автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Прогноз осадок и кренов фундаментов на пылевато-глинистом основании, находящихся под воздействием статической и циклической нагрузки

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры

од

О 3 ФЕЗ 1337

На правах рукописи

УДК.624.131.5: 624.15

Шаповал Владимг" Григорьевич

Л

ПРОГНОЗ ОСАДОК И КРЕНОВ ФУНДАМЕНТОВ НА ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТОМ ОСНОВАНИИ,НАХОДЯЩИХСЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СТАТИЧЕСКОЙ И ЦИКЛИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

05.23.02-0снования и °нты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск 1996 г.

о

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена на кафедре "Основания и фундаменты" Приднепров ской государственной академии строительства и архитектуры (ПГАСА) г.Днепропетровск.

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники Укр

ины , доктор технических наук , профессо! Швец Виктор Борисович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук , профессор Тили

феева Людмила Михайловна

доктор технических наук,профессор Петра ков Александр Александрович

доктор технических наук,профессор Школ Александр Викторович.

Ведущая организация: Государственный научно-исследователь-

ский институт строительных конструкций (г.Киев).

Защита диссертации состоитсж$(?9А7 /79 О/ 1997 г. в часов на заседании специализированного ученого совета Д 03.07.05 пр Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры (ПГАСА) по адресу: 320005,г.Днепропетровск,ул.Чернышевского 24 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГАСА.

Автореферат разослан _ гз _декабря 1996 г.

Ученый секретарь специализированного

ученого совета к.т.н.,доцент Карпухина А.К.

С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы исследования.Настоящая работа посвящена проблеме прогноза средних осадок и кренов фундаментов на пылевато-глинистых водонасыщенных основаниях, находящихся под воздействием переменной во времени (в том числе и циклической) нагрузки. В инженерной практике указанная проблема возникает при проектировании фундаментов дымовых труб, реакторных отделений и турбоагрегатов атомных электростанций (РО и ТГ АЭС), водонапорных башен, колонн с крановой нагрузкой, элеваторов, резервуаров для хранения нефтепродуктов и т.д.

С практической точки зрения, актуальность рассматриваемой проблемы-обусловлена тем, что при циклической нагрузке на грунт его поведение становится аномальным по сравнению с поведением при статической нагрузке. В частности.в первом случае возрастают деформации грунта, изменяются его прочностные характеристики,происходит накопление остаточных деформаций. Актуальной также является проблема прогноза стабилизированных и текущих средних осадок и кренов большераз-мерных фундаментов, в том числе зданий реакторных отделений атомных электростанций, натурные значения которых имеют существенное расхождение с расчетными.

В теоретическом плане актуальность рассматриваемой проблемы эбусловлена тем, что принятая в нормативных документах при расчете то второй группе предельных состояний базовая модель упругой изотропной среды не позволяет в полной мере отразить особенности дефор-нирования реальных грунтовых оснований. В частности, эта модель не юзволяет учитывать влияния на средние осадки и крены фундаментов юлзучести грунтового скелета, необратимости и, как следствие, накоп-юния деформаций при загрузке-разгрузке, анизотропии свойств основа-гий и т. д. Имеет место также проблема несоответствия реального ( как травило , пространственного ) и принятого в нормативных доку мен-

тах (компрессия) напряженно-деформированного состояния водонасы щенного грунта при расчете осадок фундаментов во времени. В этой свя зи в рамках принятых в СНиП 2.02.01 - 83 и ПИНАЭ 5.10 - 87 расчетны схем принципиально не могут быть решены такие важные практически задачи, как прогноз процесса развития во времени крена фундаменте прогноз напряженно-деформированного состояния плитных фундамен тов и другие задачи, в которых нет возможности не учитывать проа ранственного напряженно-деформированного состояния грунта. Сказа! ное в полной мере относится и к "инженерным методам" расчета,базир) ющимся на раздельном определении эпюры напряжений в грунте в хор решения пространственной задачи теории упругости с последующим ог ределением зависимости "осадка - время" в ходе решения компрессио! ной задачи, поскольку в данном случае не учитывается отжатие порово жидкости в горизонтальном направлении. В целом, вопрос адекватност протекающим в натуре процессам той или иной модели и расчетно схемы водонасыщенного грунтового основания остается открытым силу присущим каждой общепринятой в механике грунтов модели опр< деленным ограничениям.

Проблема прогноза средних осадок и кренов фундаментов тесн связана с проблемой определения реологических свойств грунта. В н; стоящее время для этой цели используются методы А.Казагранде и Tei лора, суть которых заключается на условном делении процесса консс лидации грунта на первичную (фильтрационную) и вторичную (полз; честь грунтового скелета) с последующим определением реологически параметров.Поскольку процессы отжатия поровой жидкости и полз; чести грунтового скелета протекают одновременно,весьма актуально является проблема определения реологических характеристик грунта б< условного деления консолидации на "первичную" и "вторичную", также проблема экстраполяции установленных в ходе кратковременнь (по сравнению с временем эксплуатации сооружений) испытаний rpyir кривых ползучести в область дальних времен.

I [ель исследований заключается в разработке, научном обосновании и внедрении в практику методов расчета по второй группе предельных состояний пылевато-глинистых водонасыщенных оснований, находящихся под воздействием статической и переменной во времени квазистатической (в том числе и циклической) нагрузки.

Задачи исследований:аналнз современных методов расчета грунтовых оснований по второй группе предельных состояний;разработка методик определения деформационных и реологических свойств грунта; создание методов расчета водонасыщенных пылевато-глинистых грунтовых оснований по второй группе предельных состояний при учете ползучести грунтового скелета и необратимости деформаций при загрузке-разгрузке.

Научная новизна исследований:

- разработаны методы определения деформационных (модуля упругости и коэффициента Пуассона грунтового скелета) и реологических (коэффициента консолидации, вида и параметров ядра ползучести) свойств водонасыщенных пылевато-глинистых грунтовых оснований, находящихся под воздействием постоянной и циклической нагрузки в полевых и лабораторных условиях;

- предложена физическая модель водонасыщешгого пылевато-гли-нистого основания, позволяющая учитывать фильтрационную консолидацию. запаздывающие во времени и полностью обратимые деформации ползучести, а также запаздывающие во времени полностью необратимые деформации грунта;

- с использованием соотношений термодинамики необратимых процессов получены уравнения движения анизотропного упругого водо-насыщенного основания в рамках динамической задачи теории взаимо-:вязанной фильтрационной консолидации; эти результаты обобщены на случай квазистатической задачи, модели изотропных упругой и [аследственно-упругой сред, а также среды, грунтовый скелет которой обладает свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке-эазгрузке:

- разработаны алгоритмы построения точных общих решений зада чи теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации в динамнчес кой и квазистатической постановке в рамках моделей основания В.А Флорина-М.Био, Ю.К.Зарецкого, а также грунта, обладающего свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке-разгрузке;

- получено точное решение компрессионной задачи в рамках моде ли упругой весомой водонасыщенкой среды;

- в рамках моделей основания В.А.Флорина-М.Био, Ю.К.Зарецкс го, а также основания, обладающего свойствами ползучести и накоплс ния деформаций при загрузке-разгрузке получены точные аналитически решения задачи Буссинеска в квазистатической постановке;эти резул! таты обобщены на случай водонасыщенного основания, в котором урс вень подземных вод находится на некоторой глубине от дневной поверх ности;

- методом суперпозиции, на основе результатов решения задач Буссинеска , построены аналитические зависимости, позволяющие ра> считывать изменение во времени средних осадок" и кренов фундаменте круглой и прямоугольной формы при воздействии на них статической переменной во времени нагрузки;

- разработаны полуэмпирические методы расчета зависимостей ср дних осадок и кренов фундаментов как функций времени при учете и: женерно-геологических условий, характера изменения во времени дейс вующей на фундаменты нагрузки и отметки залегания уровня подземнь вод.

Практическая ценность результатов исследований заключается использовании рекомендуемых в работе методов определения деформ ционных и реологических свойств водонасыщенного пылевато-глиш того грунта на стадии инженерно-геологических изысканий, а также в I пользовании рекомендуемых в работе методик расчета оснований ф> даментов по второй группе предельных состояний (т.е. по деформация на стадии проектирования зданий и сооружений.

Теоретическая ценность результатов исследований заключается в использовании предложенного в работе варианта уравнений теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации,алгоритмов построения их общих и частных решений,начальных,граничных условий и условий "склейки"для расчета напряженно-деформированного состояния лылева-то-глинистых водонасыщенных оснований.

Внедрение результатов работы осуществлено в ходе инженерно-геологических изысканий на промплощадке Запорожской АЭС, при расчете зависимостей средних осадок и кренов реакторных отделений от времени на период эксплуатации, при разработке проекта реконструкции открытой эстакады объединения "Металлоснабсбыт" г. Днепропетровска , в ходе инженерно-геологических изысканий, проектирования и строительства трестом N17 ряда объектов на территории г. Днепропетровска, при разработке пакета прикладных программ, предназначенных для расчета оснований по II группе предельных состояний (внедрен в Днепродзержинском филиале КлевНИИПградостроительства).

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах ДИСИ (ньше П ГАС А) в период 1980 1996 гг.;втсром Всесоюзном симпозиуме по реологии грунтов (Ташкент, 1982 г.);четвертом Всесоюзном симпозиуме по реологии грунтов (Волгоград, 1985 г.);шестой Всесоюзной конференции по динамике оснований, фундаментов и подземных сооружений (Нарва, 1985 г.); третьей Международной конференции по проблемам свайного фундамен-тосгроения (Минск, 1993 г.);четвертой Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения (Пермь, 1994 г.);второй Украинской научно-технической конференции по механике грунтов и фун-даментостроению (Полтава, 1995 г.);пятой Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроению (Санкт-Петербург, 1995 г.); Польско-Украинских семинарах "Теоретические основы строительства" (Польша, Варшава, 1994и 1996 гг.).

.. Я -

Вклад автора в решение проблемы состоит: в разработке полевых 1 лабораторных методов определения деформационных и реологически; свойств водонасьнценных пылевато-глинистых грунтовых оснований находящихся под воздействием постоянной и циклической нагрузки;! разработке алгоритмов построения точных общих решений задач! теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации в динамическо! к квазистатлческой постановке в рамках моделей основания В.А Флорина-М.Био, Ю.К.Зарецкого, а также грунта, обладающей свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке разгрузке;в разработке полуэмпирических методов расчета зависимостей средних осадок и кренов фундаментов как функций времени при учет< инженерно-геологических условий, характера изменения во времен! действующей на фундаменты нагрузки и йтметки залегания уровш подземных вод.

