автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Размокание грунтов берегов водохранилищ и оснований сооружений при их локальном замачивании (теория с практическими приложениями)

р р Санкт -^етсрбургский государстве!пый л ех!4ич^ский ушгоерситет

I

На правах рукогаки

АНИХШ1 ВАСИЛИЙ СТАНИСЛАВОВИЧ

РАЗМОКАНИЕ ГРУНТОВ БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИ ЛИЩ И ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЯ ПРИ ИХ ЛОКАЛЬНОМ ЗАМАЧИВАНИИ

(ТЕОРИЯ С ПРАКТИЧЕСКИМИ ПРИЛОЖЕНИЯМИ).

Спешалшость: 05.2107 - Гипрот.-тичеаюе и мелиоративное строительство. 05.2102 • Оаюкния и фундаменты.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на ссчкхание ученой степени

.ясятоги техшчесхкх rays /L ,

Сачкт • II(rrt p6ypr, 1993 г.

Работа выполнена в Кубанском государственном аграрном

университета

Офшиаиише опнозентш

доктор геолого - минералогических наук, профессор И. П. Иваноо дсхтор географических наух, профессор Есин НИ. фактор технмчесхш наук, профессор Бугрсв АК-

Ведущхя оргаяпзыщк: ГСКПО " Краснодарбьрегозашита "

Защита состоится " " 1993 г. на заседай«

; ¡сишлшкрованного Совета Д 063.38.19 при Санкт - Петербургском государ-< 11»шюм техническом университете по адресу. 195251, г. Санкт-Петербург, \ 1. Полигехническая 29, в аул, гидрокориуса в час мин.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке О'жт - Петербургского технического университета.

Слзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации, просим направлять по вышеуказанному сдресу на имя ученого «дсрлггр? специализированного советч Д 063.38.19.

Автореферат разослан " " 1993 ¡\

'> чсшш секретарь аюииализироганного Совета

а!1 Морозов

Общая яграотсрпстака работы

Изученность процессов замачижния и разуирочнешм лессовых проса-дочных оснований имеет большое практическое значение. Просадочные основания • это десятки тлатч квадратных километров территории нашей страны, сотни километров обрывистых берегов Азоссхого моря, Цимлянского, Краснодарского и друг к водохранилищ Замачиазние оснований, независимо от того, еызвзно ли оно природным поднятием уровня или утечками из гаже-.-геркых сетей, приводит к катастрофическим последствиям.

Среди нерешешых згдач гидротехники и фундамеитостроения ожно наззать: 1) задачу о легальном замачивании и НДС основания при утечках из труб; 2) задачу о ?оне замачютния и НДС под каналами под действием собственного зеса; 3) задачу о подрезу е лессоЕых обрывистых берегов в результате периодического подъема урон« водоемов; 4) задачу о скорости отступают таких берегов; 5) задачу об огибгмшей границы зон ззмачизашы в берегах при периодическом подъеме уроэня.

В результате замачивания многие здания сказались разушеиньлии, з результате подрезки берегоя шшые строения сказались у края обрывов и были приведены в негодность.

Разупрочнение, т.е. ухудшена прочностных и деформационных свойств, Еызьпяется замачиванием и приводит к изменен!®) НДС и появ-леико разрывов сплошности внутри оснований, к неравномерным просадкам и размок алию поверхности оснований и обрывистых лессошх берегов.

Из практических вопросов, требующих точных количественных ответов, в которых остро нуждается практика, можно наззагь следующие : 1) кгк разливается soi ч замачивания при утечках в основаничх; 2) кгкую она имеет форму; 3) за какое время она стабилизируется; ira к.;ж.ой глубине зо(И замачивания уже не шзшзет сгагных просадок посерхности; 5) к кгким последствиям приводит разлитие зоны замачивания - можно ли ограничить« ' только учетом просадок поверхности, или есть ещу другие опасные явления EHyrpv, основания; 6) как из? 1еняется зона згмачюания в откосах и берегах при подъеме уровня водохранилища; 7) накгхую величину подроется берег или откос формируемой в нем ниша! размакания или областью "поврежденной" структуры, если rpjirr не размокает; 8) на сколько метров а год отступаю! j;eccoEbie обрыш, кал на это влияет режим урони водохранилищ; 9) какие напряжения и деформации возшкают на границах зон локального заучивания; 10) при кгких размерах зоны замачивания просадки имеют наибольшую неравномерность.

Актуальное гъ выбранной темы исследований обосновывается несколькими обсто? гельствами: 1) широким развитием в лессовых основаниях и берегах процессов их рязупрочньния, ослабления и подрезки углублениями, обусловленными замачиванием, а затем и размоканием, просадками, разрывам;! оснований, повреждениями сооружений; 2) неприменимостью стандартного опыта на размокаемость к задачам количественного прогноза разупрочнения, невозможностью без теории интерпретировать его результаты

Эксперимент на размокание, ь котором образец фунта Тофужают в воду и фиксируют время его распада, сейчас никак не используется для количественных прогнозов.

Цепь рсботы - решение прикладных задач: 1) прогноза развития ниш размежанкя ( береговых углублений) в берегах при колебаниях уровня водоемов, и выработка рекомендаций по определению "опасных" ниш размекания, вызывающих обрушение оерегов; 2) прогноза просадок оснований с зонами замачивания при утечках из трубопроводов, каналов и котлованов, и выработка рекомендаций по определенно "опасных" неравномерных мн просадок.

Положения, шиосниие ш защшл у:

1. ТЕОРИЯ РАЗМОКАНИЯ ГЛИНИСТОГО ГРУНТА И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ К ПРОГНОЗУ НИШ РАЗМОКАНИЯ В ОБРЫВИСТЫХ БЕРЕГАХ, СТЕНКАХ КОТЛОВАНОВ И ОТКОСАХ КАНАЛОВ

2. ЗАДАЧИ О ПРОСАДКАХ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАЗВИТИЯ ЗОН ЛОКАЛЬНОГО ЗАМАЧИВАНИЯ ПРИ УТЕЧКАХ ИЗ ТРУБОПРОВОДОВ, КАНАЛОВ И КОТЛОВАНОВ

Оба эти положения имеют единую методическую и экспериментальную основу в задачах "вода в фунте" и "фунт в воде".

Более подробно положения, выносимые на защиту, можно представить

так.

Формулировка определяющего урагнения процесса размскания.

Постановки простейших задач размокания, приводящие к интегральным уравнениям для фронта размокания.

Замкнутые решения частных случаев интегральных уравнений, и применение этих решений к определению коьстакт размокания, т.е. к расшифровке (идентификации) результатов ста шар 1 ною опыта на размокания.

Прикладные задачи птютоза, иодреяюших лессовые обрывистые берега, ниш размокания, для про;ноза формы и размеров которых разработаны программы и получены числесные решения задач

Методжа определения констант нелинейной клагопроводности в про-садочных основаниях ( коэффициент диффузии, коэффициент влагопровод-ности, потенциал влажности).

Задачи о развитии зон замачивания при утечхах из точечного источника, о развитии НДС вокруг зон замачивания.

Задача о конечном слое впитывания в набухающий грунт.

Задачи нестационарных НДС и влажности при локальном замачивании просаленных оснований, в которых на границе зоны замачивания могут возникать растягивающие деформация и, как следствие, разрывы

сплошности

/

Задачи об эволюции во времени формы зон просадок (просадочного блк>дца),в которых установлен момент когда ферма зоны просадок имеет наибольшую неравномерность.

Методика работы включает: методы лабораторных экспериментов на впитывание и разгиокание, метоп конечных элементов, метол конечных разностей, аналитические методы решения дифференциальных уравнений.

Научная ноевзна.

