автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Прогноз осадки фундаментов на основе исследования деформируемости аргиллитоподобных глин г. Перми

На правах рукописи

Сычкина Евгения Николаевна

ПРОГНОЗ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ АРГИЛЛИТОПОДОБНЫХ

ГЛИН Г. ПЕРМИ

05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2014

005547748

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Научный руководитель:

Пономарев Андрей Будимирович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: -

Евтушенко Сергей Иванович

доктор технических наук, профессор, директор государственного бюджетного образовательного учреждения среднего профессионального образования Ростовской области «Новочеркасский машиностроительный колледж»

Невзоров Александр Леонидович

доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северный Арктический федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

Ведущая организация -

ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НИИ) имени М.И. Платова»

Защита состоится "18" июня 2014 г. в 10-00 часов на заседании специализированного совета Д 212.026.04 в ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан" 16 " 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Акчурин

Талгать Кадимович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Основной задачей, стоящей в настоящее время перед специалистами геотехниками, является повышение экономичности применяемых фундаментов. Одним из путей повышения экономичности проектируемых фундаментов, является совершенствование методов определения и расчета деформационных параметров грунтов, используемых при расчете оснований по деформациям. Наиболее экономичными и надежными в этом случае будут расчетные модели, достаточно полно отражающие реальные свойства грунтов и явления, происходящие в грунтовых основаниях при действии внешних нагрузок, и в том числе учитывающие природную и наведенную в процессе нагружения деформационную анизотропию.

Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что все природные нескальные грунты обладают свойством деформационной анизотропии, степень и характер которой особенно отчетливо выражены при слоистой текстуре. Вместе с тем имеются некоторые разновидности грунтов, например, аргиллитоподобные глины, данные о механических параметрах которых крайне слабо освещены в нормативно-технической литературе. В связи с этим одним из важнейших вопросов исследования напряженно- деформированного состояния является вопрос об учете деформационной анизотропии грунтов в расчетах модуля деформации по данным различных испытаний и последующем расчете деформаций оснований, прогнозе осадок фундаментов.

В связи с этим исследование деформируемости аргиллитоподобных глин раннепермского возраста для Пермского края и регионов со схожими геологическими условиями является актуальным.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в разработке методики прогноза осадок фундаментов, опирающихся на аргиллитоподобные глины г. Перми, на основе экспериментальных исследований модуля деформации по данным прессиометрических, компрессионных и трехосных испытаний.

Задачи исследований:

1) Дать региональную классификацию красноцветных глинистых грунтов раннепермского возраста г. Перми на основе всестороннего изучения их свойств;

2) Экспериментально изучить деформируемость глин раннепермского и четвертичного возраста г. Перми в вертикальном и горизонтальном направлениях с учетом природной влажности и полного водонасыщения, выявить степень деформационной анизотропии глинистых оснований г. Перми;

3) На основании выполненных экспериментальных исследований деформируемости аргиллитоподобных глин разработать методику испытаний образцов аргиллитоподобных глин в приборе трехосного сжатия, выполнить сравнение результатов, полученных по новой методике, с результатами, получаемыми по существующей методике испытаний ГОСТ 12248-2010;

4) Выполнить прогноз осадок фундаментов аналитическими методами с применением полученных в результате исследования значений модуля деформации аргиллитоподобных глин, сравнить расчетные данные с результатами натурных экспериментов;

5) На основании полученных данных предложить эмпирические поправочные коэффициенты для расчета модуля деформации по данным полевых испытаний прессиометром, лабораторных испытаний в одометре и ста-билометре, применимые для аргиллитоподобных глин г. Перми;

6) Дать простые и достаточно надежные рекомендации по прогнозу осадок свайных фундаментов, основанием которых служат аргиллитоподоб-ные глины.

Научная новизна исследований:

1) экспериментально исследована деформационная анизотропия, а также влияние влажности на деформируемость глин раннепермского и четвертичного возраста г. Перми;

2) предложена усовершенствованная методика испытаний в приборе трехосного сжатия для аргиллитоподобных глин;

3) предложены эмпирические поправочные коэффициенты для расчета модуля деформации, полученного по результатам полевых испытаний прессиометром, лабораторных испытаний в одометре и стабилометре;

4) предложена методика прогноза осадки фундаментов, опирающихся на аргиллитоподобные глины г. Перми.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики определения и расчета модуля деформации аргиллитоподобных глин ранне-пермского возраста г. Перми с целью повышении эффективности строительства и эксплуатации зданий.

Достоверность результатов, основных выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, базируются на основных теоретических положениях механики грунтов, а также подтверждены необходимым объемом исследований, обеспечивающим возможность статистического анализа результатов. Достоверность результатов исследования обеспечивается значительным количеством как лабораторных, так и полевых экспериментальных данных. При проведении экспериментов использовались средства измерения, прошедшие поверку в органах стандартизации и метрологии.

Результаты научных исследований внедрены:

- в практику инженерно-геологических изысканий ОАО «Верхнекам-ТИСИз»;

- в Пермском национальном исследовательском политехническом университете:

• в рамках программы тематического плана госбюджетных НИР по заданиям Министерства образования и науки РФ (заказ-наряд № 1033 по теме «Исследование нижнепермских грунтов в качестве основания для фундаментов глубокого заложения и подземных сооружений»);

• при чтении лекций и ведении практических занятий для студентов строительного факультета специальностей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство»;

• Легли в основу изданных методических рекомендаций «Специальные

вопросы механики грунтов и механики скальных пород» для магистерских программ «Подземное и городское строительство».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях молодых ученых 2011 - 2013 гг. (ПНИПУ, г. Пермь); международной научно-практической конференции «Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства» (Пермь, 2011 г.); Европейской конференции молодых геотехнических инженеров (Роттердам, Нидерланды, 2011); всероссийской научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении» (Новочеркасск, 2012 г.); на международной научно-технической конференции «Baltic Piling Days» (г. Таллинн, Эстония, 2012 г.); международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи — путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2013 г.).

На защиту выносятся:

1. Результаты выполненных экспериментальных исследований деформационной анизотропии аргиллитоподобных глин г. Перми.

2. Методика испытаний аргиллитоподобных глин в приборе трехосного сжатия.

3. Общие принципы методики расчета модуля деформации аргиллитоподобных глин по данным компрессионных, трехосных и прессиометриче-ских испытаний.

