цели и задачи данной диссертационной работы.

Вторая глава посвящена описанию установки для трехосных испытаний трубчатых образцов и методики их проведения. Установка для испытания трубчатых образцов представляет усовершенствованную модификацию стабилоиетра типа " Д " без ограничения знака приложения осевой нагрузки, и включает измерительную аппаратуру для замера внутреннего, наружного диаметров трубчатого образца, деформаций на наружной поверхности в процессе опыта.

Отличительные особенности разработанной установки состоят в следующем:

- давление в камере установки создается независимо от давления внутри трубчатого образца;

- трубчатые сбразиы могут иметь различную толщину стенок;

- измерительная аппаратура позволяет фиксировать изменения не только внешнего, но и внутреннего диаметра образца при создании осевой растягивающей или сжимающей нагрузок, а также при кручении образца ; в целом в установке обеспечивается замер всех компонентов тензора деформаций;

- поворот осей главных напряжений может осуществляться как при осевом растяжения, так и осевом сжатии образца.

Установка состоит из рабочей камеры, выполненной из оргстекла, с окном для регистрации перемещений точек тензометри-ческой сетки, нанесенной на образец, в продольном направлении. Помимо этого камера оснащена призмой Пехана для регистрации перемещений точек сетки в поперечном направлении. Установ-

ка оснащена пневмогидравлической системой независимой подачи воды в полость камеры и внутрь образца, а также измерительной аппаратурой- Образец размешается в захватах, соответствующих его размеран. Нижний захват имеет свободу перемещений в осевом направлении, а верхний соединен с системой его поворота- В опытах применялись образцы с размерами! наружный диаметр -120 мм, внутренний диаметр - 60 им, высота - 240 мм-

В диссертации приведены описание работы установки для различных случаев нагружения образцов, методика их приготовления, позволяющая получать заданные значения плотности сухого грунта и влажности-

В качестве исследуемого материала использовался грунт Калининского месторождения ( основание Калининской АЭС ), взятый на глубине 18,4 - 1В.7 и- Образцы ненарушенной структуры, приготовленные путем высверливания внутреннего отверстия в монолите, имели плотность сухого грунта J>d = 1,8 г/см3, влажность на границе раскатывания Up = О,186 , число пластичности Jp = О,163 .

Сформированные для испытаний образцы нарушенной структуры, приготовленные путем укладки грунтовой смеси в специальную Форму слоями, уплотнения трамбовкой и создания насечек на поверхности каждого слоя с последующей передачей вертикальных усилий в течение времени, установленного опытным путем, имели максимальную плотность сухого грунта J>d = 1,75 г/см3 и соответствующую этой плотности оптимальную влажность W =0,180 .

Разработанная установка, а также измерительная аппаратура прошли метрологические испытания с целью оценки погрешностей измерений, для чего использовался модельный материал - вальц-насса с заранее исследованными свойствами.

Первая серия испытаний трубчатых образцов грунта выполнена в условиях одноосного напряженного состояния для выявления характера разрушения связного грунта при одноосном растяжении и сжатии, а также в условиях чистого сдвига ( кручения )- Результаты были использованы для построения предельной поверхности разрушения как в области сжимающих, так и в области растягивающих напряжений, а также для получения значения предела

прочности В р при испытании трубчатых образцов на разрыв•

В настоящее время для определения прочности глинистых грунтов на разрыв применяются одноосное растяжение, изгиб грунтовых балок и раскалывание цилиндрических образцов по образующей- С точки зрения определения характеристик прочности и деформируемости грунта при растяжении наиболее достоверным можно считать метод испытания в условиях одноосного растяжения, что подтверждается работами П-Д-Вулиса, М.Долежаловой, Я.Л.Когана, Б-М-Литвинова, В.В.Лушникова, Г.Г■Овсянкима, Ю.Л.Сироты, А-Г-Чернилова и др.

В выполненных в работе исследованиях на трубчатых образен с я- с л-.