1. Разработана ТЕОРИЯ РАЗМОКАНИЯ ГРУНТА, которая применяется к задачам прогноза развития ниш размокания в обрывистых берегах, стенках котлованов и откосов каналов.

2 Решены прикладные ЗАДАЧИ О ПЮСАДКАХ ПРИ ЗАМАЧИВАНИИ ОСНОВАНИЯ ПРИ УТЕЧКАХ ИЗ ТРУБОПРОВОДОВ, КАНАЛОВ И КОТЛОВАНОВ

Подробнее научную новизну работы можно сформулировать так. Полностью новыми являются.

1.Определяющее уравнение промесса размокания, как пластического раз • упрочнишя контакта "грунт - вода".

2 Постанови! задач размокания, интегральные уравнения для фронта размокания и их замкнутые решения.

3. Расшифровка (идентификация) стандартного опыта на размскание и применен!« его результатов для расчета ниш размокания в берегах, стенхах котлованов, откосах каналов.

4. Прикладные задачи теории размокания о прогнозах ниш размокания в обрывистых берегах в результате изменения уровня водоема во времени и их численные решения.

Частично новыми являются:

5. Задачи о просадках при локальном замачивании, в которых устанавливается момент наступ1ения и форма наиболее неравномерной зоны просадок основами.

Достоверность результатов работы подтверждается:

1) наблюдениями за деформациями зданий на основаниях второго типа просад очи ости в Краснодарском крае,

2) натурными измерениями переработки берегов Краснод арского водохранилища и берегов Азовского моря Краснодарского края.

Пргктпеское ваюлзошие результате^, рабе ты.

В настоящее время разработанные автором программы ЭВМ и методики используются: 1) в учебном процессе и при проведении НИР на кафедре ОФ Куб.ГАУ, 2) дирекцией проектируемой Краснодарской ГРЭС, 3) Сочинским предприятием электросетей, 4) Всесоюзным институтом горного садоводства и щетонодства^) Краевым комитетом по экологии и природопользованию Краснодаре*-ого края, 6) трестом "СенсавТИСИЗ", 7) МП "Союз профессионалов", 8) НТЦ "Шельф",9) Сочинским УБПР, 10) АО "Темрюкнеф-тегаз", 11) Головинским поселковым советом, 12) Геленджигсским горсоветом.

Аиробащах работы.

Результаты работы докладывались: 1)на научных конференциях Ку6.ГАУ , 2) на кафедре МГ АзИСИ, 3) в лаборатории численных методов НИИОСЛ, 4) на семинаре по нелинейной механике фунтов под рук. Вялова СС, 5) ка У Всесоюзном симпозиуме по реологии фунтов, Волгоград, октябрь 1935,6) га 1У научном семинаре 'Применение математических методов и ЭВМ ь геологии'"/.Новочеркасск, 1987,7) на Всесоюзном семинаре по "Защите территории от ополз!кй", Черновцы, 1988, 8) на Всесоюзном совещании по строительству на лессових фунтах, Росгов-на-Дону, 1989, 9)на кафедре ОФ Ростовского ИСИ, 10) на кафедре "Подземных сооружений, оснований и фундаментов" Сжжт- Петербургского гос> дарственного технического университета, 1992 г.

Внедрение результатоз работы.Результаты работы внедрены в 12 организациях Краснодарского края с общим экономическим эффектом около 400 тыс рублей в ценах 1991 года.

Объем работы.

Работа содержит 350 стр. текста, 70 рисунков, ДО таблиц, список литературы из 200 наименований источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во сведении излагаются актуальность темы, цель и методика работы, нзуч- нзя новиап, достоверность, прслтлческое использование результатов и кратко излагается положения, выноа:мь:г га защиту.

В гаик 1излагаются результаты существующих экспериментальных исследований размсканиа.

Рассматриваемые в диссертации вопросы получили значительное развитие в работах Аболева М.Ю. Аверьяноза С.Ф., Айда роза ИЛЬ, Алтунзатз В.С, Амзряш JLC, Ананьева В.П., Ананьева IIR, Арэ Ф.Э., Афанасьева В.П., Бартоломея АА, Бастрзкоая Г.В., Белова Д.М., Белого АД., Береза»mem ВГ., Ботома АИ., Бугрова АК., Бу junta АЯ., Бухарцева В.И., Взаиаезз И.М., Венд роса ЛИ., Веригина Н.Н., Вшкгсурои ЕФ., Ворогаегича СД., Вялсш СС, Гарднера У., Гали И.К., Герсэкшогз Н.М., Пиплсна ЯД., Гленсдор^з • Глобуса AM, Глуховатого Б.Х, Головзнова АН., Гольднга AJL, Г'олъдш-тейна М.Н.. Г'орбуноза-Посьдоа М.И., Горелка Д.В., Гречишея ЕК., Гречзяцева СЕ., Гр;;го[гьегз В.Я, Григорьегон О. Д., Григорян А А, Григоря п СС, Гршшюти KB, Гуйапга Н.М., Гулгздт К. А, Дагиданз ll.ll, Далмтгока

Дара!, Дашхо Р.Э., Дебольского В.К., Демина И.И., Денисом Н.Я., Деротап ВВ., Дндуэл Б.И., Друшшина АК., Другаера А, Долгот СП, Дыгрматн, База Н.В, Жданова AM, Жукоэского НЕ., Ззржого Ю.К., Зелинского И.П., Зенгошто В.П., Зиэнгировз Р.С, Злочегасой Р.И., Знаменской Н.С, Золотгреш Г.С, Ибэд- Заде Ю.А, ILr.nc» И.Н., Икнем П.Л., Ильичева ВА, Иоселегичз В.А, Каззрнозсхого В.Д., Кармана Т., Качугинг Е.Г.,К1грчлло:п В.М., Кондртгьеза Н.Е, Конолалсгз Л. А. Косья га Р. Д., Коло-мексхого ЕН., Костггоза AIL, Крагельасого И.В, Крутой B.R, Kpf-жгнло-ского A Jl^ Кул1ка ВГ., Кульмача П.П, Кузьмина GA, Лзппо Д.Д., Дар!Ю!.:о!п АК, Лапшина Ф.К., Леонтьева F.K., Ломбардо ВН., Ломизе Г.М., Ломтадзе В.Д., Льзова А В., Лысенко АК.. Любопа М.Я., Мггжанеезз В.М., Мзссттчука B J1, Малышей М.В, Марче, ко АС, Мариупольского ИГ., МаслоЕа Н.Н., Масса EIL, Месчана СР., Мизеса В, Миронегао В.А, Мирцху-лзгы Ц.Е, Михалеза М А, Мурзенко Ю.Н, Мустафзж А А,! Цате А, Нарбута P.M., Нергвпи СВ., Кгколэдаяого В.Н., О.чпгерл, Осиною ВН., Охг няп В.А, Павловского H.IL, Парланжа П., Передельского Н.В., ITerp/xiua В..:., "тетера В, Прнгожшп Н., Пр1клоиского ВА, Прнходченг.о ВН., Полуб^рн'^й-

Кочиной П.Я., Пыикина ЕА, Расскаэова Л.Н., Ревута Б.И., Розина Л. А., Розовского Л Б., Роско В., Рубина Д., Рудько ГЛ., Румынина ВТ., Ошречского Ф.П., Сафьянова Г.А., Сергееаа Е.М., Симаков; Г.В., Синелыижова В,И., Скофилда И., Оактера И., Снищенко ЕВ, Соколовского В.В., Соловьева Ю.И., Соломина ЕЙ., Сорочана Е.А, Сотшкова СН., Ставнииера ПР., Стрекалова С С, Строганова АС, Сунамуры Т., Тимофееюй ДМ., Тихвинского КО., Терцаги К., Тер-Маргиросяна З.Г., Токина АН., Толстого М.П., Ухова СЕ, Фадеева А.Е, Филиппа Д., Финарова Д.П., Флорина В А., Фролова АФ., Халфина И.И1, Христофороза ЕС, Цытовича НА, Чалова Р.С, Чаловсхого ЕГ., Чудновского АФ., Шадунш К.Ш., Швеш ЕЕ, Швебса Г.И., Шесггкога ЕМ., Шхинека КН., Шуйского Ю.Д., Яковлега ГШ, Янгса £.