4. Методика прогноза осадок фундаментов зданий и сооружений, основанием которых служат аргиллитоподобные глины г. Перми

Личный вклад автора в решение проблемы. Постановка проблемы, формулирование целей и задач, поиск их решения путем экспериментальных исследований, анализ полученных результатов, разработка принципов расчета, формулирование основных выводов осуществлены лично автором.

Публикации. По материалам исследований автором опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 работы в ведущих рецензируемых научных журналах из перечня ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и 9 приложений. Общий объем диссертации составляет 217 страниц, в том числе 167 страниц основного текста, содержащего 58 рисунков и 44 таблицы, список литературы из 116 наименований, в том числе 14 на иностранном языке.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи, изложены основные положения, выносимые на защиту, личный вклад соискателя и сведения об апробации работы.

В первой главе выполнен краткий обзор существующих методов расчета осадки оснований фундаментов, даны общие сведения об анизотропии, проанализированы существующие в зарубежной практике исследования и подходы к изучению деформационной анизотропии, в том числе деформационных параметров, таких как модуль деформации, коэффициент Пуассона, модуль сдвига.

Исследования деформационных свойств глинистых грунтов проводившиеся во многих странах с начала прошлого столетия выявили, что глинистые грунты обладают трансверсально-изотропной деформационной анизотропией, вызванной текстурными особенностями и условиями формирования грунтов. Среди отечественных ученых занимающихся исследованиями деформируемости грунтов можно отметить Башелейшвили М.О., Бехтерева П.В., Бугрова А.К., Голубева А.И., Гольдштейна М.Н., Евтушенко С.И., Катарину Т.П., Клевезаля А.П., Лехницкого С.Г., Невзорова А.Л., Писаненко В.П., Портаева Л.П., Раппопорт P.M., Савинова Г.Н.. Среди зарубежных -Barden L., Biarez I., Bufler H., Deutsch E, Eftimie AI., England H., Willis J.R., WolfK.

Особенно четко анизотропная деформируемость прослеживаются у грунтов, имеющих слоистое строение. Однако работы Гречко В.Ф., Писанен-

ко В.П., Шутенко JI.H. и др. свидетельствуют о том, что деформационная анизотропия характерна также и для внешне однородных глинистых грунтов.

Методика и специальное оборудование для определения деформационных характеристик анизотропных грунтов до сих пор отсутствуют. Для изучения этих характеристик Башинджагяном И.С., Гольдштейном М.Н., Лап-киным В.Б., Рогаткиной Ж.Е. использовались приборы компрессионного сжатия, Гречко В.И., Макаренко М.А. и Хаин В.Я. использовали стабило-метр, а Писаненко В.П. - стабилометр компрессионного типа.

Учет деформационной анизотропии в механике грунтов оснований представляет интерес для решения так называемой «прессиометрической задачи». Работы Biarez I., Орнатского В.Н. свидетельствуют о том, что деформируемость дисперсных глинистых грунтов четвертичного возраста проявляется более заметно в плоскости слоистости. Эта особенность лежит в основе переходных коэффициентов для расчета прессиометрического модуля деформации, приводимых в действующих нормативных документах. Однако имеется ряд работ, свидетельствующих о том, что глинистые грунты нечетвертичного возраста имеют меньшую сжимаемость в плоскости слоистости.

Аргиллитоподобные глины г. Перми испытали сложную историю на-гружения и по данным Гайнанова Ш.Х., Игнатьева H.A., Крупина В.И., Кузнецова A.M., Передериева В.А., Печеркина H.A., Цветкова А.П. отличаются от современных глин тем, что состоят из пелитовых частиц, покрытых цементационными пленками. Подобные структуры глин, как правило, свидетельствуют о наличии анизотропных свойств. Однако к настоящему времени отсутствуют исследования анизотропии деформационных свойств глин ран-непермского возраста г. Перми. Это указывает на необходимость проведения исследований, целью которых является совершенствование методики расчета осадок зданий и сооружений, основанием которых являются данные грунты, базирующейся на уточненной методике расчета модуля деформации аргил-лигоподобных глин раннепермского возраста г. Перми с учетом их анизотропной деформируемости.

На основании выполненного литературного обзора сформулированы основные задачи исследований.

Во второй главе приведены результаты полевых и лабораторных экспериментальных исследований деформируемости аргиллитоподобной глины, а также лабораторных исследований деформируемости аллювиальной глины четвертичного возраста в г. Перми (далее - современной глины). Целью экспериментальных исследований являлось изучение деформируемости глин в плоскости изотропии (слоистости) и нормально к ней.

В рамках полевого исследования в работе проанализированы и сопоставлены результаты полевых испытаний аргиллитоподобных глин плоским штампом площадью 600 см2 и прессиометрических испытаний в скважинах, выполненных на 5 экспериментальных площадках г. Перми. Совокупность полевых опытов позволила изучить деформационную анизотропию среды: испытания плоским штампом в скважинах позволили оценить деформатив-ность среды по нормали к плоскости слоистости (плоскости изотропии) глин, а испытания радиальным прессиометром в скважинах позволили определить деформационные свойства среды в плоскости изотропии.

Для изучения деформируемости аргиллитоподобной глины в вертикальном и горизонтальном направлениях также была использована методика, предложенная более ранними исследователями, которая заключалась в лабораторных компрессионных испытаниях образцов глин, вырезанных параллельно и перпендикулярно слоистости. Испытания образцов аргиллитоподобных глин проводились по двум схемам: при естественной влажности и при полном водонасыщении. Аналогичные опыты были выполнены с современными глинами, обладающими схожими с аргиллитоподобными глинами физическими свойствами. Всего для лабораторного исследования было отобрано 112 монолитов из 68 скважин в пределах г. Перми.

Результаты полевых и лабораторных испытаний использованы для расчета коэффициента анизотропии а по формуле:

где & - среднее значение вертикальных деформаций глины, мм; Бх -среднее значение горизонтальных деформаций глины, мм.

Анализ свойств глин раннепермского возраста подтвердил корректность применения к ним термина «аргиллитоподобная глина», поскольку по значениям предела прочности на одноосное сжатие аргиллиты Прикамья классифицируются как сильновыветрелые полускальные, размягчаемые в воде; вместе с тем это глины твердой и полутвердой консистенции.