цах замерялись абсолютные деформации сг, С9, Съ С цилиндрическая система координат), позволяющие определить объемную деформацию ( Bv ) и формоизменение < Zi ) образца. Установлен характер разрушения : во всех опытах наблюдалось хрупкое разрушение, что совпадает с данными, полученными ранее на сплошных цилиндрических образцах- В результате установлено изменение предела прочности при растяжении трубчатых образцов И р в сравнении со сплошными цилиндрическими образцами, имеющими одинаковые Физические характеристики грунта. В опытах с грунтами из основания Калининской АЭС получено! при растяжении трубчатых образцов Ир = О ,056 МПа, а для сплошных цилиндрических образцов Ир = 0,052 МПа ■ Для сравнения отметим, что расчетное значение предела прочности, полученное по зависимости В-Д.Цыплаков а : 5,13

0,815

Нр = 0,1

< 1 )

W

1п ( 2,5---)

J ,

учитывающей влажность грунта в зоне разрушения и число пластичности, составило 0,0549 МПа-

По результатам испытаний трубчатых образцов на растяжение и сжатие, а также чистый сдвиг построена предельная поверхность разрушения, которая имеет нелинейный характер, что сви-

детЕльствует о неприменимости теории Кулона-Мора для Формулирования предельных условий образования трещин растяжения» Этот вывод совпадает с выводами* сделанными ранее М-Дйлежаловой, Ю.Л.Сиротой и другими ( рис. 1 ).

Рис.1 Предельная поверхность разрушения.

Исследовалось влияние оболочек защищающих внутреннюю и наружную поверхности образца, на неханические характеристики грунта. Оболочки изготавливались с учетом размеров образца, конструкции установки. Остановлено, что при толщине оболочки до О,В мм, ее влияние можно не учитывать.

Третья глава посвящена исследованиям поведения глинистых грунтов в условиях смешанного механизма их разрушения, сочетающего сдвиг с отрывом.

Испытания проводились с помощью прибора одноплоскостного среза, являющегося модификацией одноплоскостного срезного прибора конструкции Гидропроекта типа ВСС-25 с добавлением системы приложения в плоскости среза растягивающего нормального напряжения ( срез с отрывом ). Основными его элементами являются нагрузочное и сдвигающее устройства, комплекс средств измерений.

Испытанию подвергался грунт Калининского месторождения в условиях консолидированного-дренированного среза.

По результатам опытов в области сжимающих напряжений по-

лучена линейная зависимость Кулона ( рис. 2 ):

Х„р = 0,55 + 0,Об ( МПа ) ,

а в области растягивающих нормальных напряжений зависимость аппроксимируется в виде уравнения -

"пр

0,96 <6; 0,06 ( ИПа ) .

( 3 >

б/ МП о

бг. МПа

Рис.2 Зависимости Т - б? в области сжимающих и растягивающих нормальных напряжений на площадке сдвига

беж

______________________________г - о путем установки на верхнем захвате пригруза, вес которого при растягивающих нагрузках обеспечивал получение результирующей нагрузки, близкой или равной нулю -

Полученные экспериментальные точки позволили построить предельную поверхность ( в координатах бг и уточнить ве-

личину сцепления, которая имеет меньшее на значение. чем

при пересечении оси ординат прямой Кулона-

Полученный предел прочности при растяжении. =0,054 МПа практически совпадает с данными испытаний трубчэтых образцов на одноосное растяжение (Ер = 0,056 МПа )

Исследован характер разрушения глинистого грунта при сдвиге с отрывом- Установлено, что разрушение происходит в зоне зазора с образованием выступов и впадин, плавно меняющих

кривизну и направление выпуклости-

Четвертая глава посвящена исследовании влияния поворота осей главных напряжений на деформационные и прочностные характеристики глинистого грунта.

Исследования проводились в условиях пространственной работы грунта и в зависимости от выбранной траектории нагружения, состоящей из определенных этапов.

Предварительно в условиях гидростатического обжатия, разгрузки и повторного обжатия установлено, что в грунте происходят необратимые деформации, о чем свидетельствует появление остаточной деформации £хг ,возрастающей с увеличением бср . Определена гидростатическая объемная деформация Ev при значениях 6ср - 0,2 - 0,8 ИПа .