Целью настоящей работы является разработка методики для решения прикладных задач прогноза отступания обрыыкггых берегов, откосов, стенок котлованов, когда их поверхность контакта с водой разметает. На отметках контакта фунт - вода в вертжзльных лессовых откосах образуются ниши разметания, т.е. у! дубления, которые подрезают Зерег и способствуют его последующему обрушению. В результате этого берега отступает. При действии волн размокание убыстряется. Прогноз скорости отступания обрывистых берегов - важная проблема, решение которой необходимо для назначения размеров водоохранных зон, организации и регламентирования землепользования, проектирования берегозащитных мероприятий. Особенно заметно розмскание проявляется в лессовых просадочных фунтах. Просадоч-ные грунты занимают десятки тысяч квадратных километров территории нашей страны, сотни километров обрывистых берегов Азойского моря, Цимлянского, Краснодарского и других водохранилищ.

Эксперимент на размокание, в котором образец фунта пофужают в соду и фиксируют времи его исчезновения, сейчас никак не используется для количественных прогиоэов. Несмотря на большой сбьем глубоких исследований по размыву, связать р^змокаемосгь и размываемость не удалось. Невостребованность результатов опыта на размокание рельефнее видна на фоке различных методик размыьа лессовых берегов, в которых заложены константы, отвечающие за взаимодействие грунта с вол1амн. Расыифроиса опыта размоыниь, при которой из его результатов извлекалась бы некая константа, отвечающая за изучаемое свойство, является важной проблемой наук, изучающих свойства фунтов.

(

Размсхание это тгхое свойство фунта, которое прогзжется в стандартном опыте, когда в году помешается кубих или цилиндр грунта на сетчатой подстагае, уменышюивй сеоо мгссу прн взаимодействии с юлой. Изме-ifeHire массы фклсируется весооым приспособлением или записывается га сгмописец. Иапп-ии различных фунточ по долгот установить время раз-гиокяния и классифицировать фунты по 1« отношению к воде. Время размокшим поззоляет ориентировочно оцепить способность фунта удерживать сгтегаи котлокшоз, мсхрые откосы, проппххггогп. эрозии и размыву, составить качестш мое суждение о асорости переработки берегоз водохранилищ и морей.

При эксплуатации крупных гидротехнических сооружений, водохранилищ и других объектов га лессовых просадочных фунтах пришлось столхнуться с многочисленными ситуациями, d которых размякзние играет важную, заметную, а иногда и ведущую роль. Tas, в книге Л.И.ВендроЕа "Водохранилища и «жружгюшзя природ!гая среда" приведены фотографии и списаны участки берггоя Братского и Цимлянского водохранилищ, которые отступгат со скоростко 100-400 м/год. а берега, по пыралсешпо ЛИ-Веидрссз, "тоют га глазах в услоямх полного штиля". Разрыты сплошности, газтка-юшие при просадках, становятся очагами рззмскашш лри попадании в mix соды. Эти и другие примеры необходимости количественного учета размокшим заставляют вернуться к опмту ш рззметлемость с тем, чтобы осу-июсттать его расшифрогку, создать прикладную теорио этого явлени», сделать опыт размокажя из чисто качественного - количественным, постагапъ и решить инженерные зздачк, в которых учзт размокши* обязателен.

Терм™ "размокшие " употребил проф. Н.В. Бобхоя при переводе п 1932г. книга 1С Тершги "Инженерная геология". К. Тершги называл это ccoñ-сгго "Slaking value test", дословно - "испытание ча облизание юлой". Показателем размскания КЛершги предложил считать грело, за которое образец фиксированного размера полностью распадается на арегзты при пофуженш в воду.

История исследований рззмохлння гарзтце выглядит тгх К. Терцзга ззимстчует в почвоведении t .гетодоху оценки водопрочности почвенных сг-регатоа и использует опыт рззмоканкя для предварительной оцгнхи прютиво-эрэзконнон стоГкости придорожных водооткодацих кзназ. Он же дает определена рззмокаемости, указывает ее причины и помещает размокаемость в перечень осношых свойств фунта рядом с такими сейчас широко известными свойствами ют сжимаемость, водопроницаемость, прочность и др. В дальнейшем выполнены многочкетенные исследования размакаемости, в котсрых

установлено, как. влилот на время размокания природная влажность грунта, его минералогический состав, глубина погружения, размеры образца, время предварительного всдонасищения. Установлен эффект влияния предварительного взкуумироыния фунта на его размок^емость. В работах по агрофиз1ке почв СВ. Нерпина, ВКРевута и да размокание при быстром пофужении в году пересохших небольших комочков почв связывается со сжатием защемленного водой воздуха, Существование этого эффекта в лгссах доказывают слыты М.Н. Гольдштейна Зависимости времени размокания от размера образцов и ст режима их предварительного увлажнения подучены А. К. Ларионовым . Гистофаммы времени размокания лессоаых образцов одинакового размера и формы получены А.И. Лысенко . Исследования зазисимосги времени рагиокания от природной влажности суглинков выполнены K.LLL Шадунцсм . Предпринимались попытки установить связь времени размокания с просздочностью и неразмываюшей скоростью, Предложения по использованию результатов опыга размокали* для прогнозов развития береговых ниш рззмагания ь обрывистых лессовых берегах водо-днкилищ разработаны в Ку&ГАУ. Среди исследований размокания следует выделить опыты В.И. Синельникова в 1932 г. в ВИОСе, когда изменение массы размокающих образцов во времени непрерывно записывалось на самописец. Были получены крчвые постепенного угленьшения массы размокающего образца от времени,

В существующих определениях размокания, кроме единства взглядов о том, что уменьшается прочность, размокшие определяется как "следствие впитывания", "конечная стадия набухания", "свойство длительное время сохранять прочность в воде", "отделение агрегатов с поверхности", "распад породы на куски" и т.д. Все собранные определения отражают многогранность и сложность процесса размокания. В основу математической модели процесса могут быть положены формулкрожи определений сущности размокания B.IL Аганьева, Л.Д. Белого, С Д. Ворсхкевича, М.Н. Гольдштейна, Н.Д. Денисова, А.К. Дружинина, Г.С. Золотарева, В.Н. Коломенского, АК. Ларионова, В.Д. Ломтадзе, МП. Лысенко, ЦЕ. Мирцхулавы, Б. В. Скотина, ВА Прж донского, Б.И. Ревута, ЕМ- Сергеева, КТерцаги, МП. Толстого, АФ. Фролова, Е.Г. Чапоьского, ICilL Шадунца.