Публикации. Основные положения работы отражены в 30 печатни? работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девя ти глав (включая заключение),приложения и включает в себя 275 страниц основного текста, 120 рисунков и 26 таблиц.Список использование? литературы включает 289 наименований.

На защиту выносятся:

- лабораторные исследования особенностей и закономерностей уплотнения пылевато-глинистых грунтовых образцов при воздействии нг них постоянной и переменной во времени (циклической) нагрузки £ зависимости от их напряженно-деформированного состояния (одно- I: двухосное сжатие, компрессия), их анализ и обобщения;

- исследования закономерностей уплотнения водонасьнценных пылевато-глинистых оснований, находящихся под воздействием постоянной и переменной во времени (циклической) нагрузки в полевых условиях г грунтовом лотке , их анализ и обобщения;

- Э -

- анализ и обобщения результатов наблюдений за средними осадками и кренами зданий реакторных отделений Запорожской АЭС;

- методики определения реологических и деформационных характеристик грунта в полевых и лабораторных условиях при ступенчатой и циклической нагрузке;

- физическая модель водонасыщенного основания, позволяющая учитывать накопление остаточных деформаций при загрузке-разгрузке грунта;

- математическая формализация процессов уплотнения находящихся под воздействием квазистатической и динамической нагрузки грунтовых водонасьпценных анизотропных оснований;

- алгоритмы построения точных аналитических решений квазистатической и динамической задач теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации в рамках моделей В.А.Флорина - М.Био (упругой водонасыщенной среды), Ю.К.Зарецкого (наследственно - упругой водонасыщенной среды), а также в рамках модели водонасыщенной грунтовой среды, скелет которой обладает свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке - разгрузке;

- аналитические зависимости, позволяющие рассчитывать процессы развития во времени средних осадок и кренов фундаментов круглой и прямоугольной формы в рамках моделей грунта В.А.Флорина - М.Био, Ю.К.Зарецкого, а также в рамках модели, позволяющей учитывать ползучесть и накопление остаточных деформаций при загрузке - разгрузке водонасыщенного грунта в зависимости от характера изменения во времени действующей на фундамент нагрузки и глубины залегания уровня подземных вод;

- рекомендации по расчету стабилизированных (конечных) средних осадок и кренов болылеразмерных фундаментов реакторных отделений атомных электростанций;

- рекомендации по расчету зависимостей "осадка - время" и "крен время" фундаментов , находящихся под воздействием постоянной в< времени и переменной (в том числе и циклической) нагрузки.

Предмет исследования-основания фундаментов , находящиеся noj воздействием переменной во времени нагрузки.

Объект иссследования-пылевато-глинистые водонасыщенные осно вания.

Методы исследования-принятые в механике сплошной среды теоре тические,а также в механике грунтов и фундаментостроении стандартны экспериментальные методы.

В основу диссертационной работы положены результаты исследо ваний, выполненных под руководством (1981.j- 1984 г.г.) и при общей на учно-методической консультации (1985^ -г 1996 г.г.) д.т.н., проф. В.Б Швеца.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

В первой главе рассмотрены методы расчета конечных и текущи: значений осадок и кренов фундаментов на пылевато - глинистом осно вании, используемые для этой цели физические модели грунта и рас четные схемы грунтовых оснований, методики определения дефор мационных и реологических свойств грунта и ряда обладающих свойст вом ползучести материалов (полимеры и бетон).Ввиду специфики реша емой проблемы был также выполнен обзор работ в области теорий упру гости , взаимосвязанной термоупругости,наследственной упругости (вяз коупругости),пластичности и феноменологической термодинамики.

В области механики грунтов и фундаментостроения были прс анализированы работы М.Ю.Абелева,Л.С.Амаряна, А А. Бартоломея, Е Г.Березанцева,И.П.Бойко,А.К.Бугрова,Г.М.Вариниченко,С.С.Вялова, Н МГерсеванова.Р.Е.Гейзена, М.Н.Гольдштейна, Б.В.Гончарова,М.И.Гор бунова-Посадова, Б.И.Далматова, Б.И.Дидуха,К.Е.Егорова, Ю.К.Зарег

кого,H.Jl.Зоценко, П.Л.Иванова, В.Д.Казарновского, П.А.Коновалова,В. Г.Короткина.Г.К.Клейна, С.Н.Клепикова,В.В.Лушникова,М.В.Малышева, H.H.Маслова,С.Р.Месчяна, Ю.Н.Мурзелко, А.А.Мустафаева, П.Л.Пастернака, А.Л.Петракова. Д.Е.Польшина, Ю.М.Почтмана, О.Е.Приход-ченко.Н. П. Пузыревского, И .Б. Рыжкова, Е.А.Сорочана.А.С.Строганова,3. Г.Тер-Мартиросяна, Г.И.Тер-Степаняна, Л.М.Тимофеевой, Л.Б.Фадеева, В.А.Флорина, Х.Р.Хакимова, С.Б.Ухова, Н.А.Цытовкча, К.И.Черкасова, Г.И.Черного, К.Ш.Шадунца. Д.М.Шапиро. В.Б.Швеца, Н.С.Швец, A.B. Школы,М.Био,Г.Бишопа,Д.Бурмистера,А.Кезди,А.Казагранде,А.Лавен-бери,Д.Леонардса,Л.Скемптона,К.Терцаги,Л.Фокса,Б.Хансена,Л.Шукле.

В области теорий упругости,наследственной упругости (вязкоупру-гости).термоупругости и пластичности проанализированы работы А.Бус-синеска,В.З.Власова,Б.Н.ЖемочкинаДГ.Галеркина,А. А.Илыошина,Э.М .Карташова, В. Новацкого,Ю.Н.Работнова, С.П.Тимошенко.

В области механики полимеров,горных пород и теорий ползучести бетонных конструкций проанализированы работы С.В.Александровского, Н.Х.Арутюняна, В. З.Власова, Б. Г.Галеркина.ЧЛ. Даугсте, A.B. Калзне-ре, Ю.М.Карташова, А.Р. Ржаницна, А.А.Тагера, А.Тобольского, Е.А. Яценко.

Анализ работ перечисленных авторов позволил сделать такие выводы.

1. Имеет место проблема прогноза конечных (для времени, равного сроку эксплуатации) и текущих (на интервале времени от начала до завершения эксплуатации) средних осадок реакторных отделений АЭС. Эта проблема обусловлена особенностями эксплуатации реакторных отделений (в частности, жесткими допусками по положению в пространстве фланца главного разъема РО). Анализ литературных источников позволил наметить такие пути ее решения: использование при прогнозе стабилизированных средних осадок РО расчетной схемы упругого полупространства с условным ограничением сжимаемой толщи при введении уменьшающего осадки эмпирического коэффициента так, как это делает-

- Т? -

ся в СНиП 2.02.01 - 83, поскольку в этом случае появляется возможность более полно учитывать особенности инженерно-геологического строения основания; использование при прогнозе стабилизированных значений средних осадок РО расчетной схемы слоя конечной толщины лишь в том случае, если это обусловлено геологическим строением основания (залегание в пределах сжимаемой толщи: малосжимаемого скального грунта): учет при прогнозе текущих значений осадок реакторных отделений фактического (пространственного) напряженно-деформированного состояния основания.

2. Имеет место проблема прогноза конечных и текущих значений общих кренов реакторных отделений АЭС. При этом проблема определения текущих значений кренов фундаментов весьма актуальна, поскольку в нормативных документах на этот счет нет никаких указаний.Анализ литературных источников позволил наметить такие пути ее решения: использование при определении стабилизированных значений кренов в качестве расчетной схемы не абсолютно-жестких, а абсолютно-гибких фундаментов (в этом случае очертания контактной эпюры более соответствуют эксперименту и уменьшается удерживающий момент); учет при определении текущих значений кренов имеющего место в натуре пространственного напряженно-деформированного состояния грунта.

3. Имеет место проблема расчета по деформациям находящихся под воздействием циклической нагрузки оснований фундаментов, поскольку в данном случае интенсифицируется процесс уплотнения грунта. Эта проблема по своей сути близка к задачам транспортного строительства и технологическим задачам уплотнения оснований методами укатки, тяжелыми трамбовками и т.д.В теорегическом плане указанная проблема может быть интерпретирована как проблема прогноза напряженно-деформированного состояния водонасыщенных оснований,находящихся под воздействием переменной во времени нагрузки.Для ее решения удалось наметить такие пути: расчет осадок и кренов фундаментов с применением рекомендаций нормативных документов при использовании для опреде-

■Л -

ления деформационных констант основания специальных, отличных от рекомендованных ГОСТ, методик;разработка специальной модели грунтового основания, позволяющей учитывать фильтрационную консолидацию,запаздывание во времени некоторой доли полностью обратимых деформаций и накопление во времени остаточных деформаций.

4. В настоящее время нет алгоритмов построения точных решений задач теории фильтрационной консолидации в рамках классических моделей грунтового основания В.А.Флорина-М.Био и Ю.К.Зарецкого для случая пространственного напряженно-деформированного состояния грунта в квазистатической постановке. При этом уравнения динамической задачи теории фильтрационной консолидации,рекомендуемые различными авторами для прогноза напряженно-деформированного состояния грунта,существенно отличаются друг от друга и близких в математическом смысле уравнений теории взаимосвязанной термоупругости. Необходимо также отметить, что для динамической задачи уравнения фильтрационной консолидации получены лишь в рамках модели упругой изотропной среды.При этом в настоящее время не существует эффективных моделей фунтовых оснований,позволяющих в достаточной степени полно учитывать особенности уплотнения пылевато-глинистых оснований при воздействии на них циклической нагрузки (в частности . накопления деформаций). Для решения очерченных теоретических проблем были намечены такие пути: разработка физической модели, позволяющей учитывать особенности уплотнения грунтовых оснований (в частности, накопление деформаций при загрузке - разгрузке) при использовании в качестве базовой идеи ряда положений теории ползучести бетона Г.Н. Маслова-Н.Х.Арутюняна; математическая формализация процессов уплотнения находящихся под воздействием квазистатической и динамической нагрузки оснований при использовании для этой цели фундаментальных соотношений феноменологической термодинамики; разработка алгоритмов построения точных аналитических решений задач теории взаимосвязанной динамической и квазистатической фильтрационной

консолидации в рамках моделей упругой водонасыщенной и наследственно-упругой водонасыщенной сред, а также среды, грунтовый скелет которой обладает свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке-разгрузке; построение аналитических зависимостей, позволяющих рассчитывать процессы развития во времени средних осадок и кренов фундаментов различной (круглой и прямоугольной) формы при учете залегания подземных вод (на уровне подошвы фундамента или ниже нее) для различных законов изменения во времени действующей на фундамент нагрузки (апериодическая и циклическая); адаптация установленных таким образом теоретических результатов к действующим в настоящее время нормативным документам.