Результаты лабора-

0 1,8 с.

| 1,6 « 1,4

я н

| 1.2

1 1 ■е-

■£■ 0,8 о

« 0.6 к

а 0,4 «

* 0.2

о

>

1 N

> ч

X

л

Г"*' '

5 \ 1

^ 1

0.1 0.2 0,3 0,4

Вертикальная нагрузка, МП;)

0.5

Рисунок 1 - Кривые средних значений коэффициента анизотропии глин: 1,2-аргиллитоиодобиая глина в маловлажном и водонасыщенном состоянии (одометр); 3, 4 -современная глина в маловлажном и водонасыщенном состоянии, соответственно (одометр); 5- полевые испытания

торного исследования деформируемости представлены в виде зависимостей коэффициентов анизотропии от нагрузки для ар-гиллитоподобных и современных глин (рисунок 1). Полевое и лабораторное исследование выявило, что анизотропная деформируемость отмечается, как у аргиллитоподоб-ных глин, так и у совре-

менных глин. Однако деформационная анизотропия аргиллитоподобных глин отличается от анизотропии современных глин. Для современных глин в маловлажном состоянии деформации в горизонтальной плоскости меньше деформаций в вертикальной плоскости (я=0,86), но в случае водонасыщения горизонтальные деформации превышают вертикальные (а= 1,70). Для аргиллитоподобных глин в маловлажном и в водонасыщенном -гоянии дефор-

мации в горизонтальной плоскости меньше деформаций в вертикальной плоскости (я=0,50 и а= 0,77, соответственно).

Среднее значение коэффициента анизотропии аргиллитоподобных глин, полученное в лабораторных условиях для образцов в маловлажном состоянии составило 0,50 и оказалось более близким к среднему значению полевого коэффициента анизотропии, которое составило 0,6, чем для водона-сыщенных образцов (¿7=0,8). Эти особенности деформационной анизотропии аргиллитоподобных глин должны быть учтены при прогнозе осадок фундаментов на основе прессиометрического модуля деформации.

В третьей главе описана разработанная автором методика испытаний аргиллитоподобной глины в приборе трехосного сжатия, представлены результаты определения деформационных параметров в приборе трехосного сжатия по методике ГОСТ 12248-2010 и методике автора.

Целью испытаний в приборе трехосного сжатия являлось моделирование в лабораторных условиях испытаний штампом площадью 40,13 см2 для оценки вертикальных деформаций образцов аргиллитоподобных глин, ориентированных согласно природному залеганию.

Экспериментальные исследования состояли из двух этапов:

1) Испытания по методике ГОСТ 12248-2010;

2) Испытания по методике, предлагаемой автором.

Предварительно была произведена оценка начального напряженного

состояния образцов аргиллитоподобной глины. С этой целью был определен коэффициент OCR методами Казагранде и Беккера в одометре. Среднее значение коэффициента OCR составило 1, поэтому в данном исследовании на стадии консолидации применялось изотропное обжатие грунта.

Для определения параметров консолидации аргиллитоподобной глины при испытаниях по консолидированным схемам использовался метод «квадратного корня из времени», приведенный в ГОСТ 12248-2010. Время 100%-ой консолидации для аргиллитоподобных глин в маловлажном состоянии в

среднем составило 9,5 суток. Для водонасыщенных аргиллитоподобных глин время 100%-ой консолидации в среднем составило 22,5 суток.

Испытания на обоих этапах выполнялись по неконсолидированно-недренированной (далее - схема НН), консолидированно-недренированной (схема КН) и консолидированно-дренированной схеме (схема КД). Для статистической обработки по каждой из схем было испытано по 6 образцов. Образцы испытывались как в маловлажном состоянии, так и в полностью водо-насыщенном состоянии. По каждой схеме 3 образца нагружались вертикальным давлением ступенями, а 3 нагружались с постоянной заданной скоростью.

На первом этапе испытаний образцов аргиллитоподобных глин производилось согласно методике, приводимой в ГОСТ 12248-2010 для глин с показателем текучести ^<0,25.

На втором этапе исследований испытания образцов аргиллитоподобных глин производилось по по методике автора. Новизна предлагаемой автором методики заключалась в изменении скорости нагружения и времени между ступенями. Время между ступенями задавалось равным среднему времени между ступенями при полевых испытаниях штампом 600 см2, и составило 1,68 час. (100 мин). Аналогичным образом была рассчитана средняя скорость нагружения в ходе статических испытаний штампом аргиллитоподобных глин, которая составила 0,004 мм/мин. Результаты испытаний в приборе трехосного сжатия приведены на рисунке 2.

Анализ кривых, представленных на рисунке 2, показал, что при испытаниях консолидированной схеме по методике, предлагаемой автором, наблюдаются большие значения модулей деформации (в среднем на 19 % для недренированной и на 26 % для дренированной схемы), чем для неконсолидированной схемы. При различном характере нагружения аргиллитоподобных глин (ступенчатое или с заданной скоростью деформаций) наблюдалось расхождение в получаемых значениях модуля деформации в среднем от 6 % до 22 %.

а)

б)

в 401» 3 3»0

А

^ 20«

100

3 у \ 2

5 N

* 6 4

600 о" 500

4,0 0,0 8,0 10,0 12,0 14.0 Деформация, мм

3 2

1

4

5 ✓

==зг<сГ

6

0,0 2,0 4,0

6,0 8,0 10.0 12,0 Деформация, мм

Рисунок 2 - Кривые средних значений деформаций образцов аргиллитоподобных глин при испытаниях в стабиломстре: а) по методике ГОСТ 12248-2010, б) по методике автора, где: 1 - схема ни без водонасыщения; 2 - схема КН без водонасыщения; 3 - схема КД без водонасыщения; 4- схема нн с водонасыщением; 5 - схема КН с водонасыщением; 6 - схема КД с водонасыщением

Анализ результатов, полученных в ходе трехосных испытаний по методике ГОСТ 12248-2010 и по методике автора, позволяет сделать вывод, что значения модулей деформации аргиллитоподобных глин, полученные по методике ГОСТ 12248-2010, оказываются ниже значений, получаемых по методике автора (в зависимости от схемы это различие составило от 10 % до 55 %). Максимальное значение модуля деформации и модуля сдвига было получено в результате испытаний по схеме КД без водонасыщения по методике автора (среднее значение модуля деформации составило 17,8 МПа, модуля сдвига — 7,2 МПа). Это значение стабилометрического модуля деформации оказалось наиболее близким к значениям модулям деформации при испытаниях штампом 600 см2. Увеличение влажности при испытаниях образцов аргиллитоподобных глин по обеим методикам привело к существенному снижению значений модуля деформации (в 3 - 9 раз), что вызвано разрушением цементационных связей между частицами грунта при водонасыщении.