Экспериментальные исследования времени размокания позволили КЛершги выстроить ряд от пылеватых грунтов до глин, время размокаши которых нарастает от минут до месяцев. Факт размскания есть следствие структуры грунта. Размокаемосгь зависит от механического и минералогического состава, от глубины погружения образца в воду, от природной влажности грунта к предыстории его замачивания-высушивания. В

/

мот-срхтгасм стротедьстте пртзта клзсафкгция Саозптроподхэзз, где для кубического образца с размером грпм 3 см пидел^ется л грздгщш • от мгновенною рэзмссшшя (менее 1 ксгнути) до прслтпчессн нсрззмохко-икто грунта, где зз 43 чхоз ртзмс-яет нэ более 10% обрэзш . Перессдя срщцсяо скорость Изменения объема в скорость отступания боротой поверхности обрзап мошю полупггьгрйлипеппую оценку рззмст.2ния герпкаль-ноь сгаш! берегозого откоса. Например, для мпюяню размсзнгошнх фун-тоз это 30 см / «ее, а для прзтически неразмсжпошсго - 0.001 см / час. Валичига 30 см / чэс псказьсяет »пскоопко макет быть г?л!~п роль рта-о-кгнзи при отступают! беретов водохранилищ даже пр.! отсутствии со тн

В формулах реферата приняты обозначали: * - умножение, / • деление, ехр(...) - сжспонента, ш{...) - штуралышн логарифм, я;г(...) - ХЕшрзпмй корень, с!() • частный диффергшиал, 11(...) / сИ - производная по пременн, (!(...) I с1Х • производная по координате, гЦу ( V ) - дипергеншш сс^тсрэ.

А, В - параметры в формуле коофицие:гга диффузия, а, Ь - параметры в формуле сцепле!шя от алагшости, С - сцепление,

Со - сцепление при влажности Wo, Э • козффюигент диффузии грунтовой плат,

- КОЭффШИеИТ ДИффуЗМ! кз фунщия пла.тлсстн, Р • скорость сеязьпяшш соды частишми фуггта, II мил,

- скорость связывания юты кгх функция влажности, ФМ - потенциал влажности, м. водн. столба, Дж/ м. куб., Н - фильтрационный напор,

Ь • размер чзепш фунлэ при рззмекгнии, j - объемный вес грунта,

- коэффициент влагопроводности, Кф - коэффициент фильтрагдЕ!,

к - номер цикла замачивания, п - показатель степени, И - константа размогания, м, г • радиус.

го • шчалышй радиус размокгошего образца, I - гремя,

1р ■ гремя рззмогдния образца фунга, и • скорость розмоханиа, мАмин, V • скорость БГОПЪШЗШи, м/ МИI,

V/ -влажность,

V/о - рагло-сопя влзкшость козгтггта фунт ■ сода, \Ур - платность разметания, - рлалаюсть (ссиша ыл, \Уп • природная плашгость фунта. У/ т ■ шплиюсть 1геподЕ1каюй еоды, Х- коорд1яата,

Хп • глубина проикноЕашя фрсягга епитыкшш в фунт, 2(\\) - высота подъема капиллярной каймы,

& - коэффициент между градиентом рлпшьэсти и капиллгрноп сило;!. НДС - нзпржешю - деформиро:ашое состоя ше, МКР - метод ко!1гчиых разностей, МКЭ - метод конечны элементов

В 2 издастся пр:шад1ш теор;и влагопграюса (ззмгшзашш) пнутрн просадочных схзкезнш.

Згг.он влагопрозодностн для скорости влагопереноса м<|>гшо затека гь в двух формул![ро^лх. В форме, анзлошчзюй жхону диффуз:а1 Ф-.^а '

и в форме, аналогичной закону фильтрации Дгрси ;

V - К(п) * сК Н + Ф(у/) )/с1Х, где Е)(\уХ - коэффициенты диффузии и влагопросодности, Ф(\у) -

иогенщпл гласности, Н - фильтрационный напор. Многообразие докекм влаги в порах в виде менисков, манжет, пленок и т.д., учитызается путем задания нелинейных функциях К(\у), Ф(чу) от рлажностм. Оба ЕЗр-.гагга формулирок1и эквивалентны. Их отличие згита чается в том, что один и тот же зв шериментальный профиль влажности может быть пресрашен в нелиней -ные харахтернспяи нлагопроволиюсти различными гутгми. Преимущестю первого варианта в необходимости измерения только одной характеристики грунта - коэффициента диффузии , Преимущество второго варианта в едином описании как напооной фильтрации, так и алагопереноса одним и тем же определяющим уравнением.

/

гзлг.ется предпосылкой frnynpo'il.'CjnL"! rpyirra в са:с~_п::я>. и берет-, где з результате утетп геппетегггртпк естей или -оггтт-тз бгрего-r-.Li oTsocca с годей фсрм"лругтся полз пгкяеегп С ростом влкягосп» прочность ipyirra niyrpu ссткг-ззш у»,гзаиг.ггс% a in погсрхиости откссоз, гьотдс~::сз и береге"! т'мгется

Если спо!! «йга паястггггь з урплпзпз баланса груигогсй пл~ги /at + dh{ V )= F,

тс полусатсл 1гсс.;ц!*с:ср:!сгур-:гс1п:э шт-гспрс'эдгосп!;

гда V/ -.шпгл:осп4 vy,t - г-ссрдигтг, K<w) - т.ссфф^гагш дкффуг-л и ипх:грсглд1:огп5 П-v) - фугалк;сш:а.тжп годи и

чс'глз еэ га з слуга irinrnu у грунта icSysnsura сгсПсп.

Под ;;:ргттер!:ст1:хг:м!1 пегпгяея будем пепкмоть галгтзГгпгз футапп kstoicctti d<w), k(w), f('.v). Шгрсхса г.пярег:::? рпстзтс^ гштппгупп сдер:л::пп2тся отсутстпгсм удсЗшк мзтод!!т: опр2додгн::з потегадеэпа алзлкссти, козффшгапа атспрогадкссги, коофф'гщгягтл Д!:ффу;:п1. Ргссмотрггм методгсу .тргстерпепт г.тгг;"!".!-

Вместо прямого игиорапм noTuncrvn злгяяхгти, его мо.тлго ггпхетть черг^.огфф: гп 5 дк ффуки и гугтспрс-эдпэстГя. Kor^arc'.rrDiwJcnFa-дел-тгез путем обработай профиля вдгстэсп^ паяучзпгсго при гагтапя з rop:t=c!rraajiy:o колику грунта з фгг-.п-рстшт.т''! movcht грелге?!1 ;

77

LX vO » (1/Q0) * dX/dW $ X"dY/, Ws

W-Ws,X-0,V7-Wn,X 0, т.е. ргхмггртаэтея кз тппзеппз фугаса в ypmansi pjcrcircpcnsa, c5cc-пг1';г:.:-оцг:я погаюг соотктстп:е игл с rein юй футгисп! D(vv) измеряемого профиля Коэффициент диффузет ма.тзгэ пцрзяпъ фсрмудоГг

d(w)» А * ехр (В* ( v/-wm >'( Ws-wm)), где Л и В есть параметры гппрскскмгцни, пр:г-;гм А - есть даффули при ,шшг.!!остн Wm, а В -хергл тер: пуст неоднородность поросого простри :сттз. Чем с:лт В, тем более плпко переходит влатаяхгп. от полюй к природной в устгнос::т!ейсяк.гл!1ллгр;1ой кгйме. Ктфф:аг:с!гт ¿лзгсщхтадиости, плрз-жетез через козфф!аднмгг фильтрации по формуле СФ. Агерьгпсга

4

K(w) - Кф * ((W -Wm)/(Ws -Wm)).