Для определения дилатантной составляющей объемной дефор-нации Су выполнены опыты в условиях действия девяатора напряжений при бср= const и равном, соответственно, в различных опытах 0,2! 0,4; 0,6; О,В НПа-Значения напряжений 6г , бв ибь определялись в зависимости от величины осевого давления, а также давления на наружную, внутреннюю поверхности образца с учетом изменения внутреннего и наружного диаметров образца. Применяемые системы измерений позволили определить все компоненты тензора деформаций трубчатого образца. Девиаторное нагружение создавалось различным образом! за счет разности давлений снаружи и внутри образца, приложения крутящего момента, а также при их одновременном действии. Для каждого отдельного случая девиаторного нагружения найдены предельные значения напряжений, а в итоге определены параметры прочности грунта.

При девиаторном нагружении за счет разности давлений Р^>Рн наблюдалось характерное разрушение в виде "бочки" в средней части образца, следствием которого явилось образование эллиптической трещины в вертикальном направлении -

При девиаторном нагружении за счет приложения крутящего момента на поверхности трубчатых образцов наблюдалось образование линий скольжения-

По результатам опытов определялись значения модуля общей деформации Е, коэффициент Пуассона S , модуля сдвига G и модуля объемного сжатия К^ , которые в зависимости от напряженного

состояния, характеризуемого отношением 61 /6cft , изменялись нелинейно с изменением напряжений. Наименьшие значения С и Куполучены при девиаторном нагружении за счет разности давлений Pj > Рн1 наибольшие - при девиаторном нагружении за счет приложения крутящего момента■

Изучение влияния поворота осей главных напряжений на деформационные и прочностные характеристики осуществлялось при постоянном значении , при этом этап поворота (кручения образца ) выполнялся после этапа девиаторного нагружения образца внутренним и наружным радиальным давлениями > Р„ . Изме-

нением действующих на образец нагрузок и давлений обеспечивалось условие di - const ■

Влияние поворота осей главных напряжений оценивалось величиной объемной деформации и деформации Формы. Объемная деформация ¿у только за счет поворота составила 0,0001 - 0,0035 при б; = О,125 МПа и 0,0007 - 0,0043 при 6i = О,ISO МПа в

диапазоне

J4>

- 0,2 - 0,8 МПа ; дополнительные деформации Фор-

ti - 0,0046 - 0,075 при 6i - 0,125 МПа

О,0072 -

0,11 при б; = 0,180 МПа в том же диапазоне изменения (У = 0,2 - О,8 МПа ( рис. 3 >.

Параметры прочности грунта получены исходя из условия предельного равновесия А-И.Боткина. При девиаторном нагружении за

счет разности давлении

tg

0,3361,

окт

давлений пряжений

= 0,0375 МПа, а при девиаторном нагружении за счет разности PgH > Рн с одновременным поворотом осей главных на- tg V^ = 0,2942, С ок1 = 0,051 МПа.

0,2 <?<? 0,8 Рис.3 Предельные поверхности разрушения

девиаторное нагружение за счет разности давле-

нмй p-g„ > рн 5 девиаторное нагружение за счет приложения крутящего момента, пипипл ющего поворот оггн главных напряжении.

и

При девиаторнаи нагркяении за счет разности давлений Р> параметр Лоде ^ - 1, а при девиаторнон нагру-

жении за счет разности давлений Р^ > Рч с одновременным поворотом осей главных напряжений ~ 4 + 1-

Пятая глава посвящена описанию деформирования грунта модель» Конднера-

Для оценки поведения грунтовых оснований и сооружений, у которых деформирование грунта нелинейно зависит от действующих напряжений, что было установлено экспериментально для исследованных грунтов, вводятся восемь параметров С к , п, д, Г , с!(в), описывающих деформирование с использованием гиперболических Функций и устанавливаемых по данным трехосных испытаний -

Связь между напряжениями и деформациями по данным трехосных испытаний аппроксимируется квазилинейными уравнениями в Форме обобщенного закона Гуна в предположении, что модуль С и коэффициент Пуассона ^ зависят от интенсивности напряжений средней деформации и угла поворота осей главных напряжений 6.