5.Имеет место проблема определения реологических свойств водо-насыщенных пылевато-глинисгых грунтов.Эта проблема обусловлена тем,что в основу используемых в настоящее время для этой цели методов Казагранде и Тейлора положен некорректный с физической точки зрения постулат о раздельном протекании процессов фильтрационной (первичной) консолидации и ползучести грунтового скелета (на самом деле эти процессы протекают одновременно). Кроме того,поскольку время испытаний грунта с целью определения его реологических свойств на несколько десятичных порядков меньше срока эксплуатации сооружений, имеет место проблема экстраполяции кривых ползучести фунта в область дальних времен.Для решения указанной проблемы были намечены пути создания специальных методов обработки результатов опытов на ползучесть (при определении реологических свойств грунта) и использовании при прогнозе кривых ползучести грунта в область дальних времен основной идеи принятого в механике полимеров метода аналогий, суть которой заключается в сопоставлении кривых ползучесп образцов с близкими свойствами.

6. Нецелесообразно полностью отказываться от принятых в норма тивных документах расчетных схем и моделей грунтовых оснований, г

П -

также алгоритмов расчета по второй группе предельных состояний. Речь может идти лишь об их уточнении, дополнении и коррекции.

Во второй главе изложены материалы экспериментальных исследований закономерностей уплотнения водонасыщенного пылевато-глини-стого грунта.В ходе их проведения решались задачи выявления закономерностей: картины уплотнения находящегося под воздействием циклической и постоянной во времени (статической) нагрузки грунта в зависимости от его напряженно-деформированного состояния; изменения во времени коэффициента фильтрации при постоянном значении градиента давления; развития во времени средних осадок моделей фундаментов, находящихся под воздействием циклической нагрузки; развития во времени средних осадок и кренов фундаментов сооружений (реакторных отделений АЭС) в натурных условиях.

При этом преследовались такие цели:обосновать выбор модели грунтового основания, позволяющей учитывать накопление деформаций при загрузке-разгрузке;наработать экспериментальный материал, который послужил бы основой для создания методик определения входящих в уравнения состояния и движения грунта параметров;получить экспериментальные данные, которые могли быть использованы для нахождения полуэмпирических зависимостей, позволяющих поставить в соответствие теоретические и наблюдаемые в натуре средние осадки и крены больше-размерных фундаментов ;получить исходные данные,которые явились бы базой для разработки методики экстраполяции кривых ползучести грунта.

В связи с очерченным кругом поставленных целей и решаемых задач экспериментальные исследования включали в себя: лабораторные испытания грунтовых образцов в приборе одноосного сжатия, стабило-метре и компрессионном приборе; лотковые испытания моделей фундаментов; штамповые испытания; наблюдения за средними осадками и кренами большеразмерных фундаментов реакторных отделений Запорож-

скои АЭС. Испитывался обводненный лессовидный суглинок, глинисты грунт с ненарушенной структурой и глинистая паста.

Представленные в главе материалы исследований позволил сделать такие выводы.

1. Коэффициент фильтрации пылевато-глинистого фунта при пс стоянном значении градиента порового давления является функцией вр< мени. Этот вывод совладает с данными М.Ю. Абелева и A.A. Муст; фаева. На наш взгляд, помимо суффозии и кольматации, это явление rat же обусловлено ползучестью грунтового скелета (и. как следствие, изм< нением пористости) под воздействием порового давления.

2. Циклическая нагрузка при всех прочих равных условиях ускоряе процесс уплотнения глинистого грунта по сравнению со статической на) рузкой. При этом скорость уплотнения обусловлена видом напряжение деформированного состояния, характеристикой цикла и максимальны: (амплитудным) значением внешней нагрузки, соотношениями между вр( менами загрузки-разгрузки.

3. Осадки фундаментов на водонасыщенном пылевато-глинисто основании обусловлены упругими свойствами грунта, фильтрационно консолидацией и ползучестью грунтового скелета. При этом деформаци ползучести характеризуются восстанавливающейся во времени (обр; тимой) и необратимой компонентами.

4. Рассчитанные с использованием рекомендацией СНиП 2.02,01 83 и ПИНАЭ 5.10 - 87 и средние осадки реакторных отделений ЗаАЭС 1.5...3 раза отличаются от их натурных значений.

5. Измеренные общие крены реакторных отделений существенн больше их расчетных значений, установленных с использование рекомендаций СНиП 2.02.01 - 83 и ПИНАЭ 5.10 - 87.

В третьей главе изложены результаты исследований, направленна на получение уравнений движения, состояния и порового давления вод< насыщенного грунтового основания. При их выводе для случая упругс консолидирующей среды использованы законы термодинамики необр;

т

тнмы.х процессов. Для обладающих свойством ползучести грунтов при выводе уравнений состояния был использован феноменологический подход. При этом взаимосвязь между напряжениями и деформациями была представлена в виде соотношений Вольтерра. Учет необратимости некоторой части деформаций при загрузке-разгрузке был выполнен с использованием составного ядра ползучести, одна часть которого описывает восстанавливающуюся во времени долю общей деформации, а вторая - их накопление, так как это делается в рамках теории ползучести Г.Н.Маслова-Н.Х.Арутюнюна. В ходе исследований преследовалась цель получить по возможности наиболее общие результаты. В этой связи рассматривалось анизотропное весомое водонасыщенное основание,которое интерпретировалось как термодинамическая система, характеризующаяся некоторыми макроскопическими величинами (параметрами или переменными состояния). В данном случае основными термодинамическими параметрами являются внутренняя и свободная энергия I) и Р, энтропия Б, деформации г у=0.5(Ь\,+иР), напряжения ст,я температура Т, поровое

давлениеРи объем V. Здесь и^=5ШдХ]И Цу=ЗЦ/дх;В качестве независимых параметров были приняты поровое давление Р и деформации с,. Для вывода уравнений состояния водонасыщенного основания были использованы второй закон термодинамики и линеаризованное уравнение состояния произвольной термодинамической системы вида Р=Р(Т,У)к Т/к (его аналогом для идеальных газов является уравнение Менделеева-Клапейрона Р=ТЯц/Уц).Здесь к-коэффициент пропорциональности; % и Яи -соответственно объем одного моля вещества и универсальная газовая постоянная. Для внутренней энергии, энтропии, напряжений и поро-вого давления в окрестности естественного состояния вч =0 и Р = Р0 получены соотношения вида

Р = ^с„.к1.Е(1.6и.-(Р-Ря)-Ь-; кБ = Ь-; о, = -Ь?.; (3.1)

Яр ксЬ

= ——ЦР■ Р,,)>,; к, Ь = 1,2,3.

^ т XV

Р,

Здесь

д^ол)

упругие

(3.1)

материальные константы;

и - соответственно коэффициенты порового давле-

ния и фильтрации по направлениям.Система уравнений, описывающая напряженно-деформированное состояние водонасыщенного основания в точке, была получена путем линеаризации уравнения порового давления (четвертое уравнение (3.1)) при использовании принципа Даламбера. Она имеет вид

счи-'иио =Р

э'и, Р.,

_ I -I____* .

■х;

(3.2)

й2- рч "" а -у.

Здесь р - плотность основания; ^ - действующие в основании массовые силы иной природы, чем рассмотренные при выводе уравнений (3.1). В разделе также представлены результаты исследований, направленных на

выявление структуры матриц [с„а], — и применительно к три-

клинной, моноклинной, ромбической (ортотропной), гексагональной и изотропной структурам основания.

Для вывода уравнений консолидации основания в рамках модели обладающего свойствами ползучести и необратимости деформаций при загрузке-разгрузке изотропного грунта нами были приняты уравнения

состояния, которые в одномерном случае имеют вид 11

е« = -

о(0 + |К(1,т)-а(т>11

; о(1) = Е

е(1)-|К(1,х)-е(т)<к

(3.3)

Здесь Е - модуль упругости грунта; К(1,т) = К10-т) + К2(т)- ядра ползучести грунтового скелета; К(Ч,т) - его резольвента; К1(1-т) • част! ядра ползучести, описывающая запаздывающие во времени полностьк

обратимые деформации; К2(т) - то же, их накопление; х- параметр. Предполагалось, что кривые объемной и сдвиговой ползучести подобны, а рассеивание порового давления во времени обусловлено лишь его градиентом и скоростью изменения нормальных напряжений.При выводе уравнений уплотнения были использованы система (3.2) и принцип Вольтер-ра. суть которого заключается в замене входящих в (3.2) материальных констант с1:;1_ интегральными операторами. Уравнения уплотнения в цилиндрической системе координат при осевой симметрии имеют вид:

»-Р-

' ооска 131' <Э2и Л? 2бфт) 1 ар г2Ы.

. + 20—ч-20—- =---+ р——; Х + 2и-----——--"-<"•-

> дг сг р дг й' * >''■>

"Р Р 5 . „л . I

й

й р& й' ^ ' дг х дг р дг

= с,ДР-——Оц; о„ = 2бе, + £е--Р; с„ = 2&г +Хе--!р;

и. = * о ' " ' о '

й!

1.

Р

зи

оя=20е9+Хе--Р; = ег = ^

.

8,=-1 Бо

2 дг 9

Р и

аи ЭТУ

е=е< +е*+ее; °кк:

га от

(3.4)

Ы~2\дг а- J ' Уп

Здесь 11и перемещения соответственно в направлении осей Ог и

оператор

п . о2 \дг д'

Ог: ш - вращение; г и г - координаты; А = —-+—+—7

дг тдг дг

Лапласа в цилиндрической системе координат при осевой симметрии; Он, а,,-, стов - нормальные напряжения; тг2 - то же, касательные; ег, ег, ев ■ нормальные деформации; угг - деформация сдвига;

; Я. и в - константы

Ламэ.Аналогичные (3.4) соотношения были получены в декартовой системе координат.