Для [Ехотщения Ф(w) предлагается методпи, в оснозу которой поло-жега теорема: потерял влзлластм Ф(\у) есть футкшя, обраття ргепргяе-

<

лению влажности в установившейся капиллярной кайма Высота подъема капиллярной каймы Z(W) и есть искомый потенциал Приравнивая скорости ыггтызак и из формул Дарси и Фика можно получить удобь уо формулу для потенциала ыажности

W

Ф(уу)« ЕУ К* dW ;

Ws

а д;;и удобства вычислений составить номограмму

z(w )*^/(A*(Ws-Wm)) -f(B,W), где f( В, Ч') распределение влажности в установившейся капиллярной кайме Z(W). Ч т обы воспользоваться, homoi раммой нужно измерить профиль влажности в юризонгалшой колонке в любой момент Бремени и ш ь коэффициент фильтрации. Все остальные характеристики атагопровод! щ находятся по номограмме. Для Краснодарского суглинка с правого берега реки Куба!a Wm - 0.04, Ws - аЗЗ, А - 0.0038 кв.см/ мин, В - 8, Кф - 0.04 см/мин. Этих шрзметров достаточно, чтобы построить нелинейные функции D(\v), k(w), <I\w) и полностью решить задачу об определении характеристик зпитыюш;я воды в грунт.

Рассмот рям впитывание воды в набухающие фунты. Если скелет фунта юггенакно ашиьзет юду ,то фукшко стока (связывания воды) F(w) можно найти из стандартно!! кривой набухания w(t)

V/ = W(t), t» 3(W), dW / dt - f(t) тикай лепешхи грунта

f(w) =■ dW / dt = f(t) = f ( 3(W)) .

Например», при

n

W(t) - Wo * t функция связывания воды имеет вид

(n-l)/n f(w)= Wo * n * ( Wo / W )

Введение в уравнение влггопроводности скорости связывания воды F позволяет поставить и решить задачу о глубине проникновения френта влажности в набухающий фунт. Этот эффект хорошо известен как эффект глиняного замка и используется в практике гидроизоляции подвале». Впитывание прекрсшгется, когда профиль влажносп и пронжает в фунт ча глубину, которая зависит от способности частиц фунта связывать воду, рост влажности сопровождается раздвижкой частиц , термодинамический потенциал выравнивается и формируется i гсизменяю!! мйся во времени профиль влажности,

которой НАХОДИТСЯ из уравнения

н граничных услоавЬ

X-0>W-Wo,X-Xn,W«Wn,,dW/dX-G. Для конечной глубины пронккиосения Хо профиля влажности в случае постояшьи О и Р получаем формулу:

Хп - ецг (2 * Э * (У/о - ))/ Р). Для нелинейных Б и Р , зависящих от влажности величина Хо получается 1Ю программе нз ПЭЗМ Для Крзснодзрсжих глин глуби а прош&сно-сения проф:1ля влажности при одноразовом замачиззннм состгзлгет 6-20 см. Более глубокое пркяггакеение соды связано с чередованием епитыкшия и шсыхгшга и с обрззопзинем трещин усадки.

Постепенное щрзстгние влажности !Е поверхности грунта при нзбу-хшпш можно огвгсать змпирпескимг формулами:

п

W(t)- Wn+{Wo-Wn)в(t/to),

аб

ТГп - 7/о +А" (Щ+2)Г к,

где Ь, п, Wo, А - параметры кгагэтичессих кривых роста влажности от прхрсшюп \7п до ргаюсеснсй Wo в г^кимости от номера щхла за-мзчигшия п. Нз каждом следующем ьс^гз может быть досткпгута более высшая рпюгеапя влажность.

Изложен? па мгтоааза олргделечия нглтгашьп хгргстернспз итпго-прсзодгюсти полггостпо решззт проблему з^спор: ¡ментального обэспзчения тлгпггйгал мод ел: I влзхягерагоса.О!п дсстушп и проста, тле. Ег„е излгерекия ссояатса к обычному весомому определенко V в профиледоторый разрезается га леппши о фггксирсгэпшй момент гремяп!, или в одной лепешке грунта п ргаличтше моменты времени. Решая ураакшж шсгопраэдности груггта га ПЭВМ методом конечных ртзностей, палучзем нестацдашрпь'э полз шппкоста в оенгепма при утечках из труб и в Серьгах при пгриашгке-ксм подъемг урози соды На ошкя полученных полей влажности можно пропетгфстпъ преелгз!! сахетсй и ркмаишя берегез. Путем решали рззлр-залс нэстгщкжр!!ыг£ плоши азяач пропгаза зон ггмачзгзания при утечка из то«гзчз:шо г:сто«^П"л сбсрмулг-рог-'П! кзчгетташые особенноста их рз^птаа Это:

• дпффугиэ - гскруг истогпггл формгфуетез круглм грагяп зэ-

• анизотропия диффузии - удаление границ замачивания вниз и вбок может отличаться;

• гравитация - зона замачивания проваливается цел* ом вниз тем быстрее, чем выше природная влажность,

• распластывание зоны замачивания на водоупоре

При непрерывном увлажнении зона замачивания проходит ряд форм: сначала это эллипс; затем - эллипс .обрезанный границей водоупора; затем -форма, близкая к параболе;затем - форма, ближая к гиперболе; затем -кривая, напоминающая интеграл вероятностей. Конечно, нелинейные задачи дают контуры зон замачивания, несколько отличающиеся от стандартных математических кривых, но такая схематизация полезна для создания инженерных расчетных схем Исследована эролоция последовательных стадий зон замачивания при впитывании в вертикальный неразмокаюший откос при периодическом уровне водохранилища. Установлена огибающая семейства границ зон замачивания, глубже и выше которой вода в берег не прошвает.

Огибающая сконтуривает область, где в результате периодического увлажнения и высыхания формируется разупрочненшя структура грунта. Размеры этой зоны определяют последующее обрушение откоса.

В 3 главе предлагается опре; .еля.ощее уравнение размокания.

Современные учебники по инженерной геологии дают не всегда совпадающие определения размскаемости. Изаесго свыше 10 несовпадающих между собой формулировок. В последнем издании Горной энциклопедии размокшие определяется как " потеря связности при увлажнении " Это определение не вполне соответствует условиям стандартного опыта размокания. Оода следует включить еще и наличие поверхности контакта воды и грунта, с которой частицы под действием их веса отделяются в результате уменьшения прочности при увлажнении и падают иниз. Многократное повторение акта отделения частиц создает эффект отступания фунтовой стенки в стоячей воде Размокания не наблодае гея на горизонтальном дне водоемов, где также имеют место увлажнение и потеря связности, но потерявшим связность частицам нгкуда I и дать. Сила тяжести не способствует их отрыву, как это бывает на вертикальных стенах, а, наоборот, удерживает частицы и препятствует их уносу т ечениями или волнами.

Рассмотрим вертикальный плоский контжт "фунт - вода", который моделирует либо вертикальную стенку ко глована, "либо отвесный береговой

обрыз, либо бсжовую поверхность опушенного в воду образца в стандартном опыте на размскание. Грунт имеет постоянную природную влажность, которая меньше, чем влажность контагта. В результате перепала влажностей начинается впитывание воды в фунт. Для неразмокающего грунта это приводит к формирование профиля влажности, скорость проникновения которого постоянно уменьшается вследствие падения градиента влажности. Для размокающего фунта на контакте достигается влажность когда отдельные частицы и агрегаты не в состоянии удерживаться на стенке силами сцепления. Размскание происходит из - за того, что влажность контакта стремиться превысить влажг юсть, при которой сцпление столь мало, а размеры агрегтгоз столь велики, что сила тяжести преодолевает силы сцепления. Частицы отваливяотся, а стены отступает. Отступание стеши изменяет формирующийся в фунте под действием впитывания профиль влажности, градиент в котором уменьшается. Впитывание и рсзмомние контролируют друг друга. Вгаггьпание с точки зрения размокания представляет собой нестационарную внутреннюю задачу, а размскание с точки зрения впитывания -нестационарное граничное услоэзе.