В четвертой главе получены зависимости для эмпирических поправочных коэффициентов к расчету прессиометрического, компрессионного и стабилометрического модуля деформации (по методике автора), разработана методика прогноза осадки свайного фундамента, основанием которого слу-

жит аргиллитоподобная глина, определены области ее применения, выполнена ее апробация и сравнение с натурными экспериментами.

Расчет модуля деформации, осуществленный согласно действующим нормативным документам, но без введения каких-либо поправочных коэффициентов, был выполнен для нагрузок в интервале от 0,0 до 0,5 МПа. Результаты расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1

Значения модулей деформации по результатам прессиометрических, стабилометрических и компрессионных испытаний

Интервал нагружения, от# до/?*!, МПа я МПа Ергевяо» МПа Е,„ах, МПа ЕоесЬ МПа

схема НН схема КН схема К Д

0,0-0,1 74,0 15,3 53,3 37,6 48,2 3,6

0,1 - 0,2 32,2 22,0 19,3 18,9 24,5 5,3

0,2 - 0,3 24,0 19,3 14,6 15,2 18,0 7,4

0,3 - 0,4 19,9 21,0 12,1 13,5 15,3 7,7

0,4-0,5 16,7 24,8 10,1 10,5 13,2 9,1

На основе полученных значений модулей деформации (таблица 1) бы-

ли вычислены переходные коэффициенты для приведения значений модулей деформации перссиометрических, стабилометрических и компрессионных испытаний к штамповому модулю деформации (таблица 2).

Таблица 2

Значения поправочных коэффициентов

Интервал нагружения, от р1 до рц-и МПа кг, МПа К,н„, МПа тк, МПа

схема НН схема КН схема К Д

1 2 3 4 5 6

0,0 - 0,1 4,8 2,0 1,4 1,5 14,0

0,1 - 0,2 1,5 1,7 1,7 1,3 4,4

0,2 - 0,3 1,2 1,6 1,6 1,3 зд

0,3 - 0,4 0,9 1,5 1,6 1,3 2,2

0,4 - 0,5 0,7 1,6 1,6 1,3 1,8

Значения коэффициентов, согласно ГОСТ 2027612, СП 22.13330.2011 1,5 - 6,0

Зависимость поправочных коэффициентов от интервала нагрузки выражена математически следующим образом:

- для прессиометрического модуля деформации корректирующий коэффициент

Кг = 1388,5 • (Рм + Р.)4 -1927,3 • (Рм + Л)3 + 967,05 • (/>+| + Р.)2 - 209,78 • (Рм + Я) + 17,938 (2)

- для компрессионного модуля деформации корректировочный коэффициент тк =-317,78/>1(|3 + 407,38/>+12 -193,9РМ + 37,097 (3)

- для стабилометрического модуля деформации, полученного по не-консолидированно-недренированной схеме, корректировочный коэффициент Кт = 134,41Л+|4-154Д61^(|3 + 65,63Л.,2-13,51/>+| +2,8031 (4)

- для консолидированно-недренированной схемы корректировочный коэффициент = -150,15^+14 + 205.81Р,,1-101,29/>+|2 + 21,044Рм + 0,1071 (5)

- для консолидированно-дренированной схемы корректировочный коэффициент К:гйа = 147,59/'+14 -197,41/>+13 + 93,6М',п -18,721 Рм + 2,6541 (6)

В выражениях (3), (4), (5), (6) расчет выполняется в интервале давления от р{ до в выражении (2) р2 - бытовое давление на глубине испытания. Величина достоверности аппроксимации В? указанных зависимостей равна 1,0.

Для апробации методики автора по определению модуля деформации при прогнозе осадки фундаментов в качестве натурных экспериментальных данных были использованы результаты статических испытаний свай. С этой целью были выбраны площадки, где проводились натурные испытания свай статической вдавливающей нагрузкой (всего 5 свай). Далее автором было выполнено сравнение результатов натурных испытаний свай с расчетными значениями осадок, полученных аналитическими методами.

Методика расчета осадки. Расчет осадки производился двумя методами:

- Методом, приведенным в СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты», п.п.7.4.2. - п.п.7.4.3. для расчета осадки одиночной сваи. Для расчета исполь-

зовались следующие значения модуля общей деформации аргиллитоподоб-ных глин в интервале 0,2-0,3 МПа: штамповый модуль равный 24,0 МПа, стабилометрический модуль деформации (по методике автора) - 18,0 МПа, компрессионный модуль деформации - 7,4 МПа (таблица 1).

- Методом послойного суммирования (для условного фундамента), согласно СП 22.13330.2011 п.п. 5.6.31. -5.6.41. Для расчета использовалось значение штампового модуля деформации равное 24,0 МПа (таблица 1).

Полученные результаты расчета осадки и осадки, полученной при натурных испытаниях одной из свай, приводятся на рисунке 3. Наиболее близ-

Нагружа. МН кие к натурным

О 0.1 0.2 0,3 0.4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

значения осадки были получены при расчете, согласно СП с применением штампового модуля деформации. Подобная тенденция наблюдалась во всех исследуемых случаях. Превышение величины осадки при расчете с модулем, полученным по методике автора, по отношению к осадке, рассчитанной с применением штампового модуля, составило 2-21 %. При сравнении величин осадок, рассчитанных с применением компрессионого модуля, с осадками, рассчитанными с применением штампового модуля, различие составило 70-300%.

Также важна методика расчета осадки. В нашем случае расчет методом послойного суммирования показал завышенные значения осадок, по отношению к расчету по методу СП 24.13330.2011. При расчете с применением

Рисунок 3 - Графики осадки одиночной сваи № 587, где: 1-натурная осадка; 2,3,4- осадка, рассчитанная по методу СП 24.13330.2011 с применением штампового, стабилометрического и компрессионного модуля, соответственно; 5 - осадка по методу послойного суммирования с применением штампового модуля деформации

штампового модуля деформации это превышение составило 1,1 - 3,3 раза. Поэтому сравнение результатов расчета осадок позволяет сделать вывод о лучшей сходимости метода СП 24.13330.2011 с натурными данными.