В разделе также представлены необходимые для построения частных решений (3.4) начальные и граничные условия, а также условия "склейки" кусочно-однородных (слоистых) оснований. Анализ представленных материалов исследований позволил сделать такие выводьгпри /. = X и 5 = в равенства (3.4) по форме совпадают с уравнениями теории

взаимосвязанной термоуиругости и отличаются от предложенных М.В. ЛяхтеромДМ.Дидухом и Ю.К.Зарецким уравнений уплотнения водо-насыщенного грунта;при х = 5 = 0 и р = 0 равенства (3.4)совпадают с

уравнениями теории В.А.Флорина-М.Био а,при Я. = Х; 5 = 0 и Р=0 - с уравнениями теории упругости.

В целом, анализ системы уравнений (3.4) позволил сделать вывод о том, что при соответствующей замене входящих в нее материальных констант она позволяет прогнозировать напряженно-деформированное состояние водонасыщенного и неводонасыщенного, весомого (динамическая задача консолидации) оснований в рамках моделей упругой и наследственно-упругой сред, а также среды, обладающей свойствами накопления деформаций при загрузке-разгрузке.

В четвертой главе представлены алгоритмы построения точных общих решений системы уравнений (3.4) в рамках моделей невесомого и весомого оснований, а также результаты асимптотического анализа входящих в (3.4) параметров. В рамках модели невесомого основания (т.е. при р = 0) общее решение (3.4) имеет вид

и = и'(г.г,0 + |к(1,г)- и'(г,г,т)с1т ; \У = ,Л/-(г,2,1)+|К(1,т) ЧГ(т,г,-ф.1 ^

= Ср=Р";

^ (4.1)

= 0; Р(Х + 2С)ДФ* = Р";

р. (3(3л + 20) дФ' (Ю(3л + 20)д'Ь"

3 а 3(Х + С) йсг

- 20 дФ'

V. Г ЙГ

&и + С~~ г й- J Р

а;, = | \АФ- + — 1 + С-?-| ;

V йг ) Йг1 Х + О дг1 ) Р

ЛЛХ+О дг-)

З'Ф'

(4.1)

В рамках модели весомого основания общее решение имеет вид

I I

и = и'(г,г,I) +1КО,т)• 1Г(г,г,т>1т; \У = \У(г,г,0+-|К(1,г)- \\'-(г,2.т)ск;

о о

ЭФ* з!р*

дг дгдг

.... дФ• а!р* 1оР' „ид. 1 <З2Ф\

W =-+——+—— (Х+2С)ЛФ =-Р + р——

дг дг г дг ' р Л2

д'Г

СДР' =р~; А Л

дФ'

= 0;

Зс,.(Я+20

31 + 2С

ДФ*

(3(31. + 2С) д1

Зр-Су д2Ф' дФ' 3\ + 2в Эг ¿Н

ЗСу(Л+20лп. Зр су 5!Р' ЗР-

-———Д1'--------

ЗА+2С зх + гв Й

> (4.2);

дг{дг1+гдг)

И' --Р';

" I дг2) д!гдг р

т V гЭг) г дгдг Р

. „ д!Ф• _ д (д'г 1 дг э!р'

- 2и-+ 0— —-—I------г

дгдг дг\ дг~ г сг &"

о'У ду _Ж(М) г(52К(г,т) , „

Здесь и, W, <ут, ха - искомые перемещения, напряжения и поро-

вое давление; Ф- и Г • некоторые функции, позволившие "расщепить" и, тем самым, упростить исходную систему уравнений (3.4).

т

О

Равенства (4.1) и (4.2) также позволяют строить точные общие решения в рамках моделей В.А.Флорина-М.Био и Ю.К.Зарецкого.В первом случае в них следует положить К(!,т) = о,а во втором-с использованием предложенных Ю.К.Зарецким преобразовашш-привесш исходную систему уравнений теории наследственной фильтрационной консолидации к виду,по форме совпадающему с уравнениями теории В.А.Флорина-М.Био.В разделе также представлены результаты аналитического анализа входящих в уравнения (4.2) параметров.Аналю представленных в разделе материалов исследований позволил сделать такие выводы.

1. Разработан алгоритм построения точных общих решений задач теории фильтрационной консолидации в рамках модели упругой консолидирующей среды в цилиндрической (при осевой симметрии) и декартовой системах координат. 'Рассмотрены случаи квазистатической (модель В.А.Флорина-М.Био) и динамической задач. В обоих случаях цель достигается путем введения системы новых функций, позволяющих упростить исходные уравнения движения.

2. Разработан алгоритм построения точных общих решений задач теории фильтрационной консолидации в рамках модели грунтового основания, скелет которого обладает свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке-разгрузке в цилиндрической (при осевой симметрии) и декартовой системах координат. В обоих случаях цель достигается путем определения напряженно-деформированного состояния некоторой фиктивной среды с последующим переходом по определенным правилам к действительным значениям перемещений, напряжений и деформаций. Показано, что предложенный нами алгоритм вполне приемлем для построения общих точных решений в рамках теории консолидации Ю.К.Зарецкого.

3. Если ядро ползучести К(С,т) является разностным, полученные в рамках предлагаемой модели грунтового основания (т.е. при учете зависимости коэффициента фильтрации от времени) и в рамках теории Ю.К.

Зарецкого осадки и деформации основания совпадают, а напряжения и поровое давление отличаются друг от друга.

4. В диапазоне изменения собственных частот КГ31ц <ш < 5.5-108 Гц при расчете объемных деформаций вполне можно пренебречь инерционными членами. При этом, поскольку при малых и средних давлениях на грунт осадки фундаментов обусловлены в основном объемными деформациями, вполне допустимо проблему прогноза осадок находящихся под воздействием динамической нагрузки оснований решать в рамках модели невесомой среды (т.е. в квазистатической постановке).

5. В водонасыщенном основании объемные волны характеризуются очень быстрым затуханием. При этом волны искажения, определяемые суперпозицией функций Ф* и F', характеризуются некоторыми весьма быстро затухающими и практически незатухающими компонентами.

В пятом разделе представлены результаты теоретических исследований, направленных на выявление качественной и количественной картины уплотнения водонасыщенных пылевато-глинистых оснований. Материалы исследований изложены в такой последовательности: проверка правомерности линеаризации уравнения порового давления (четвертое уравнение (3.1));проверка полученных в разделе 4 асимптотических оценок,выявление качественной картины уплотнения водонасыщенного основания, находящегося под воздействием статической и переменной нагрузки в рамках моделей упругой и наследственно-упругой сред, а также среды, обладающей свойствами ползучести и накопления деформаций при загрузке-разгрузке;результаты точного решения задачи Буссинеска в рамках моделей невесомой и весомой сред для полностью водонасыщенного основания и приближенного - для основания, уровень подземных вод в котором залегает на некоторой глубине от дневной поверхности в рамках модели невесомой среды: построение необходимых для расчета осадок и кренов круглых фундаментов аналитических зависимостей.

При g(t) = g = const, р = 1, Ск=кф(Х +-2G)/y iv и толщине грунтового сяоя Н/2 при компрессии система уравнений (3.1) примет вид

аи Р-Й

-сЛр-].

Р(ОД) = о

дг Х + Ю дх

В этом случае для граничных и начальных условий вида Р(г,0) = %;

- = 0 имеем:

ог

2е /V

гV ¿Л 'С-' ' ■ 1

Р(гл) = -р.1 У -$т—е 1 "

н2

N. =

н! '

, ¿са^-соз^-«^-^,

Я |=|,3.5|=|.3,5 Н

Р3г2

Н 1А '>

Сопоставление второго и третьего равенства (5.1) позволяет сделать

(5.1)

вывод о том, что при I е(0,°о) справедливо неравенство

дг2

При

этом при 1->0 разность между указанными функциями стремится к бесконечности, а при 1->°о - к нулю. Полученную таким образом оценку следует признать удовлетворительной.

В ходе решения компрессионной задачи в рамках модели весомой упругой изотропной среды преследовалась цель выявить достоверность полученных в разделе 4 оценок. Для этой цели были использованы равенства (3.4), которые в одномерном случае при 5=в и X = л имеют вид:

е- (д*Ф р д2Ф йгЧагг Х + 2С дг1 с.

——1 = 0; с. а;

а2 '

сФ дй

дг дг

д2Ф

(5.2)

О 13)^ + 20 „

Здесь ск = --—--с,. При этом граничные и начальные условия были приняты в виде:

aZ2(0.t) = -g(t); P(o,t) = o;

- = 0; U —,t =0; & V 2 '

H

А

Общее решение (5.2) с учетом (5.3) имеет вид:

Ф-'^-^да+ХАС)^, где

Р о №1.3.5 "

4 1

-|ехр[-а(1- т)]з1п[Ь 0 - т)]ц(х>3т при с2>а2;

(5.3)

А,=

lTtpbj • 2 '

А, =—f(t-x)exp[-a(t-x)]g(x)dx при с? = а2; "Ф J

> (5.4)

А, = j{ехр[-(а-b,Xt-т)]-ехр(-(а + b,Xt-т)]}п(т)с!т при с2<а2.

Здесь a = b; = la2 -c2t =

2pck ' ' P H2

Поскольку в литературе имеются лишь теоретические данные, относящиеся к квазистатической внешней нагрузке, положим в (5.4) g(t) = const = Q. Тогда

Ф^-5-t2+2\\,(t)sinH|, где

2Р

А. =-

ircp ■ b 4Q

—^^»¡--e^asinb^ + fycosb.t)] при а2<с2;

(5.5)

А, =—^(1-е-1-1а е-м) при а2 =с2 ; гер-а у '

' ¡лр-Ь, I а-Ь, а + Ь, ]

Анализ входящих в (5.4) и (5.5) параметров позволил сделать вывод о том, что для глинистого грунта имеют место оценки

=Г-12_] = 7.7-1018 4-7.7-10

р н2 н! н!

,Ь|; 1 = а-Ъ-а Ь:

Н3

-; ехр(-2а1)«ехр[-(а + Ь)1]«0.

В этой связи с учетом равенства

I

Х. + 2С 1 + е„

уравнения (5.5)

примут вид:

(1 + £ер>г Н

п 4(2 I . иа ^.,. хг ¿гл2ск

Р = —> -вш—е • ; -~

к ¿¿I Н ' Н2

(5.6)

Здесь ак - коэффициент уплотнения грунта при компрессии; Еср. - среднее значение коэффициента пористости в рассматриваемом диапазоне давлений. Необходимо отметить, что соотношения (5.6) полностью совпадают с решением компрессионной задачи в квазистатической постановке. В этой связи вывод о том, что при расчете осадок пылевато-пшнистых оснований, находящихся под воздействием динамической нагрузки, допустимо использовать модель невесомого основания, следует признать правомерным. При этом, естественно, деформационные и реологические характеристики основания следует определять в ходе его испытания при динамической нагрузке. Ввиду изложенного, обусловленные фильтрационной консолидацией осадки следует определять по формулам

41') .л

м,з &

8с ь

при Р(0,1) = -

- = 0;

>

5*0) = -

^)2>р[-М,0-т)}1т при Р(0,1) = Р(Ш) = 0.