Рассмотрение схематической модели размокающего контакта приводит к необходимости определить такие термины как рззмаат^ лр:;рал>аг лязл/ххт /кллэгжкж р^жихггу^гг

хдзжностъ кугггхтть схсрсхяърззмасзгег*, схзчекалмоюстц, усло&.г Сгефэ-ю нг фронте ргзмсжг/лз, а/тределлхцееурсяненяе/пмяжгняз:

Лнякзхг.чпе -это процесс отделения частиц и арегатов фунта со сшбод -ной, наклонной поверхности в годе под действием силы тяжести, в результате впитывания и уменьшения сцепления. Интегрально рззмсканке выражается в отступании стенки грунта в воде. Скорость рззмсжг/яг^ т.е. скорость отступания стоки характеризует мгновенное оостоляге контакта фунт - вода, а расстояние, пройденное за время контактирования, характеризует результат размокания. ^ронтрхзмааг№£> -это движущаяся стенка фунта в вода Изх>-яект*млзжносп - это влажность контакта, когда между грунтом и водой устанавливается термодинамическое равновесие. Эта влажность замкит от физяо - химической природы контакта и не ззгисит от наклона стенки. Н/вжгюсп/изьшгзихесгга си - это влажность, при которой прочность связей, которыми частицы поверхностного слоя прикреплены к стенке, уже преодолевается силами тяжести. Влажность размокания зависит от наклона стеши, размеров частиц и функции описывающей уменьшение сиеплетвц от влажности. Факт размсжаемости фунта устанавливается сравнением равновесной влажности контакта Wo и влажности разметания стенки \Ур( А), нгклонедаей под углом А к горизонту. Если \Уо ''Л'рС А ), то стенка размокает. Из - за того,

что контакт стремится к равновесной влажности, а на стенке поддерживается плажжхггь р^лскания, образуется аачск илгиюси/

б-Шо-Шр,

который сходит I условие баланса влаги на фронте роэмокания, аналшичиое _усяхязо Стефзш

б*и-V-Ув,

где б - сичок влажности, V - скорость Епитывания перед фронтом разыскания, Ув ■ скорость влагопереноса тутри грунта за фронтом разметания, которая определится по закону влагопереноса Фжа

Ув - • О * / {IX. Скорость впитывания У перед фронтом размзшма неизвестна и зг^югт кг от величины скача влажности, так и от скорости рг^мссаняя.

За осноау определяющего уравнения размокания можно взять слогес-ную модель ( определение ) процесса. Определение должно быть тагим, чгобьс

• указать количественные величины его причины и следстсш;

• математический стератор для их связи;

размерную константу, отвечавшую за свойство роздокгемости, осуществляющую; переход от размерности к размерности для причины и следствия;

• указать способ измерения этой константы в опыте.

Без чего невозможно размагание? Нг&еодениг за размоканием лессо-шх фунтоз псказшаот.что оно невозможно без:

. впитывания воды;

• падения прочности с ростом влашюсти;

• наличия схободной наклонной поверхности, с которой агрегат грунть опаливается под действием силы тяжести.

Сущность размокания вскрывается в предлагаемом определении процесса для лессошх просад очных гоунтоз.

/З^/оглщ*? -этоткзлнзщяеягрегзгавн чхггюирунтя споверхности лодлеястшсм еиляг ттасествре^аптгштгтшижиумашиат/^^ ности контжття. Следует оговорить также случаи, когда размокаяие лимитируется кинетгаой влажности на поверхности (т.е. набуханием ) и длительной прочностью фунта.

Рассматривая структурный ат, который яалочзегга! в ршркне сеязл, прикреплаоалй частицу к поверхности, модно нолучитъ определявшее уравнение:

U -~R * div ( V ) «-R* dV í&i,

где U - скорость размогакмя, т.е. скорость, с которой движется единичная площади в направлении нормали ( это скорость, с которой сггстушет гргнь вертикалы юго ргзмсжгющего откоса X V • схсрость впитывания, div - оператор дизергенщад (рзсходкмости) вектора поросли впитывания, R - копсгагта, имеюиш размер! юсть длины, коэффициент пропорижншйшсти между скорсстыо размок гния и диэгргяшкей скорости шитывзниа. Еьсод этого урзи гения выглядит та.

Определяющее урсакние рг^змскгния можно получить из структурной модели, когда размер отеше~сшихсз под действием собственного веса чзстиц h и сцепление С связаны усложем разрьса кснтсдта

h-C/¿

дифференцируя которое по времени получаем скорость рззмсклния U-dh/dt-(dC/dt)/j.

Выражав производную по времени через произэоди^ую по влажности U -( dC / dW ) * ( dW / dt)/ i и обозначая зависящую от структурных трзметроз константу

R-(dC/dW)/¿ с учетом уравнения баланса вляги

dW / dt + div ( V ) ° О, получаем определяющее уравнение размахамя, для случзя, когда оно лимитируется пплъшнием

U-R*div(V)-~R"dV/dX, смысл которого в том, что скорость рзззискгния есть произведение кжото-рой константы грунта и дивергенции скорости впитивания. Констгнта R имеет размерность длины, a te физический емькл есть проиткшш от сцепления по влажности при влажности равной влажности размсяиния. Этот же результат можно получить из закона Мизеса для случая, когда в результате роста влажности и падения сцепления на стеже постоянно поддерживается состояние потери прочности контактов частиц при постоянном напряженном состояьии под дейстшем собственного веса.

Физический смысл определяющего уравнения виден при замене дивергенции конечной разностио в бесконечно малом слое dX.

U--R*(V1 -V2)/dX ,

где \2 ■ скорость уходящего за фронт размоканш потека, VI - скорость входящего в размокающий слой с!Х потека ваий Если потока внутрь нет, У2 - 0 и вся шгашш вода тут хе отваливается гдеесте с размокающими часгищми, го:

и-К*У1/<1Х ,

т.е. скорость размскания и впитывания связаны в этом предельном случае безразмерным коэффициентом. В такой форме (типа поток-потек) предложены закон электролиза Фарадея и закон фотоэффекта Столетова. Дивеоген-тка формулироза оказывается более общей. Чем больше разность между скоростями до и после фронта размскания, тем больше скорость размскания. Если обе скорости разны, то размскания шт. Скорость вплывания за фронтом разметания известна из теории влагопройодаости, но входящая скорость перед фронтом неизкепп. Она определялся физжой ратмокания, т.а скоростью, с которой, с одной стороны, га поверхности растет влажность, а с другой, - снижается прочность.

Константа Я (константа размскания, .¡- объемный вес)

пропорциональна производной от сцепления грунта по влажности при влажности, рааюй влашюсти размочим. Т.е. она показывает, насколько быстро падает прочность с ростом влажности. Дла определения константы И необходимо осуществить специальную обработку результатов опыта на размо-сишг. Для этого в п. 4.2 стадятся и решаются специальные задачи. Например, для суглшка с правого сбрь,-а1стого берега р.Кубань в г.Кпзснодаре №14 см, ^р-ОЗЗ.

Определяющее уравнение размохания можно полнить из закона пластического течения Р.Мизаса. В ситуации "нзблодатель на фронте размо-кання", когда напряженное состояние постоянно, поверхность разупрочнения изменяется от влажности и коордиюты фронта X (г объемный вес):

Г-}*Х-с(\у)-0.

Из этих уравнений, Еыражаошж факт непрерывности поверхности в условиях растущей влажности и движуиггосл фронта и фезт постоянного сохранении предельного состояния га фронте, можно найти неизвестный скалярный множитель в законе ЕМизеса, который (закон) в случае размскания записывается для приращения координаты фронта

^ сК-Л^сН/Ь^У , Л-ч№/(<1П<1Х),

дП - - ¿с / сГО , с!П ЙХ -отсюда получается определявшее уравнение размскания:

и- (1/й • ( йс / (1?/ )*( сШ!6Х) - Я * »-Я* йУ13Х.