На основании выполненных исследований разработана методика прогноза осадки свайных фундаментов, основанием которой служит аргиллито-подобная глина. Данная методика позволяет произвести расчет осадки одиночной сваи с использованием входных параметров (модуля деформации, модуля сдвига), получаемых по данным прессиометрических, компрессионных или трехосных испытаний с достаточной для инженерной практики точностью. Последовательность действий, согласно разработанной методике:

Этап I) На основе предварительного анализа инженерно-геологических условий строительства, требований СП 22.13330.2011, а также имеющегося оборудования выбирается метод определения модуля деформации.

Этап II) Выполняются испытания для определения модуля деформации любым из предложенных ниже методов:

A) испытания в полевых условиях радиальным прессиометром, согласно методике, приводимой в ГОСТ 20276-12 для глинистых грунтов с показателем текучести 1ь< 0,25 и коэффициентом пористости 0,5 < е < 0,8;

Б) испытания в одометре предварительно уплотненных бытовым давлением образцов аргиллитоподобной глины естественной влажности, ориентированных согласно природному залеганию, по методике, приводимой в ГОСТ 12248-2010 для глинистых грунтов с показателем текучести 1ь< 0,25 и коэффициентом пористости 0,5 < е < 0,8;

B) испытания в приборе трехосного сжатия с задаваемыми ниже параметрами:

- Бытовое давление, водонасыщение, время реконсолидации образца, предельная относительная вертикальная деформация определяется согласно ГОСТ 12248-2010, для всех трех схем нагружения. На стадии реконсолидации применяется изотропное обжатие грунта.

- Конечная ступень давления на стадии консолидации при испытаниях по консолидированным схемам выдерживается до завершения 100 %-ной фильтрационной консолидации образца грунта равной 228,15 час.

- На стадии вертикального нагружения при статической нагрузке ступень вертикального давления составляет от 10 до 15% (% от всестороннего давления, но не более 15 %), время между ступенями вертикального давления задается равным 100 мин. В случае непрерывного нагружения скорость вертикальной деформации задается равной 0,004 мм/мин.

Этап III) Выполняется расчет модуля деформации с применением корректировочных коэффициентов.

Прессиометрический модуль деформации грунта Е (МПа) вычисляется для линейного участка графика Ar=ßp) по формуле

Е = Кгг0% (7)

где: Кг - корректирующий коэффициент, рассчитанный согласно выражению (2); г0 - радиус скважины, равный грт + Дт-0; грг - радиус прессиометра, см; г0 - приращение радиуса прессиометра, соответствующее ро, см; Ар- приращение давления на стенку скважины между двумя точками, взятыми на ос-редняющей прямой, МПа; Ar -приращение перемещения стенки скважины (по радиусу), соответствующее Ар, см.

Компрессионный модуль определяется согласно выражению:

Е = 1-Ä (8)

т0 1-У

где: тк - корректировочный коэффициент, рассчитанный согласно выражению (3); во — коэффициент пористости до начала испытания; то - коэффициент сжимаемости, соответствующий интервалу давления от p¡ до p¡+\, v -коэффициент поперечной деформации, определяемый по результатам испытаний в приборах трехосного сжатия, либо по справочным данным.

Модуль деформации по данным испытаний в приборе трехосного сжатия вычисляется по формуле:

Е~К,пах— (9)

где: Кшах - корректировочный коэффициент, рассчитанный согласно выражению (4), (5), (6) для испытаний по неконсолидированно-недренированной, консолидированно-недренированной и консолидированно-дренированной схеме, соответственно; Ао1 - приращение напряжений о> в заданном диапазоне; Ле, и Ле3 - приращение относительных вертикальной и поперечной деформаций образца.

Этап IV) Выполняется расчет осадки одиночной сваи методом СП24.13330.2011 «Свайные фундаменты», п.п. 7.4.2. -п.п. 7.4.3.

Согласно расчету, выполненному на основе справочника базовых цен на инженерно-геологические и инженерно-экологические изыскания для строительства, предлагаемое автором усовершенствование методики расчета модуля деформации по данным прессиометрических, компрессионных и ста-билометрических испытаний, позволит добиться снижения стоимости работ в 2 - 3 раза по отношению к штамповым испытаниям.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Красноцветные глинистые грунты раннепермского возраста г. Перми представляют собой начальную стадию изменения глин. Данные отложения могут быть классифицированы по своим физическим свойствам как глины твердой и полутвердой консистенции. Это позволяет применить к ним термин «аргиллитоподобная глина», что имеет важное практическое значение при проектировании оснований фундаментов зданий и сооружений.

2. Экспериментально в полевых и лабораторных условиях установлено, что анизотропные деформационные свойства наблюдаются как у ар-гиллитоподобных глин, так и современных глин г. Перми. Однако деформационная анизотропия аргиллитоподобных глин отличается от анизотропии современных глин. Для современных глин в маловлажном состоянии дефор-

мации в горизонтальной плоскости также меньше деформаций в вертикальной плоскости (о=0,86), но в случае водонасыщения горизонтальные деформации превышают вертикальные (а= 1,70). Для аргиллитоподобных глин в маловлажном и в водонасьпценном состоянии деформации в горизонтальной плоскости меньше деформаций в вертикальной плоскости (я=0,5 и а=0,77, соответственно). Эти особенности деформационной анизотропии аргиллитоподобных глин должны быть учтены при прогнозе осадок, основывающемся на прессиометрическом модуле деформации.

3. На основании данных полевых испытаний плоским штампом площадью 600 см2 автором была предложена методика испытаний аргиллитоподобных глин в приборе трехосного сжатия для определения модуля деформации, которая позволила получить большие значения модуля деформации, чем по методике ГОСТ 12248-2010 для глин твердой консистенции (различие составило от 10 % до 55 %).

4. Апробация методики определения модуля деформации при расчете осадок свайных фундаментов показала, что использование модуля деформации, полученного для маловлажных образцов в стабилометре по методу автора, показывает лучшую сходимость с расчетом осадки по данным штамповых испытаний и с результатами натурных испытаний свай, чем осадки, получаемые с использованием компрессионного модуля деформации.

5. Для расчета модуля деформации при прогнозе осадки свайных фундаментов, полученного по данным испытаний прессиометром, лабораторных испытаний в стабилометре и одометре аргиллитоподобных глин природной влажности, рекомендуется использовать полученные в результате исследования зависимости для эмпирических поправочных коэффициентов.