Модель сдвига О связан зависимостью с начальным модулем объемного сжатия Е^:

V бг

С = Е. ( 1 ----------) , ( 4 )

где - коэффициент разрушения, всегда меньший 1 и не зависящий от всестороннего обжатия-

Начальный модуль объемного сжатия Е^ зависит от гидростатического обжатия образца и представляется зависимостью I

! бс„|

Е1 = к . Ра( -------» , ( 5 )

Ра

где Ра - атмосферное давление ( МПа ) , к - модуль числа,

п - показатель, характеризующий изменение Е^ = £ (б )■

В качестве второго независимого соотношения вводится коэффициент Пуассона I

■\> = "5 < б«, > ■ < б >

Принимая, что начальный коэффициент Пуассона уменьшается с увеличением по логарифмическому закону

\ I бср I

ii = g - f log)0 ( ----- ) , ( 7 )

считаем, что на этапе девиаторного нагружения коэффициент Пуассона линейно зависит от средней деформации :

^ ~ ^ = %■ ' ^ 1 ■ ( 8 >

Представленные пять зависимостей позволили получить значения параметров модели Конднера- При этом параметры прочности грунта С и V определялись по расчетной модели прочности грунтовой среды Мизеса-Шлейхера-Боткина, учитывающей промежуточное главное напряжение- Использованы данные опытов при девиаторнон нагружении за счет разности давлений > Р„ и опыты, в которых осуществлялось приложение крутящего момента, вызывающего поворот осей главных напряжений- Это позволило оценить характер изменения С в зависимости от угла поворота 9 при достижении

предельного напряженного состояния по октаэдрической площадке-С увеличением в наблюдалось увеличение угла внутреннего трения Умг от 15° 04 при в = О до 17° 30* при 9 = 4° 30' . Сцепление С«, в выбранном интервале 9 практически не менялось.

Параметры модели Конднера, полученные графическим путем, уточнялись методом наименьших квадратов -

Принятая обобщенная модель Конднера позволяет учитывать в расчетах влияние поворота осей главных напряжений на напряженно-деформированное состояние грунтового массива-

Основные выводы.

1- Анализ опубликованных исследований показал, что в настоящее вреня остаются в недостаточной пере изученными поведение связных грунтов при растяжении, и, особенно, при повороте осей главных напряжений.

2- Разработаны установка и методика для лабораторных исследований деформируемости и прочности грунтов на трубчатых образцах при одноосном и трехосном нагружении ( а-с- N 1567921 ) в условиях действия не только сжимающих, но и растягивающих напряжений с возможностью поворота осей главных напряжений- К данной установке разработана система измерения деформаций трубчатого образца- Выявлен характер разрушения трубчатого образца при сжатии-растяжении и чистом сдвиге- Установлено, что теория Кулона-Мора не может быть применима для формулирования предельных условий образования трещин растяжения- В зоне растягивающих напряжений получена величина предела прочности ЙР .

5- Разработана методика и техника исследования прочности грунтов в условиях смешанного механизма их разрушения - сдвига с отрывом с использованием модифицированного прибора одноплос-костного среза- Установлено, что прямая Кулона не может быть продлена из области сжимающих напряжений в область растягивающих напряжений. Получены параметры прочности грунта в области растягивающих нормальных напряжений , а также при значениях сжимающих напряжений ,близких или равных нулю- Показано, что значение предела прочности Нр незначительно отличается от Е, , полученного на разработанной установке для трехосных испытаний трубчатых образцов. Исследован характер разрушения грунта -

4. Разработана методика исследований трубчатых образцов в условиях сложного напряженного состояния, позволяющая проследить развитие пластических деформаций при реализации схем наг-ружения с поворотом осей главных напряжений. Определены параметры прочности и С в зависимости от траектории нагружения-Установлено увеличение У более,чем на 2 при девиаторном нагружении за счет разности давлений внутри и снаружи трубчатого образца по сравнению с девиаторным нагружениен за счет прило-