Выделение наиболее медленного заела из суммы нлияоших на размокшие факторов приводит к трем основным механизмам, лимитирующим этот процесс: размсжание лимитируется впитыванием , размокшие лимитируется набуханием, рагмскание лимитируется длительной прочностью. Во вгех трех случаях справедливость предлагаемого определявшего уравнения сохраняется. Во втором и третьем случаях в уравнении появляется дополнительные слагаемые , содержание параметры кинетической кривой набухания и кривой длительной прочности. Характерное время размокни* образца со стороной Зсм при впитывании -10 мин, при набухании 100 сут, при реализации механизма длительной прочности - 1000 сут. Из полученного определяющего уравненил следует, например, что размокание может лимитироваться впитыванием, кинетикой влажности на стенке (т. е. набуханием ) и, наконец, длительной прсоюстью.

1!-(с1С/с11)^и-Н* с^ / сИ, и - - II * (IV / (IX.

Эти формулы гкжазыжзот, что стенка отстушет настолысо быстро, насколько быстро падает на ней прочность, или нарастает влажность, или насколько велик скачок скорости впитывания в размсжаощем слое.

Размокание под де^ствдем капиллярных сил • особый случай размокали*, когда оно лимитируется впитыванием, а фронт вгспъдоння и фронт разыскания совпадает. Рассмотрим размокание под действием капиллярных сил подробнее. Ка феном« »логическом уровне, когда образцы имеют сотни -тысяч агрегатов, капилярные эффекты можно относить к фронту влажности при впитывании. Фронт влажности - это область на границе замачивания, где перепад влажности между созданной замачиванием и природной максимален. Капилярные силы .действующие на скелет 1рунта со стороны изменяющих свою толщину пленок воды, следует вычислять гак некий коэффициент, умноженный на градиент влажности на фронте Епитывания

Г - - & * йнЮх .

Удобной моделью для оцетки величины капиллярных сил является распределение влажности в установившейся капиллярной кайме, где градиенты такош, что капиллярные силы уравновешиваются силами тяжести. Равновесие каймы означает,что поток вверх от градиента влажности и поток проваливания вниз равны. Этого достаточно, чтобы вычислить коэффициент пропорциональности между градиентом влажности и результирующей объемной силой. Этот коэффициент равен отношению коэффициента диффузии к коэффициенту влагопроводностк Для Краснодарского суглинса

&-d(w)/k(wmcm) Решая задачу о егетшпии ш ЭВМ и рассчитывая капиллярные силу, можно устгисЕиты

• зсаова их зеличига;

• кгк оии уменьшаются во времени;

. ыкие жпрашзшя ош создеот в скелете грунта и способны ли эта ншражеяия преодолеть прочность и стать причиной размокания фунта.

Для Краснодарского суглинка с природной влажностью от 0.G8 до 0.20 згспсримсзггы показали ,чтс:

• кгтиикрные сшп>" быстро убьЕ=от и уке через 1-2 митуты етсггы-егкз в лгссоай грунт рви о: нухэ;

. сгдочиш их ш начальной стадии кпитыгания очень сглгаа, тсорстсгчгсси oía ботллгчза т.е. влзшкхпь мглггтся gütcom;

• cooKzsrscnja i^npz^az гз срснима с прочностью стругтурЕА Если фронт ргзмстнш и псгшЕзси соаод»/г, то кгпиллзрныг силы

шргот сиесте с разупрэдггтззи каштую роль в процгссе розмакашш. Если zfí имеет место значительное удалась фронтов, то зффегт ыпиллфних сил íkcjezhhm с эффектам падатая прочности ьслгдстЕИн увлажкениа.

В 4 гяазз излзгиотся поотенозки и рзшзнця задач теории размокания.

Опргдаигоиса урззхзезг рззмайанла, шрзЕЕОщзе ф^т мезшемге-кш дсструги::1 пакряюсти »кобходсио ргсаютргЕтп, согмсстаэ с урез-f^ionpo^ojajücn^ которое mozzüt бить 22лто в форо<с2:

1) полных) урс^кзыз саспрогодпэсти, ссстгзлглкого из уртаезегл (кишка слип с шттком по формулам Дгра: - Фн^г;

2) уазози И, Сгефзнз длз скорости пштцгшша и ссачка влагаюсти га фронте;

3) проф;1ла ья2=1;зсги за фрахтом ргзмшгнлз из рс;~е решашой

задач:!;

4) профиля влажности, взггого из линейной задай;

5) профилз елжшсги взггого из эксперимента..

Перзын цгршнт оказывается хотя и самым корректным, по шчн&агтехию кагостшздмыэд 0:с?/.з колгчзхш разностей прикыагт к шагай по Еоордзате пор&та р^глзроз честна Досч:гтать тгт^г задачи i;czai-молзю, тл. атаса пресраасзтса в стр>т.туриуга модель, а ^дгляреганлз

состоит из поочередного отрыва каллой негой торцоссй частицы. Еарг.гаггы 3,4,5 хс эошн для определения константы Я. Если форма профиля влажности характеризуется константой А, то глубша Хп пронихнезения профиля влажности, скорости впитывания и рззмокания и, V сезззкы зависимостями, которые получаются из теории размерностей:

К"А*и*Хп/(В*б)-А*и*1/б ■ А* Хп " II / V.

Но наибольший интерес представляет 2 вариант, когда услогие И. Стефана, 1 де б »(Шо - Шр) - емг.ость фунта, дополняется законом размскагзгя

б*и_у -D*dW^dX и --К*с1УМХ.

Эти дез уравнения связывают скорость разметания, скорость титьпшпн , скачок и остаточный профиль влажности за фронтом.

Закон размскания и услокм И-Стефип дают интефзльноэ уравнение, которое можно прелст ашть в форме

и » ио * ехр (-X / (И * б)) * (1-Б ). где Б-интеграл, зашедший от всей предыстории изменения влажности га фронте разыскания, который мал при малом времени х

о

Малость (стгегрзла дает возможность предложить простую формулу для схорости плоского фронта, удобную Для ргаиифрожи опыта рззмокания

и-1Го*ехр(-Х / (И* б)) т.е. вдоль расстояния X, пройденного фронтом, скорость убывает экспоненциально. Эта формула - полный аналог загона поглощения Бугера для потока энерпот в среде, причем (1/01* б)) играет роль показателя поглощения. Из формулы для скорости получается формула для коордшаты фронта во времени I

Хо - Н (1) - Л » б * 1п (1 + Но * 1/(Я * б)).

Интегральные уравнения мо>ут быть получены и для цилиндрического и сферического фронтов размокания-Они, как и в случае плоского фронта, нелинейны, и удобные формулы можно получить только при малом времени

п

и " 11о * (го / г) * ехр ((г то) / ( Я * б)) ,

где го-кгслислл радиус, п-ры*ер:1огть зздзчп Для гик мо.^вэ

пзстгЕГГь ьчутрапг-;: и EicuEtio задач:!. Елутрешшг задач;! одасш^гот рзз-fviciJUK.'i icjsuinprKLCXoro и сфсргяосгого образцов в соде, а скашпй - ртзмэ-гскиг ц.ш;2!др::1:-с:;оГ| силдшлл или сферичлг.ой полости.