6. Предложена методика прогноза осадки свайных фундаментов, основанием которых служат аргиллитоподобные глины. Усовершенствование методики расчета модуля деформации по данным прессиометрических, компрессионных и стабилометрических испытаний, позволит добиться снижения стоимости работ в 2 - 3 раза по отношению к штамповым испытаниям.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и

изданиях;

1. Сычкина, Е. Н. К вопросу определения начального напряженного состояния полускальных грунтов в лабораторных условиях / Е. Н. Сычкина, А. Б. Пономарев // Известия высших учебных заведений. Строительство. -2012,-№6,- С. 74-80.

2. Пономарев, А. Б. Сопоставление механических свойств аргиллитов раннепермского возраста по результатам полевых и лабораторных испытаний / А. Б. Пономарев, Е. Н. Сычкина // Вестник МГСУ. - 2013. - № 2. - С. 55-63.

3. Пономарев, А. Б. Анализ результатов экспериментальных исследований механических свойств аргиллитов / А. Б. Пономарев, Е. Н. Сычкина, М. А. Акбуляков, А. Ю. Черепанов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. - 2013. - Вып. 30 (49). - С. 108-120.

Публикации в других изданиях, материалах конференций:

4. Сурсанов, Д. Н. Проблемы строительства и проектирования на полускальных грунтах / Д. Н. Сурсанов, Е. Н. Сычкина, А. Б. Пономарев // Geotechnical engineering : New Horizons : proc. of the 21st European Young Geotechnical Engineers conf., Rotterdam, September, 2011. - Amsterdam; Berlin; Tokyo; Washington, DC : IOS Press. - P. 113-117.

5. Сычкина, E. H. Инженерно-геологические особенности полускальных грунтов при устройстве фундаментов глубокого заложения в г. Перми / Е. Н. Сычкина, И.А. Ощепкова, А. Б. Пономарев // Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства : материалы междунар. конф., г. Пермь, 18-19 окт. 2011 г. : III Акад. чтения им. проф. А. А. Бартоломея / Рос. акад. архит. и строит, наук [и др.]. - Пермь, 2011. - С. 46-50.

6. Сычкина, Е. H. К вопросу определения механических характеристик аргиллитов и песчаников г. Перми в лабораторных условиях / Е. Н. Сычкина, А. Б. Пономарев // Механика грунтов в геотехнике и фундаменго-строении : всерос. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 7-8 июня 2012 г. / Юж-но-Рос. гос. техн. ун-т (Новочерк. политехи, ин-т) [и др.]. - Новочеркасск : [ЮРГТУ (НПИ)], 2012. - С. 271 - 277.

7. Ощепкова, И. А. Анализ влияния степени водонасыщенности на деформационные характеристики полускальных грунтов / И. А. Ощепкова, Е. Н. Сычкина // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. - 2012. - № 2. - С. 8 - 16.

8. Пономарев, А. Б. Мягкая порода Перми в качестве основания свайных фундаментов / А. Б. Пономарев, Е. Н. Сычкина, Д. Н. Сурсанов // Baltic Piling : ргос. of the conf. on Baltic Piling days 2012, Tallin, Estonia, 3-5 Sept / 2012 / ed.: M. Mets, R. Raudsepp ; Estonian Geotechnical Soc., Tallin, Estonia. - Boka Raton; London; New York; Leiden : CRC Press; Taylor & Francis Group : Balkema Book, 2013. - P. 59-61.

9. Акбуляков, M. А. К вопросу расчета оснований свайных фундаментов, сложенных аргиллитами и песчаниками, с использованием материалов статического зондирования / М. А. Акбуляков, Е. Н. Сычкина, А. Б. Пономарев // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. - 2013. - Вып. 1. -С. 14-26.

10. Сычкина, Е. Н. Анализ результатов экспериментальных исследований деформационной анизотропии песчаников и аргиллитоподобных глин / Е. Н. Сычкина, А. Б. Пономарев // Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях : сб. докл. Пятой Международной научно-практ. конф. (Москва, 26 - 28 июня 2013 г.) / М-во образования и науки РФ, нац. исслед. Моск. гос. строит, ун-т. - Москва : МГСУ, 2013. - С. 150-153.

СЫЧКИНА ЕВГЕНИЯ НИКОЛАЕВНА

ПРОГНОЗ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ АРГИЛЛИТОПОДОБНЫХ

ГЛИН Г. ПЕРМИ

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 14.04.2014. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 200 экз. Заказ № 773/2014.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типограф™ издательства Пермского национального исследовательского политехнического университета. Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342) 219-80-33.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СЫЧКИНА ЕВГЕНИЯ НИКОЛАЕВНА

ПРОГНОЗ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ АРГИЛЛИТОПОДОБНЫХ

ГЛИН Г. ПЕРМИ

05.23.02 «Основания и фундаменты, подземные сооружения»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Пономарев Андрей Будимирович

Пермь 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

Глава 1. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований деформационной анизотропии глинистых грунтов....................9

1.1. Краткий обзор методов расчета осадок оснований..................................9

1.2. Теоретические исследования анизотропии.............................................13

1.3. Экспериментальные исследования анизотропии....................................19

1.3.1. Лабораторные экспериментальные исследования...........................20

1.3.2. Полевые экспериментальные исследования....................................26

1.4. Исследования деформируемости глинистых грунтов г. Перми............31

1.4.1. Инженерно-геологические условия г. Перми..................................31

1.3.2. Анализ изученности деформируемости глин г. Перми...................33

1.3.3.Анализ факторов, обуславливающих анизотропную деформируемость глинистых грунтов г. Перми........................................39

1.5. Основные выводы по главе и постановка задач исследования по работе в целом...................................................................................................44

Глава 2. Экспериментальные исследования деформационной анизотропии глинистых грунтов г. Перми................................................................................47

2.1. Полевые исследования деформационной анизотропии аргиллитоподобных глин..................................................................................48

2.1.1. Описание полевых экспериментальных площадок.........................50

2.1.2. Методика проведения экспериментов..............................................59

2.1.3. Результаты полевых исследований и их анализ...............................62

2.2. Лабораторные исследования деформационной анизотропии аргиллитоподобных глин..................................................................................69

2.2.1. Методика проведения эксперимента.................................................70

2.2.2. Результаты лабораторного исследования и их анализ....................73

2.3. Лабораторные исследования деформационной анизотропии современных глин.............................................................................................78