«вния крутящего момента в интервале изменения (>ср от 0,2 МПа до О,В МПа-

5. Получены значения гидростатической и дилатантной составляющих объемной деформации при действии, соответственно, всестороннего обжатия и девиатора напряжений при значениях бг<) = сот15*;- Исследован процесс деформирования грунта в условиях де-виаторного нагружения за счет разности давлений внутри и снаружи трубчатого образца, а также приложения крутящего момента при напряжениях вплоть до предельных по прочности. Установлено, что параметры Б и К^Сили Е и ) при всех видах нагружений являются переменными величинами и зависят от напряженно-дефор-мярованного состояния-

6- Выявлено влияние поворота осей главных напряжений и уровня напряженного состояния на деформации объема и формы £¿.5, деформационные характеристики ( С, К,,), а также на прочность связного грунта. Цстановлвно> что только за счет поворота осей главных напряжений появляются дополнительные* деформации 6у и , величина которых уменьшается по мере увеличения от О,2 МПа до О,В МПа, как и значения модулей С и К у

7. Показано, что деформирование грунта может быть описано моделью Конднера, использование которой в расчетах позволит оценить работу оснований и грунтовых сооружений в случае поворота осей главных напряжений. Установлены зависимости параметров модели Конднера от угла поворота осей главных напряжений .

Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в следующих работах I

1- Бугров А-К-, Довгань Л.В- Исследование деформируемости и прочности связного грунта при различном виде напряженного состояния и повороте осей главных напряжений- В сб.: Тезисы докладов 2 Всесоюзной конференции " Использование достижений нелинейной неханики грунтов в проектировании оснований и Фундаментов " / МПИ, Йошкар-Ола, 19В9, с- 72-73 . 2. Довгань Л-В- Устройство для испытания связного грунта. Ин-

Формлисток о научно-техническом достижении N 86-244, ЩГГО, Л., 1986, 3 с-

3- Довгань Л-В- Прибор для испытания связных грунтов. Инфорн-листок о научно-техничесясои достижении N 89-120 , ЦНТИ, Л.,1989, 4 с.

4- Довгань Л-В-, Сирота Ю-Л- Вопросы нелинейной деформируе-иости грунтов в водоупорных элементах плотин из грунтовых материалов • Межведомственный сборник научных трудов " Сейсмостойкость энергетических сооружений " / ВНИИГ им. Б-Е.Веденеева, Л,- 1990, с- 84-875- Довгань Л-В. , Сирота Ю.Л., Пантелеев В-Г- Прибор для испытания связного грунта на сдвиг с отрывом // Экспресс - информация- / Серия Сооружения гидроэлектростанций. Информэнерго. 1991. Вып. 8-9.- с.16-18.

6- Довгань Л-В- Способ исследования связного грунта на сдвиг при растягивающих напряжениях. Инфорилисток N 139-92, ЦНТИ, Л,•1992, А с.

7- А-с. 911203 / СССР / Устройство для испытания связногс грунта. Авт. изобр• Сирота Ю-Л-, Довгань Л-В- - Заявл-02.03.78г. Опубл. в Б-И- 1982, N 98. А-с- 1142766 / СССР / Нстройство для испытания связного

грунта. Авт- изобр. Довгань Л-В., Сирота Ю-Л. - Заявл-02.12.83. Опубл- в Б.И.19В5, Н 89- А.с- 1411370 / СССР / Способ испытания связных материалов Авт. изобр. Сирота Ю-Л-, Довгань Л.В. - Заявл. 07.04.В6. Опубл. в Б.И- 19В9, N 27-

10.А.С. 1567921 / СССР / Устройство для испытания связного грунта. Авт. изобр. Довгань Л.В., Сирота Ю-Л., Екинов А-П- -Заявл. 28-12-87- Опубл. в Б.И. 1990, Ы 20.