(5.7)

(\+Ю)Н1 ы,3

При учете ползучести грунтового скелета осадка основания согласно (4.1) равна:

ЗД = 5ф0)+}к(1л)8ф(т)с1т. (5.8)

Для того, чтобы выявить каким образом вид модели грунтового основания сказывается на диаграммах "осадка - нагрузка", был выполнен численный эксперимент. При этом задача исследований была сформулирована так. Имеется экспериментальная диаграмма "осадка - время" , полученная в ходе испытаний глинистого водонасыщенного грунта статической нагрузкой. Требуется установить, каким образом вид ядра ползучести влияет на осадку основания при различных законах изменения во времени действующей на грунт нагрузки. Примем ядра ползучести в виде:

К!(1,т) = 0;

К2(1,т) = 5ехр[~8, (Ч - г)] + у ехр[-у,0 - т)} К3(1,т) = 5ехр[-6,(1 -т)]+7 ехр(-у,т).

(5.9)

Ядро ползучести К1(1,т) соответствует случаю, когда развитие осадок во времени обусловлено исключительно фильтрационной консолидацией; К2(1,т) - случаю, когда имеют место фильтрационная консолидация и ползучесть грунтового скелета, причем последняя описывается теорией наследственной упругости; и, наконец, ядро ползучести КЗ^.т) соответствует случаю, когда , имеют место фильтрационная консолидация, наследственно-упругие и необратимые во времени деформации. При проведении численного эксперимента для второго и третьего случаев

1+е

предполагалось, что Л+2С=—— = 10 МПа; Н = 2.0 м; ск = 50 м2/год; 0

= 0.24 МПа; 8= 123.28 1/год; 81 = 44.42 1/год; у = 123.38 1/год; 71 =4.94 1/год, а для первого - \+Ю= 10 МПа; Н = 2.0 м; ск = 2 м2/год; О = 0.24 МПа.

На рис. 5.1 а...г представлены соответственно законы изменения во времени действующей на грунт нагрузки и соответствующие им зависимости "осадка - время". Их анализ позволил сделать такие выводы:при неубывающей во времени нагрузке на грунт кривые "осадка-время", установленные при использовании различных ядер ползучести, практически совпадают (имеет место лишь погрешность аппроксимации);если имеет

место полная или частичная разгрузка основания, прогноз его осадки с использованием моделей упругой и наследственно-упругой водонасыщенных сред является неудовлетворительным, в этом случае следует применять предложенную нами модель грунтового основания.

а)"""

Z3

а)

L 1

б);

V 1Л

б)

Б)'

М О М и

В)

fj С

й

Ч I» 1J

Рис. 5.1. Диаграммы "нагрузка - время" и соответствующие им зависимости "осадка - время" Л - K(t,t) = о (модель В.А.Флорина-М.Био); 2-К (t, т )= K'lit.t) (модель Ю.К.Зарецкого); 3 - K(t,r) = K3(t,x) (предлагаемая модель).

В разделе также представлены результаты решения задачи Буссине-ска в рамках модели упругого весомого водонасыщенного основания.Его анализ позволил сделать вывод о правомерности полученных в разделе 4 асимптотических оценок.

I.

В ходе решения задачи Буесинеска в квазистатической постановке (т.е. в рамках модели невесомого водонасьпценного основания) были рассмотрены случаи полностью водонасьпценного основания и основания, в котором уровень подземных вод залегает на некоторой глубине Н от дневной поверхности. В первом случае точное решение в рамках модели В.А.Флорина-М.Био имеет вид 5(гд) = 8*(г,0; в рамках модели Ю.К.За-

I

рецкого (т.е. наследственно-упругой среды)-8(гд) = 5ф(гд)+|ко- х)-Б®(г,0с1х;

о

I

в рамках предлагаемой модели основания-5(г,0 = 8ф(г,1)-(-|к(1,х) 5ф(г,0с1т.

Здесь

4тЮг 4тсО { {

10(са)<1х:И(а,1) = -Р(аД);

ст

Р(аД) = (! - + ег^а-Л)]+•у. ехр(-Ь51:)- егЦс^);

(5.10)

а2 - а1 -ск; Ь2 = (1 -2уХ1 - у)2 ■ а2 • ск; с5:

(1-у)2

га с

Здесь <2(1) - приложенная к границе основания сосредоточенная сила; а - параметр преобразования Гашселя по координате г; 10(х) -функция Бесселя первого рода с нулевым индексом.Для основания, в котором уровень подземных вод залегает на некоторой глубине Н от дневной поверхности (рис. 5.2), приближенные решения задачи Буссинеска в рамках моделей В.А.Флорина-М.Био,Ю.К.Зарецкого и предлагаемой модели основания,имеют вид соответственно 8(г.0 = 8>,0+8?(г,0;

Ь'(г, () = Б,® (г, С) + ]з1ф(г, х) • К1(1 - х)<1т + I)+1 Б? (г,х)К2(с - т)с1х;

0 »

1 1

Б(г, 0 = 8^(г,0 + |зГ(г,1)К1(1,х)ах + Б® (г,1)4- [82Ф(Г,1)-К2(1,х)<1х.

(5.11)

Здесь

4 гсв, 3

1 + -

аН

2(1-^)

ехр(-аН)

0(0 ■ Р(г,0) + [ П(гд - х) ■ Q(x)dx

10(аг)с1а

Р(гд) = (1-^)[1 + егГ(а^)] + V, ехр{-ЬЧ).егГс{с^); П(г,0 = ^М .

0(0

(5.12)

Рис. 5.2. К расчету основания, в котором уровень подземных вод залегает на глубине Н от дневной поверхности. Равенства (5.10...5.12) содержат несобственные интегралы, что обуславливает определенные трудности при их использовании для практических расчетов. В этой связи нами была выполнена аппроксимация входящей в (5.12) функции Р(гД) суммой экспонент

Р(г.1) = 0 - + ег^а-ч/Г и + V ■ ехр^-ЬЛ) • егй^су'Г |» ¿А,(у) • ехр|-{1 - , (5.13)

где А,(у) - коэффициенты аппроксимации. Это позволило представить входящие в (5. Ю...5.12) несобственные интегралы в виде суммы рядов по элементарным функциям. Окончательный вариант решения задачи Бус-синеска имеет вид.

1. В рамках упругой водонасыщенной среды (модель В.А.Флорина-М.Био)

1

' 4кО

0(0.р(г,0) + }р1(г,1-х)-0(0

1т;

;Р1(г,<) = ®

-I \!т2+0-1)'Ск1 л

(5.14)

2. В рамках модели основания Ю.К.Зарецхого S(r, t) = S" (г, t) + |K(t - т) ■ S:: (r, t)dt .

О

3. В рамках предлагаемой модели основания S(r. t) = S* (г, t) + [ K(t. т) • S® (г. t)d t

(5.15)

(5.16)

В рамках расчетной схемы основания, в котором уровень подземных вод залегает на некоторой глубине Н от дневной поверхности, окончательный результат имеет вид.

1. В рамках модели упругой водонасыщенной среды (модель В.А.Флорина-М.Био)

s(r,t) = sr(r,t) + s*(r,t); S*(r,t) =

Q(t)

4jtG,

2(1

Л 1) H

Sf(r,t) =

4txG,

Q(t)F(r,H,0) + j Q(t) • FI(r, H, t - x)dt

<3F{r,H,t).

Fl(r,H.t) =

a

y, = H+(i-i)Vckyi.

(5.17)

2. В рамках модели Ю.К.Зарецкого

I t

S(r, t) = S? (r, t) + Sf (r, t) + J Kl(t - т) ■ Sf (r, x)dx +j K2(t - x) • S* (r, x)dx .

О л

3. В рамках предлагаемой модели

t t

S(r, t) = S® (г, t)+S® (r, t) 4- J K1 (t, x)- Sf (r, x)dx +J K2(t, x) - S^ (г, x)dx.

(5.18)

(5.19)

В разделе также представлены результаты исследований, направленных на построение аналитических зависимостей "осадка - время" и "крен - время" для фундаментов круглой и прямоугольной формы. Для этой цели были использованы решения задачи Буссинеска (5.13...5.19) и принцип суперпозиции. В качестве расчетной была принята использу-

емая в СНиП 2.02.01-83 при прогнозе средних осадок расчетная схема абсолютно-гибкого фундамента.В рамках модели В.А.Флорина-М.Био зависимости "осадка - время" и "крен - время" имеют вид

S(t) = S®(t)+S?(t) и i(t) = if>(t)+i?(t). (5.20)

Здесь S(t) и i(t) - соответственно осадка и крен центра фундамента.В рамках модели наследственно-упругого основания указанные выше зависимости имеют вид

t t

S(t) = S?(:)+S?(t) + jKl(t- т) -ST(T)dx +/K2(t - x)-S? (xjdi;

о 0

I t

i(t) = i ® (t)+i? (t)+J Kl(t- x) • i f (x)dx + j K2(t - T) • i? (x)dx. (5.21)

0 0 ;

В рамках предлагаемой модели основания решение имеет вид

t * i

S(t) = Sf(t)+S®(t) + [KI(t,x)- Sf (x)dT +- f K2(t, t) ■ S® (x)dx;

о 0

Kt) = i*(t)+i?ö + fKI(i,T)-i*(t)dt + [K2(tT)-if(x)dt . (5.22)

0 i>

Значения входящих в (5.20...5.22) параметров Sffl) и Sf(t) определяются из равенств.