2.3.1. Описание экспериментальной площадки.........................................78

2.3.2. Методика проведения экспериментов..............................................79

2.3.3. Результаты лабораторного исследования и их анализ....................79

2.4. Анализ результатов экспериментальных исследований........................83

2.5. Выводы по главе.........................................................................................88

Глава 3. Экспериментальное моделирование штамповых испытаний аргиллитоподобной глины в стабилометре.......................................................89

3.1. Постановка задач........................................................................................89

3.2. Описание оборудования, применяемого в эксперименте......................90

3.3. Начальное напряженное состояние образца............................................92

3.4. Определение времени консолидации аргиллитоподобной глины........97

3.5. Методика экспериментов в приборе трехосного сжатия.......................99

3.6. Полученные результаты и их анализ......................................................108

3.7. Выводы по главе.......................................................................................122

Глава 4. Методика расчета осадки фундаментов, основанием которых служит аргиллитоподобная глина.....................................................................124

4.1. Область применения полученных эмпирических коэффициентов для расчета модуля общей деформации и осадки свайных фундаментов.......124

4.2. Расчет модуля деформации по результатам прессиометрических, стабилометрических и компрессионных испытаний...................................125

4.3. Полевые испытания свай.........................................................................131

4.4. Апробация предложенной методики расчета модуля деформации при прогнозе осадок свайиых фундаментов........................................................144

4.5. Методика определения осадки одиночной сваи, основанием которой служит аргиллитоподобная глина г. Перми.................................................157

4.6. Прогнозируемый эффект при использовании рекомендаций по прогнозу осадок свайных фундаментов........................................................163

4.7. Выводы по главе.......................................................................................164

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ......................................................................................166

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................168

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1 «Результаты прессиометрических испытаний».........182

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2 «Результаты испытаний в одометре аргиллитоподобных

глин».....................................................................................................................187

ПРИЛОЖЕНИЕ № 3 «Результаты испытаний в одометре современных

глин».....................................................................................................................190

ПРИЛОЖЕНИЕ № 4 «Статистическая обработка результатов испытаний в

одометре аргиллитоподобных и современных глин»....................................193

ПРИЛОЖЕНИЕ № 5 «Результаты испытаний в приборе трехосного сжатия

согласно методике ГОСТ 12248-2010»...........................................................198

ПРИЛОЖЕНИЕ № 6 «Результаты испытаний в приборе трехосного сжатия

согласно методике, предлагаемой автором»....................................................202

ПРИЛОЖЕНИЕ № 7 «Статистическая обработка результатов испытаний аргиллитоподобных глин в приборе трехосного сжатия по методике ГОСТ

12248-2010 и методике автора».........................................................................206

ПРИЛОЖЕНИЕ № 8 «Расчет экономического эффекта от применения

методики прогноза осадок свайных фундаментов».........................................211

ПРИЛОЖЕНИЕ № 9 «Справка о внедрении результатов научно-исследовательской работы»...............................................................................216

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей, стоящей в настоящее время перед специалистами геотехниками, является повышение экономичности применяемых фундаментов. Одним из путей повышения экономичности проектируемых фундаментов является совершенствование методов определения и расчета деформационных параметров грунтов, используемых при расчете оснований по деформациям. Наиболее экономичными и надежными в этом случае будут расчетные модели, достаточно полно отражающие реальные свойства грунтов и явления, происходящие в грунтовых основаниях при действии внешних нагрузок, и в том числе учитывающие природную и наведенную в процессе нагружения деформационную анизотропию.

Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что все природные нескальные грунты обладают свойством деформационной анизотропии, степень и характер которой особенно отчетливо выражены при слоистой текстуре грунта. Вместе с тем существуют некоторые разновидности грунтов, например, аргиллитоподобные глины, данные о механических параметрах которых крайне слабо освещены в нормативно-технической литературе. В связи с этим одним из важнейших вопросов исследования напряженно- деформированного состояния является вопрос об учете деформационной анизотропии грунтов в расчетах модуля деформации по данным различных испытаний и последующем расчете деформаций оснований, прогнозе осадок фундаментов.

Целью настоящей работы является разработка методики прогноза осадок фундаментов, опирающихся на аргиллитоподобные глины г. Перми, на основе экспериментальных исследований модуля деформации, получаемого по данным прессиометрических, компрессионных и трехосных испытаний.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1) Дать региональную классификацию красноцвстпых глинистых грунтов раннепермского возраста г. Перми на основе всестороннего изучения их свойств;

2) Экспериментально изучить деформируемость глин раннепермского и четвертичного возраста г. Перми в вертикальном и горизонтальном направлениях с учетом природной влажности и полного водонасыщения, выявить степень деформационной анизотропии глинистых оснований г. Перми;

3) На основании выполненных экспериментальных исследований деформируемости аргиллитоподобных глин разработать методику испытаний образцов аргиллитоподобных глин в приборе трехосного сжатия, выполнить сравнение результатов, полученных по новой методике, с результатами, получаемыми по существующей методике испытаний ГОСТ 12248-2010;

4) Выполнить прогноз осадок фундаментов аналитическими методами с применением полученных в результате исследования значений модуля деформации аргиллитоподобных глин, сравнить расчетные данные с результатами натурных экспериментов;

5) На основании полученных данных предложить эмпирические поправочные коэффициенты для расчета модуля деформации по данным полевых испытаний прессиометром, лабораторных испытаний в одометре и стабилометре, применимые для аргиллитоподобных глин г. Перми;

6) Дать простые и достаточно надежные рекомендации по прогнозу осадок свайных фундаментов, основанием которых служат аргиллитоподобные глины.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- экспериментально исследована деформационная анизотропия, а также влияние влажности на деформируемость глин раннепермского и четвертичного возраста г. Перми;

- предложена усовершенствованная методика испытаний в приборе трехосного сжатия для аргиллитоподобных глин;

■ б

- предложены эмпирические поправочные коэффициенты для расчета модуля деформации, полученного по результатам нолевых испытании прессиометром, лабораторных испытаний в одометре и стабилометре;

- предложена методика прогноза осадки фундаментов, опирающихся на аргиллитоподобные глины г. Перми.