1. Для фундамента круглой формы с радиусом подошвы а:

S*(t) = ÄÜi> {2(1 - у,)[ч/(о>- V(H)]- НХ(Н)};

s?(t)

l + v2

Е,

F(H,0)- g(t) + jFlCHt -x)- g(x)dx

10 Ii 10

ы 2(1 - v2)

Fi(H,t) = ^S; v(x) = ^rW-x; 5t

x«=i - Л—; y, = H+(i-o^t

Va +x

(5.23)

2. Для фундамента прямоугольной формы с длиной подошвы 2Ь и шириной 2Ь:

J

= ' ^,(0)- Ч'(Н)]- Н ,(Н)};

I

7ГЕ,

вд I)=2 л. (V,) • у(у,» - ^г—¿лдх(у ,); Р!(Нл) = г'Г(Н'° •

.2(1

й

Х(х) = агс^

ьь

хт1х'+~С + Ь2

, . Ь, х2 +1_3 + Ь: п—гт" Ь о ^ _

Ч'(х) = -1п-;-5— + л/х + Ь -агс^-;==г~х-агс1§—+ > В -ф.(х)

л/х'+Ь3 * -

2 х +Ь

Ь А

У (5.24)

, . т , Ь + л/х2 +Ь2 +Ь2 Ь2 Ь

Ф,(х) = Ь1п- --; ф2(х) = -=== ап^-

Ф,(х) =

Фд(х) =

\/х2 4

ъь1

м.' ь"

В. = 0.99852070; В2 = - 0.47344700; В; = 0.25529763; В4 = - 0.05714140; у;=Н+0-1)^. Значения входящих в (5.20...5.22) компонент и ¡®(0 определяются по формулам.

1. Для фундамента круглой формы с радиусом подошвы а

Ь

С«

2М(р(1 + у,) Е, -а

2(1+ у2)

~ {2(1 - Ч-(Н)]- зн- *(Н)};

= ^{мад.Р^фкнг-^.мЦ;

зн

Р(н,1) = 2;а,(у1)-у(у1)+-—-2>,(уг)-х(у,);

(5.25)

Р1(Н,о =

сР(Н,0.

(к

а + 2х

-2х;

Х(х) = -

С05 | ап^—| -1

- -

М(0 = 0(0- е(0; у, = н + (1 - • (5.25)

Здесь М(0,0(0 и е(1)-соответствшно действующие на фундамент опрокидывающий момент, вертикальная сила и эксцентриситет ее приложения.

2. Для фундамента с прямоугольной подошвой длиной 2Ь и шириной 2Ь, если крен направлен в направлении стороны Ь

¡,ф(<) =

ЗМ(1)(1 + У,) гкъь'Е.

{2(1-у,)[^0)-Ч/(Н)]-ЗН2Х(Н)};

¡?0) = ^{р(Н,0)Н(0 +|р](Ц I - т)М(т)си|;

о

зн

7Л -2>>г)у,х(у,);

Д1-¡=,

ы

Ь Ь/Ь3 +Ь!+х! Ь! -х2

Х(Ю =

arctg

ЪЬ

хТь^+тТ+х2

Ъ-\/ь2 + Ь +х2 • 2Ь(ь2+х2) . 2Ь2х

.... ь+-/ъг+ь2 + х2

\у(х) = Ь1п-.--х ■ агс^

(5.26)

х/ьЧ^" хЛ2+и+х2

Для расчета крена в направлении стороны Ь в (5.26) следует заменить параметр "Ь" на "Ь" и наоборот.Для выявления закономерностей протекания во времени осадок и кренов в рамках модели В.А.Флоркяа-

М.Био по формулам и8 ^^ОТ-У0) и и, - были рассчитаны зави-

Б(со)-8(0) ¡(оо)-Ц0)

симости степени консолидации фундаментов различной формы при различных глубинах залегания уровня подземных вод от безразмерного параметра N = (рис. 5.3). Здесь а - радиус подошвы круглого или половина ширины прямоугольного фундамента.

-3 -2-10 1

Ш)

!-ЗА5о.г.

- - . О. О' -3 -Д -1 о ! 2 з |д(т

Рис. 5.3. Зависимости степени консолидации водонасыщенного основания для фундаментов различной формы при различной глубине залегания уровня подземных вод.А, В-для средней осадки;Б, Г-для крена (крен в направлении стороны Ь); А, Б-круглый (кривая 1) и прямоугольные (кривые 2...5) фундаменты на полностью водонасыщенном основании;В, Г-круглый фундамент на основании, в котором У.П.В.залегает на некоторой глубине от дневной поверхности. На рис.А и Б приняты такие обозначения: 1-круглый фундамент; 2-то же,прямоугольный,при Ь/Ь=1;3 - то же при Ь/Ь=2; 4-то же, при Ь/Ь=5;то же, при Ь/Ь=10.На рис. В и Г приняты такие обозначения: ¡-Н/а=1;2-Н/а=5; 3-Н/а=10.

Анализ представленных в разделе материалов исследований , в частности, позволил сделать выводы о том, что процесс развития во времени крена фундаментов характеризуется большей интенсивностью и более быстрым затуханием, чем это имеет место для средней осадки.

В шестом разделе изложены методики определения входящих в уравнение состояния водонасыщенного фунта деформационных и реологических характеристик в лабораторных (компрессия) и полевых условиях. В их основу положен установленный экспериментально и подтвержденный теоретически факт зависимости степени консолидации водонасыщенного грунта от квадрата высоты испытываемого образца (если испытания проводятся в компрессионном приборе) или от площади штампа

(если испытания проводятся в полевых условиях).Деформационные и реологические характеристики грунта определяются в ходе сопоставления экспериментальных зависимостей "осадка - время", установленных либо в ходе испытаний образцов грунта различной высоты либо оснований штампами различной гагощади.Отличием рекомендуемых методик от методов Казагранде и Тейлора является отказ от условного деления процесса консолидации на "первичную" и "вторичную" (на самом деле эти процессы протекают одновременно). В разделе также изложен рекомендуемый метод экстраполяции кривых ползучести в область дальних времен. По своей сути он идентичен используемым в механике полимеров методам температурно-временной и напряженно-временной аналогий и базируется на сопоставлении кривых ползучести грунта с различной скоростью.

В седьмом разделе представлены практические рекомендации по расчету осадок и кренов фундаментов в рамках схемы полупространства с условным ограничением сжимаемой толщи. В их основу положен принятый в СНиП 2.02.01 - 83 подход. Рекомендуется различать стабилизированные (в момент времени окончания эксплуатации сооружения ц) и текущие (при ^ц) средние осадки и крены. Если ширина фундамента меньше либо равна 10 м, стабилизированные значения осадок и кренов фундаментов определяются в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01-83. При этом, если на фундамент действует циклическая нагрузка, определение деформационных характеристик производится по специальной методике. Для большеразмерных фундаментов реакторных отделений АЭС при определении стабилизированных осадок рекомендуется вместо входящего в формулу СНиП эмпирического коэффициента р = 0.8 принимать его равным = у((1 + у(),где ^ - коэффициент Пуассона 1-го элементарного слоя. Значения стабилизированных кренов большеразмерных фундаментов рекомендуется определять по формуле СниП 2.02.01-83

Ые

¡ = ——ке-г При этом коэффициент к. для фундамента круглой

(а 12)

формы рекомендуется определять по формуле кс=—; для фундамента

л

прямоугольной формы, если рассчитывается крен в направлении стороны , , 3, Ь + у1и +Ь' , 3, Ь + уЦ^Ы

Ь, к«= — 1п- и ке = —1п- - если рассчитывается крен в

71 Ь л Ь

направлении стороны Ь. В ходе сопоставления рассчитанных в

соответствии с требованиями нормативных документов (СНиП 2.02.01-83

и ПИНАЭ 5. 10-87) и рекомендуемыми методиками деформаций

оснований фундаментов, в частности, позволило сделать вывод о том,

что в последнем случае средние осадки принимают меньшие, а крены -

большие значения. Текущие значения осадок 8Т(0 и кренов ¡т(0

рекомендуется определять по формулам 5Т=5СТ 5(1)/8(Ь) и 1т(1)=и-г 1(\)И(и),

где Бст и ¡ст -значения стабилизированных осадки и крена фундамента;1э-

время эксплуатации сооружения; ад и ¡(0 -значения средней осадки и

крена фундамента, рассчитанные по формулам (5.20...5.26).

Если основание имеет слоистую структуру, входящие в равенства

(5.20...5.26) параметры V,, V,, Е,, Е,, КНЧ,т), К2(1,т) к ск следует

определять по формулам

п1 л п| п

IV,-Ь, 1^.11, 2А, 1А,

1ь, £1», £А1/Е1

К1(1,Т) = ^_-; = ^--; Ск =

I*. 1А,

I*.

УЫЛ/СЫ

,= о| 1-п! '

Здесь п 1 - число элементарных грунтовых слоев в пределах области I (рис. 5.2); п - то же, в пределах установленной в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01 - 83 сжимаемой толщи; А1 - среднее значение площади эпюры дополнительного давления в пределах ¡-того элементарного

слоя толщиной Ь, .рассчитанное в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01 - 83.

В восьмой главе представлены результаты проверки полученных в работе теоретических результатов на адекватность эксперименту и данные по внедрению материалов диссертационной работы в практику.Сде-лан вывод об удовлетворительном соответствии расчетных и экспериментальных зависимостей "осадка - время" грунтовых образцов и моделей фундаментов (штампов), находящихся под воздействием статической и циклической нагрузки. Аналогичный вывод был сделан в ходе сопоставления натурных и теоретических зависимостей "осадка-время" и "крен -время" реакторных отделений Запорожской АЭС (рис.8.1)

В целом,был сделан вывод о том,что представленные в диссертационной работе методики определения свойств грунта и методы расчета оснований по второй группе предельных состояний вполне приемлемы для решения конкретных инженерных задач.

а) б)

г)

в)

Рис.8.1 .Фактические (а,в) и рассчитанные с использованием предлагаемой методики (б,г) зависимости "средняя осадка-время" (а,б) и "общий крен-время" (в,г) за период наблюдений.1 ...6-номера реакторных отделений.

В девятой главе также представлены общие выводы по работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (ОБЩИЕ ВЫВОДЫ)

Изложенные в диссертационной работе материалы исследований позволили сделать такие выводы.

¡.Уплотнение пьшевато-глинистого водонасыщенного фунта под воздействием циклической нагрузки протекает интенсивнее, чем при равном ее максимальной величине значении статической Нагрузки. При этом на характер протекания во времени процесса деформирования грунта влияет вид напряженно-деформированного состояния, характеристика цикла действующей на грунт нагрузки, соотношение между временами загрузки-разгрузки и их продолжительность.

2. Процесс уплотнения пылевато-глинистого водонасыщенного грунта под воздействием циклической нафузки сопровождается накоплением остаточных (необратимых) деформаций, доля которых для некоторых видов пылевато-глинисгых фунтов достигает 80 % от общей. При этом процесс накопления остаточных деформаций протекает во времени, а их доля помимо перечисленных в п. 1 факторов также зависит от числа циклов зафузки-разфузки и общей продолжительности процесса уплотнения. В целом, общая деформация водонасыщенного глинистого фунта обусловлена суперпозицией упругих, запаздывающих во времени полностью обратимых (т.е. наследственно-упругих) и запаздывающих во времени полностью необратимых деформаций, а также деформаций, обусловленных отжатием поровой жидкости. В этой связи в качестве уравнений состояния пылевато-глинистого фунта предложено использовать соотношения Вольтерра второго рода с составным ядром ползучести, одна часть которого описывает запаздывающие во времени полностью обра-

тимые деформации, а вторая-их накопление. Отличие рекомендуемых уравнений состояния от принятых в теории консолидации Ю.К.За-рецкого заключается в учете необратимости деформаций грунта при загрузке-разгрузке. От принятых в теории ползучести бетона Г.Н.Маслова - Н.Х.Арупоняна рекомендуемые нами уравнения состояния отличаются иным видом функции старения,поскольку в отличие от бетона в пылева-то-глинистом грунте отсутствуют физико-химические процессы, сопровождающиеся повышением его прочности и уменьшением деформа-тивности.

3.Сопоставление средних осадок и кренов зданий реакторных отделений Запорожской АЭС (на примере Запорожской атомной станции), рассчитанных в соответствии с рекомендациями нормативных документов (СНиП 2.02.01-83 и ПИНАЭ 5.10-87) с фактическими показало их существенное расхождение.Это можегг быть объяснено недостаточным учетом свойств неоднородного основания,сложенного песчаными и пылева-то-глинистыми грунтами,значительными размерами подошвы фундамента,а также неучетом в расчетных схемах изменением во времени средних осадок и кренов.

4. В рамках моделей упругого водонасьцценного анизотропного весомого и невесомого основания получены уравнения, позволяющие прогнозировать его напряженно-деформированное состояние. Для их вывода использованы соотношения феноменологической термодинамики. При этом в качестве независимых термодинамических параметров были приняты деформации и давление в поровой жидкости. Показано, что полученные в работе соотношения по форме совпадают с уравнениями теории взаимосвязанной термоупругости. Рассмотрен вопрос о числе входящих в уравнения состояния материальных констант применительно к триклинной, моноклинной, ромбической (ортотропной), гексагональной и изотропной структурам.Полученные уравнения допускают естественное обобщение на случай квазистатической задачи теории фильтрационной консолидации (в этом случае для изотропного водонасыщен-

ного основания они совпадают с уравнениями теории В.А.Флорина - М. Био), а также на случай статической и динамической задач для неводона-сыщенного основания (в этом случае они совпадают с уравнениями теории упругости).

5.Для квазистатической и динамической нагрузки в рамках модели грунтовый изотропной водонасыщенной среды, скелет которой обладает свойствами упругости, ползучести и накопления деформаций при заг-рузке-разгрузке,получены уравнения движения и состояния, описывающие ее напряженно-деформированное состояние в точке. Для их вывода был использован феноменологической подход, суть которого заключается в формальной замене упругих деформационных констант в уравнениях движения и состояния, полученных в рамках модели упругой консолидирующей среды,некоторыми интегральными операторами. При этом предполагалось, что кривые объемной и сдвиговой ползучести подобны, а скорость деформации грунтового скелета под воздействием градиента порового давления зависит от реологических свойств грунта.

Полученные таким образом уравнения состояния и движения допускают естественное обобщение на случай квазистатической нагрузки, водонасыщенного и неводонасыщенного оснований, упругого и наследственно-упругого скелета грунта.Эти уравнения могут быть распространены также и на случай неводонасыщенного основания.

6.Исследованы наиболее часто встречающиеся в инженерной практике при расчете водонасыщенных оснований по второй группе предельных состояний начальные и граничные условия. При этом в рамках теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации рассмотрены модели весомого и невесомого основания,а также расчетные схемы полупространства и слоя конечной толщины и условия "склейки" грунтовых слоев с различными деформационными, фильтрационными и реологическими свойствами, необходимые при расчете слоистых оснований. В рамках расчетных схем слоя конечной толщины и полупространства для

водонасьиценного грунтового основания также сформулированы начальные и граничные условия квазистатической и динамической задач Бусси-неска.Миндлина и Черутти.Во всех перечисленных случаях рассмотрены цилиндрическая (с осевой симметрией) и декартова система координат.

7.В декартовой и цилиндрической системах координат для водо-насыщенного основания в рамках моделей изотропных упругой и наследственно-упругой оснований,а также основания,фунтовый скелет которого обладает свойствами ползучести и необратимости деформаций при зафузке-разгрузке,предложен алгоритм построения точных общих решений квазистатической и динамической задач теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации. Во всех случаях цель достигается введением в рассмотрение системы новых функций, которые выражаются через искомые перемещения с использованием ■ некоторых дифференциальных операторов. Такой подход позволяет существенно упростить исходную систему уравнений и процедуру их решения.

Установлено, что предложенный нами алгоритм построения общих решений имеет преимущество по сравнению с методом В.А.Флорина-М.Био в том смысле, что в данном случае нет необходимости использовать постулат о постоянстве во времени тотальных напряжений в основании,а по сравнению с методом Ю.К.Зарецкого-нет необходимости определять начальное напряженно-деформированное состояние для фунта как для некоторой фиктивной среды с приведенными свойствами.

8.Анализ теоретических решений, полученных для находящегося под воздействием квазистатической и динамической нафузок в условиях компрессионного сжатия грунта позволил нам сделать такие выводы: показана правомерность линеаризации уравнения порового давления; подтвержден вывод о том, что напряженно-деформированное состояние находящегося под воздействием динамической нафузки пылевато-глинисгого водонасыщенного грунта вполне допустимо прогнозировать в рамках модели невесомого основания;установлено, что предлагаемые нами уравнения состояния позволяют правильно оценить поведение пылевато-гли-

нистого грунта при циклической нагрузке (в частности, учесть накопление деформаций).

9. Анализ входящих в уравнения движения и состояния водона-сьиценного пылевато-глинистого грунта параметров показал, что если процесс уплотнения основания обусловлен, в основном, объемными деформациями, то вполне допустимо прогнозировать его напряженно-деформированное состояние при воздействии динамической нагрузки в рамках модели невесомого грунта.Аналогичный вывод сделан в ходе анализа полученных в рамках модели упругого весомого водонасыщен-ного основания теоретических решений компрессионной задачи и задачи Буссинеска.

10.В рамках моделей упругого и наследственно-упругого водо-насыщенных'основании,а также водонасыщенного основания, грунтовый скелет которого обладает свойствами ползучести и необратимости деформаций при загрузке-разгрузке для расчетной схемы полупространства при квазистатической нагрузке получены аналитические решения задачи Буссинеска. Эти результаты обобщены на случай основания, уровень подземных вод в котором залегает на некоторой глубине от дневной поверхности. Установлено, что степень консолидации в некоторой точке грунтового основания зависит от ее координат, времени действия внешней нагрузки, величины коэффициента Пуассона грунтового скелета, значения коэффициента консолидации и реологических свойств грунта.

В рамках расчетной схемы полупространства для случаев полностью водонасыщенного основания и при залегании в грунтовой толще уровня подземных вод на некоторой глубине от подошвы фундамента получены также аналитические зависимости для расчета средних осадок 11 кренов фундамснюв круглой и прямоугольной формы,при этом контактная эпюра напряжений принималась как линейная функция координат (т.е.фундамент интерпретировался как абсолютно-гибкий),а действующая на него нагрузка-квазистатической.

11 .Анализ полученных в рамках модели упругого консолидирующего основания (модель В.А.Флорина-М.Био) решений позволил нам сделать такие выводы: при прочих равных условиях время стабилизации кренов фундаментов наступает быстрее, чем время стабилизации их осадок;чем больше размеры подошвы фундамента и чем глубже от нее залегают подземных воды, тем дольше протекает процесс уплотнения основания.

12.Предложены лабораторная и полевая методики определения деформационных и реологических свойств пылевато-глинистых водонасыщенных грунтов. Методики основаны на сопоставлении кривых 'осадка - время" образцов различной высоты или штампов различной площади.

Разработана также методика экстраполйции кривых ползучести в область дальних времен. Методика основана на сопоставлении кривых ползучести грунтовых образцов с близкими свойствами, характеризующихся различной скоростью. По своей сути она близка к используемым в механике полимеров методам температурно-временной и напряженно-временной аналогий.

И.Выполнена адаптация полученных в работе теоретических результатов к действующим в настоящее время нормативным документам. Показано.что предлагаемые методики расчета кривых развития во времени осадок и кренов фундаментов различной формы могут служить дополнением к приложению 2 СНиП 2.02.01-83 и разделу 3 ПИНАЭ 5.10 - 87.

14. В ходе проверки полученных в работе теоретических результатов на адекватность эксперименту и данным натурных наблюдений за средними осадками и кренами реакторных отделений АЭС был сделан вывод об их удовлетворительном соответствии максимальное расхождение не превышает 20 %.

15.Основные положения диссертации внедрены в практику в ходе проведения инженерно-геологических изысканий, расчета кривых "осадка - время" и "крен - время" зданий и сооружений,при прогнозе

деформаций оснований зданий реакторных отделений Запорожской АЭС,а также при выполнении ряда хоздоговорных работ кафедрой оснований и фундаментов приднепровской государственной акадкмии строительства и архитектуры.

По теме диссертации под научным руководством автора подготовлены и защищены две кандидантские диссертации (Кандзюба С.П. и По-повиченко С.О). Основное содержание диссертации опубликовано в 30 печатных работах.

1.Шаповал В.Г.Прогноз процессов уплотнения находящихся под воздействием циклической и постоянной во времени нагрузки пылевато-глинистых оснований.Днепропегровск,1996.-3.5 п.л.

2.Shapoval V.G.Equation of motion of a water-bearing anisotropy soil. //Theoretical Foundations in Civil Engineering.-Warsaw, 1996-p.p. 326-331. •

З.Шаповал В.Г.Общее решение динамической задачи теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации.//Сб.трудов Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроению"Геотехника~95" , т.4.-Санкт-Пегербург, 1995.-С.701-705.

4.Shvetns V.B.,Shapoval V.G.,Popovichenko S.O.The prognosis of stress-stain state of plate foundations under the cyclic loading on the soil loyer of finite thushness.//Theoretical Foundations in Civil Engineering.-Warsaw, 1994-р.р.221-225.(Доля автора 60%.Решена задача о напряженно-деформированном состоянии фундамента).