Достоверность и обоснованность. Результаты, основные выводы и рекомендации, приведенные в диссертационной работе, базируются на основных теоретических положениях механики грунтов, и подтверждены необходимым объемом исследований, обеспечивающим возможность статистического анализа результатов. Достоверность результатов исследования обеспечивается значительным количеством как лабораторных, так и полевых экспериментальных данных. При проведении экспериментов использовались средства измерения, прошедшие поверку в органах стандартизации и метрологии.

Практическое значение работы состоит в разработке методики прогноза осадок зданий и сооружений, основанием которых служат аргиллитоподобные глины г. Перми, базирующейся на усовершенствованной методике определения и расчета модуля деформации, с целыо повышения эффективности строительства и эксплуатации зданий.

Личный вклад автора в исследование проблемы. Постановка проблемы, формулирование целей и задач, поиск их решения путем экспериментальных исследований, разработка принципов расчета модуля деформации и прогноза осадки фундаментов, формулирование основных выводов осуществлены лично автором.

Реализация и внедрение результатов работы. Диссертационная работа является частью научных исследований по теме «Исследование нижнепермских фунтов в качестве основания для фундаментов глубокого заложения и подземных сооружений», проводимых на кафедре «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ в рамках программы

тематического плана госбюджетных МИР по заданиям Министерства образования и науки РФ (заказ-наряд № 1033). Полученные основные результаты работы использованы в Пермском национальном исследовательском политехническом университете при чтении лекций и ведении практических занятий для студентов строительного факультета специальностей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство». Легли в основу изданных методических рекомендаций «Специальные вопросы механики грунтов и механики скальных пород» для магистерских программ «Подземное и городское строительство». Результаты работы внедрены в практику инженерно-геологических изысканий ОАО «ВерхнекамТИСИз» и подтверждены актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях молодых ученых 2011 - 2013 гг. (ПНИПУ, г. Пермь); международной научно-практической конференции «Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства» (Пермь, 2011 г.); Европейской конференции молодых геотехнических инженеров (Роттердам, Нидерланды, 2011); всероссийской научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении» (Новочеркасск, 2012 г.); на международной научно-технической конференции «Baltic Piling Days» (г. Таллинн, Эстония, 2012 г.); международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2013 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 10 статьях, опубликованных в сборниках научных трудов и научных журналах, в том числе в 3 статьях опубликованных в изданиях из перечня ВАК РФ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты выполненных экспериментальных исследований

деформационной анизотропии аргиллитоподобных глин г. Перми.

2. Методика испытаний аргиллитоподобных глин в приборе трехосного сжатия.

3. Общие принципы методики расчета модуля деформации аргиллитоподобных глин по данным компрессионных, трехосных и прессиометрических испытаний.

4. Методика прогноза осадок фундаментов зданий и сооружений, основанием которых служат аргиллитоподобные глины г. Перми

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и 9 приложений. Общий объем диссертации составляет 217 страниц, в том числе 167 страниц основного текста, содержащего 58 рисунков и 44 таблицы, список литературы из 116 наименований, в том числе 14 на иностранном языке.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю зав. кафедрой «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ, профессору, д.т.н. А.Б. Пономареву за ценные советы и замечания в ходе выполнения научно-исследовательской работы. Автор выражает благодарность всем сотрудникам кафедры СПГ ПНИПУ за помощь и поддержку в период работы над диссертацией.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕФОРМАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ 1.1. Краткий обзор методов расчета осадок основании

Механика грунтов как наука сформировалась на базе теории сплошной изотропной среды и теории упругости, что позволило разработать теорию, основанную на предположении о существовании диапазона нагрузок, в пределах которого напряжения и деформации связаны линейной зависимостью. Таким образом, полагалось, что деформационные характеристики грунта являются постоянными величинами, не изменяющимися в процессе возрастания нагрузок, что позволило решить широкий круг инженерных задач, в том числе разработать методы расчета осадок фундаментов. Однако грунты показывают линейно упругое поведение до относительно небольших нагрузок, и даже в этом случае при разгрузке возникает остаточная деформация. Поэтому при определении относительной деформации используется модуль общей деформации Е.

Вопросами расчета осадки фундаментов занимались в разные годы А.Н. Богомолов [25], М. И. Горбунов-Посадов [15], С.И. Евтушенко [25], Б. Н. Жемочкин [28], В. Г. Федоровский [97] и другие. Для расчета осадок основания под нагрузкой необходимо изначально выбрать математическую модель основания. Выбор модели зависит от учета распределительных свойств основания (модели местных и общих деформаций), учета необратимых деформаций (упругие и неупругие модели), вида зависимости между напряжениями и деформациями (линейные и нелинейные модели).

Основной моделью в механике грунтов является модель линейно деформируемого полупространства, которая в соответствии с приведенной выше классификацией является линейной упругой моделью общих деформаций. Осадка основания вычисляется интегрированием по загруженной поверхности формулы Буссинеска:

'(л.)'.:)

где:

тг-Е-И

(1 +

1 Г^

2-0-У) II1

)

(1.1)

Я = ^х2+У2+22 ;

V, Е - коэффициент Пуассона и модуль деформации грунта, соответственно;

х, у, 2 — координаты точки.

При подстановке в формулу (1.1) z=0 и д = [(х-£)2 +{у-п)2\'2, а вместо Р -элементарной силы рсМ;с1г}, произведя интегрирование по загруженной площади 2-ах2-ь, получим следующее выражение:

й^-йг]

/, 2 ч +Ь+а

, \ ) г г

лЕ

-Ь -а л[(

х-^)2+(у-т1)2

л-Е

х + а) 1п

-{х-а) 1п + (у + Ь) 1п

у! (х + а)2 +{у + Ь)2 +(у + Ь) ^(х-а)2 + (у-Ь)2 +{у — Ь) ^(х-а)2+(у + Ь)2 +(у + Ь)

+ Ь>-Ь)2 + (у-Ь)

у!(х + а)2 + (у + Ь)2 + (х +а)

у/(х-а)2 +{у+ь)2 + (х-а)

у1(х + а)2 + (у-Ь)2 + (х + а)

+

у1(х-а)2 +{у-Ь)2 +{х-а)

(1.2)

где р=Р/(4аЬ).

Для вычисления осадок упругого полупространства от действия вертикальной силы Р, распределенной по площади схЬ(Ь - ширина, с -длина), Б.Н. Жемочкин [28] предложил следующее выражение:

7Г-Ь С С

(1.3)

где Р

Р

Ъ-с •

Существенным недостатком �