5.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.,Кандзюба С.П.,Поповиченко С.О. К вопросу фильтрационной консолидации слоистых оснований.//Сб.трудов Российской конференции по механике грунтов и фундаментосгроению "Геотехника-95" ,т.4.-Санкт-Петербург,1995.-с.706-710.(Доля автора 50%. Получено частное решение и выполнен анализ его результатов).

6.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.,Кандзюба С.П.,Поповиченко С.О.Филь-трационная консолидация слоя конечной толщины под воздействием местной нагрузки.//Сб.трудов Российской конференции по механике гру-

нтов и фундаментостроению "Геотехника-95" ,т.4.-Санкт-Петербург, 1995.-с.711-715. (Доля автора 50%.Построено общее решение задачи).

7.Шаповал В.Г.Общее решение динамической задачи теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации при осевой симметрии. 1/11 Украинская научно-техническая конференция по механике грунтов и фундаментостроению.-Полтава, 1995.-с. 14-16.

8.Шаповал В.Г.Методика определения реологических свойств водо-насыщенных грунтовых оснований.//П Украинская научно-техническая конференция по механике грунтов и фундаментостроению.-Полтава, 1995.-C.26-28.

9.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.Общее решение пространственной задачи теории взаимосвязанной фильтрационной консолидации. //Основания,фундаменты и механика грунтов.-1994.-N5-C. 19-21. (Доля автора 70%. Построено общее решение).

lO.Shvetns V.B.,Shapoval V.G.The method determing of reological characteristics of the saluratel Soils.//Theoretical Foundations in Civil Engine-ering.-Warsaw,1994-p.p.216-220.^onH автора 75%.Разработана методика, выполнен анализ экспериментальных данных).

ll.Shvetns Y.B.,Shapoval Y.G.,Candzuba S.P.,Popovichenko S.O.Prognose of foundations under the load increasing in time and cyclic.//Theoretical Foundations in Civil Engineering.-Warsaw,1994-p.p.221-225. (Доля автора 50%.Разработана методика прогноза осадок.).

12.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.Дандзюба С.П.,Поповиченко С.О. Влияние циклической нагрузки на процесс развития во времени осадок свайных фундаментов.//Труды четвертой международной конференции по проблемам свайного фундаментосгроения,часть II. -Пермь, 1994.-c.94-96.(Доля автора 50%.Разработка алгоритма расчета).

13. Шаповал В.Г.Методика экстраполяции кривых развития во времени осадок свайных фувдаменгов.//Груды четвертой международной конференции по проблемам свайного фундаментосгроения,часть П.Пермь, 1994.-С.97-99.

14.Шпец В.Б.,Шаповал В.Г.,Кандзюба С.П.,Поповиченко С.О. О фильтрационной консолидации в условиях осевой симметрии.//Интенсификация рабочих процессов строительного производства. - Киев, 1993. -с.285-289.(Доля автора 50%.Построение общего решения).

15.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.,Кандзюба С.П.О фильтрационной консолидации в условиях плоской деформации.//Научные основы строительства.-Киев.1993.-с.218-222.(Доля автора 60%. Построение общего решения.Анализ его результатов).

16.Шаловал В.Г.,Кандзюба С.П.Применение обобщенных функций в теории консолидации многослойных сред.//Интенсификация рабочих процессов строительного производства.-Киев, 1992.-С.57-62. (Доля автора 70%.Постановка задачи.Построение решения и анализ его результатов).

17.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.Методика прогноза развития осадок свайных фундаментов во времени .//Труды третьей международной конференции по проблемам свайного фундаментосгроения.Часть 1.-Минск, 1992.-е.192-193.(Доля автора 70%.Разработка основных положений методики).

18.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.,Бауск Е.А.,Кандзюба С.П. Влияние необратимости деформаций грунтового основания при загрузке-разгрузке на развитие во времени кренов высотных сооружений.//Геотехника Поволжья.-У.-Тольятти, 1992.-с. 28-30.(Доля автора 50%.Разработка физической модели.Ее математическая формализация).

19.Шаповал В.Г.,Поповиченко С.О.Результаты экспериментальных исследований взаимодействия фундаментных плит с грунтовым пылева-то-глинистым основанием при циклическом нагружении. //Ресурсоеконо-мш матер1али,конструкцп,буд1вл1 та споруди.-Р1вне, 1996.-c.61. (Доля автора 50% .Разработка методики эксперимента,анализ его результатов).

20.Швец В.Б.,Шаповад В.Г.,Поповиченко С.О.Напряженно-деформированное состояние плитных фундаментов, находящихся под воздействием циклической нагрузки на слое конечной толщины.//Ресурсоеконо-мш матер1али,конструкци,буд1вл1 та споруди.-Р1вне,1996.-с.63.(Доля ав-

тора 60%. Решена задача о напряженно-деформированном состоянии фундамента).

21.Кандзюба С.П,Поповиченко С.О.Шаповал В.Г.Определение деформационных и реологических характеристик водонасыщенного пыле-вато-глинистого грунта при циклическом нагружении.//Ресурсоекономт матер1али,конструкцГ1,будшл1 та споруди.-Р1вне,1996.-с.50.(Доля автора 50%. Разработка основных положений методики).

22.Швец В.Б.,Шановал В.Г.,Головко С.И..Лобов А.Н. Методика определения реологических свойств водонасыщенных оснований,сложенных лессовым просадочным грунтом.//Проблемы защиты,строительства зданий и сооружений на просадочных грунтах.-Киев, 1987.-е. 82-84. (Доля автора 50%. Разработка основных положений методики).

23.Капустин В.К.,Шаповал В.Г.,ГоЛовко С.И. Полевая методика определения параметров консолидации и ползучести водонасыщенных глинистых оснований.//Основания и фундаменты в геологических условиях Урала.-Пермь, 1985.-С.65-69. (Доля автора 50%.Разработка основных положений методики).

24.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.,Капустин В.К.,Головко С.И. О возможности редукции реологических кривых.//Тезисы докладов пятого Всесоюзного симпозиума по реологии грунтов.-Волгоград. 1985.-С.45-46. (Доля автора 50%.Разработка основных положений методики эхетраполя-ции).

25.Швец В.Б.,Шаповал В.Г.,Капустин В.К.,Головко С.И.О возможной форме записи реологических уравнений состояния глинистого грунтам/Современные проблемы нелинейной механики грунтов.Челябинск, 1985.-е.25-26. (Доля автора 50%.Предложены уравнения состояния.Вы-полнена их математическая формализация).

26.Капустин В.К.,Шаповал В.Г.,Головко С.И. Влияние способа испытаний на интенсивнось протекания фильтрационной консолидации в двухфазном основании.//Рук.деп.во ВНИИС.ИЗббО.библ.указагель деп.

- "-У

рукописей.Вып.З.Москва,1985.-12с.(Доля автора 50%.Постановка задачи. Построение и анализ решений).

27.3арецкий Ю.К.. Капустин В.К., Мете М.А., Шаповал В.Г. Практическая оценка консолидации глинистого грунта и ее приложением/Известия вузов.Строительство и ар х итекту ра. -1983., N 3. - М. - с. 23-27. (Доля автора 25%.Разработка ряда положений методики.Математическая обработка результатов опытов).

28. Капустин В.К., Шаповал В.Г. Полевой метод определения параметров консолидации и ползучести глинистых грунтов.//Тезисы докладов четвертого Всесоюзного симпозиума по реологии грунтов.- Самарканд. 1982. -с.36-38. (Доля автора 60%.Разработка основных положений методики).

29. Капустин В.К., Шаповал В.Г. Определение свойств двухфазного грунта в полевых условиях.// Инженерно-технические изыскания и проектирование фундаментов в Донбассе.- Донецк. 1981. -с 39-42. (Доля автора 60%.Разработка основных положений методики).

30. Капустин В.К., Ермолинский A.B., Шаповал В.Г.Некоторые особенности развития крена башенных сооружений./Юснования и фунда-менты.-Киев:Буд1вельник,1980,вып.13 -с.50-52. (Доля автора 50%.Решение задачи об устойчивости сооружения с высоко расположенным центром тяжести и анализ его результатов).

Шаповал В.Г. Прогноз осадок та крешв фундаментов на пилувато-глинистих шдвалинах, що перебувають щд aicio статичного та циклпшого навантаження.

Дисертащя на здобуття паукового ступени доктора техшчних наук ¡3 спешальносп 05.23.02-шдвалини та фундамента, Придшпровська державна академш буд1вництва та архп-ектури.Дншропетровськ,1996.

Захищаеться рукопис дисертаци, основний 3MicT яко1 викладено в 30 наукових роботах.

В poöoTi на основ; експериментально-теоретичних дослщжень створен! методики прогнозу деформацш (середшх осадок та крешв) фун-

- чО -

даменпв, що перебувають пщ дгао статичного та цикгачного наванта-ження , а також методики визначення деформацшних (модуля деформаци i коефвдента Пуасона) та реолопчних (коефщента конашдацй i пара-MeTpiB noB3y4ocri) властивостей водонасиченого пилувато-глинистого грунту .Для врахування незворотносп деформацш при навантаженш-роз-вантаженш та ix накопичення запропонована ф1зична та математична модель водонасичених пщвалин.Запропоновано алгоритми побудови загальних точних ршень задач Teopi'i фшьтрацюнно! консолщацп у рамках моделей В.А.Флорша-М.Бю та Ю.К.Зарецького.При цьому аналопч-ni за формою алгоритми розроблено для моде;и вагомо! шдвалини, що мае иластиысть накопичення незворотних деформацш.

Shapoval V.G. Prognosis of settlements and slopes of foundations on the clay-powdered soil under the static and cyclic loading. The thesis for competition on the Degree of Dr. in Technical Sciences. The Speciality 05.23.02 - Foundations and Basements. Priednieprovsky State Academy of Civil Engineering Architecture, Dnepropetrovsk, 1996.

The thesis of dissertation in to be defended, its materials have been published in thirty papers containing the results of experimental and theoretical investigations prognosis (average deformations and slopes) of foundations acting under static and cyclic loading and also the methods of definition of deformable (deformability modulus and Poisson's ratio) and reological (consolidation coefficient and creep parameters) properties of saturated clay-powdered soil. To take into account irreversity of deformations under loading-unloading and their accumulation the phisic and mathematics model of saturated basements is proposed. The algorythms of general exact solutions development of the Alterative consolidation theory problems using the models of Florin-Bio and Zaretsky is offered. Similarly the algorythms for the model of the basement with its own weight with properties of accumulation of irreversible deformation is proposed.

Ключов1 слова: осадка, крен, фтьтрацшна консолщащя, залишков1 деформаци, повзучоегь, реолопя, реакторш вщдшення.