Всйипги слу;:; j i'jnxr;r:jil:; его ура:.:.'ак;;; длз сг.оросп; pas.vio-

.'.ajtii r.rjj.:гт бить получало tojilto численными мгтодг-м:!. Ojur.-.o мо.*лно yZSSZTh 11XZOJZZO случх^, когдз CICpOCTb paSTvICKSIEJS LUpriU::TC5

ср^::йлтупл:э прзстьтлл tj-op^Ayj.z:^:, потере,:;; ш отдедип.-« про; ipcr.K2L: д^эт результат Gj-unjci к точному. Это форглулы дл>; а;оросп: п;;л слг^:остн {¿¿:;aTi Ы££з:гсти püv.crcjsi^, juu сг.оросп» t :лгг прл г.екзм ф^ленл, ups бесхоисчлэ боль-

шем Есж: rpyirr vj.-.^rr np;:poxiiy:o влзгаюстг jpzayio плгглгеп;

то про4;хл:. г_гл;.и:жл к пронзит ъ фуиг толг;о из n»y6;aiy ч:сп:ц rpyirra, котор^::; тут v.e и otlull.;:otc;l В этом случ; • helt с косто^лкк! скорости». Из трл;

V - h /1« D * б / h, б *■ U - V, h - С Ii, nirpLO'j га кот орах есть з^лол ьг^гш^лзи Фиа, второе ■ усчо-и влгл:

кз фрагго и огсутстсп сстгточкого профлл«- шахзвещ а троаа - ycj;o^u прочности »ссткщд, пк/исм формулу ддз скорости рззмгг.гзг.:2 V/ -V/p,U-D* ¡1С.

1Ь ьтс'Л г.с фвр^уло майю isfrni с\о[«сть ргагиа-дшп с шчгяицлп ыс.-л-;гг ip^.v^ui jul: фунта с npnpojjiioü Едгглсегкэ icu.:c паглкеш раз-Ib iL-'aj".!!:»"! cnuau: когда сстатоашл ши.-,:-

r.acnj у,-.:е кг.чал фор:л::]»;^тьсЕ, ко сто слгЗэ рзз^гг, его ¡lgsuc^vs ил с..о-росп. мэ;л;э пренебречь. Прл отсугсгек остаточцо.о про£iixz

с iü'mj^jмамонт ¡.¡хлллы получается формула ш-слииГ: crcporn: :

Uo - D< V/n) *j / C( V/p). с котерэй косфф:аЕ:алга дкффуз^! берется np:i np;ipojaioii вигл-

кэсп:, а з;ачг:Ег сцсплэвд - при влаглюстн |»:г.?а:гп::;:.

При беехэнечнзм когдэ р2сстояс:с глол-лу фроггтьмл гл;гш-

гс!П1Л и рссглспшЕи: стрсг.сгтся к koü24i;o;v4y мс:;алслц1ому з:штасЕо Хп , получаем гсалигготичгсног рсш;:г.:е для скорости

U V * R /(Хп * б +R X с которой дкжется плоспй фронт раз:ис£а1сп.

Прост те ферулы при малом гремели л~от оаюту для рзешнфрогзи (илентиф^гиш) ош,1та рэзмехртая, в котором измеряется скорость уменьшении объема Б'.г п.сляз поирагку т умеюшенне площади бсг.сесй поверхности Р, с псмсии.'о гаггегрзллюго урккешм балзнп объема сбрззш

I (» + Б * и - 0,

где объем, переходят к скорости грани и, а затем и шходят константу рхлгакгше Я Для обработки опыта разметания рззр:ботгга спешштьгая программа для ПЭВМ. Подбор начальной скорости н текста г га разметания и ссстгзлпет метод;зу рясшпфрсг^и опыта рзгмеклпю. В опытах рззмекглшя полупится кр;~ые уменьшения массы, по премени, г.отср!.-а могхно записать в гмле безразмерной формулы

п

(М/Мо) + ОЛр) -1,

где М - масса, Мо - начальная масса, I - гремя, ¡р - сремя полного рзгметания обрасш, п - поиззтель неликеГакстн крягей. Бегрзг\?ертя кр;сзя хзргх-тернзуется трема параметрами - нзчалыюй мгсссй, гремагем полного разметания и петаззтедем нелгакГаюсти. Эти гпр^мэтри не стлпотся константами, характеризующими рззмекгкпе как аюйстсо грунта, а Л1япь интегроль-чо фтаафуют результат из кем отрезе гремгии от качала до конш опыта, сохраняя при этом загиекмомть от размера и фермы образца. Для Крзаю-дарских суглшкев кубической формы и размером граш от 3 до 20 см фемя полного разметания изменяется от 3 мин до 40 мзз!, а значения показателя нелинейности от 0.2 до 0.8.

Алгоритм расшифросш данных опыта размохгння состоит в переходе от уменьшения объема исего обртап к скорости отступа пи его граией, площадь которых напрерывно уменьшается. На ПЭВМ организуется щялический перебор значений начальной саорссги и константы рззмекгния II. Ттля пристрелка поззолзет подобрать значение константы И, которое сбеспечигэет полное сотэдеже с экспериментальными тезками. Для Краснодарского суглинка Я - 14 см, для оползневых шзетрельи глин - 5 см.

Наличие определявшего уравнения, постаносш и решения задач размо-клния поззоляот указать на его связь с размывом. Бели размыв понимать как добаючное НДС, соадакзег.юе потоком га поверхности грунта,то размыв

ьертихальныхи »с^лошшх стезг, где сала тяжести способствует размыву (а не, шоборот, препятствуют ему, ках. при размык горизонтального дна), идет через размотаю» и описьсается теми же урашгниями, в которых константа R и начальная скорость Uo больше, а влажность начала размсхииыя меныш: с - Со -b * In ( W/ Wo), R - -b * Wo / (j* W ) , Wp-Wo*exp((Co-T)/b).

Длз Краснодарского суглинка Co =£0 КПа, b =54.61 КПа, Wo =0.03.

JIccccr.;uütLiTi суглинок с природной Елахшосшо 0.03-0.14 имеет сцсп-лгш;е пордлза 60-80 КПа, а удар солны высотой 2м о ьер-пглльный откос создаст касательное напряжение, которое по существующим теориям не празшьгт 23КПа. Т^лси образом, размыа верп^алышх стен лимитируетез раглсг^Е:^-.!, ,а размнз гор^иэнталыюго дш - иптслкгмЗтс еще в большой степени кзеггтеа непросадочных глин-жтьк фунтоз^питьсание в которые происходит очгщ медлшею, а сцоплг?з:е их намного ьишг.

В 5 rraso изглга!отся числзнныо рашзния задач размещения.

ЧислгшГшг решения прптич'ссдк задач о подрезке Егрпгалыюго берс-rcioio отсоса юдохрсшишаш в результате изменяем уровня, поз^алгот прогпозпрогзтъ скорость отступали лгссо^х; беретов Реяшм урогнз, т.а граф;г. по которому уровень шргстггт и спздаот, ступает прямое влжнкг I и размера и форму углублешй, образующихся в результате контакта с содой по^рхкэстн берега. Продолжительность сто яви уровня выше заданной OTTviiTii", а ТЕже периодичность годьема, за-хладьссются в ЭВМ Емзсте с гсодотачоскич разрезом берега кг. исходная кнфор.машш. Далее решается екзалкы задача о птаткшши и размскашш погзрхкоста В результате полу-ч^этеа фор?ла и разгигрьл ш:ш размокаш^. Затем решается задача о НДС, ослпблгнного шалей Егрптпалыюго откоса, и гремя сто «рушение £месте с временем шработки ниши дает полный шс.л отступания берега. Колебания уроии» Краснодарского водохранилища достигают б м, из шк 3 м в лессогых просадочных суглижах. Натурные наблюдения показывают, что весь правый обр; запетый берег в диапазоне изменения уросня покрыт нишами, в которое затем обруцвкается вышележащий фунт. По предлагаемой методике исследовано 20 режимов уровня, из которых можно выделить: периодические, убынзющие и нарастающие. Для всех решгмоз приняты одинаковые продолжительность и амплитуда. Результаты оформлены в виде компьютерных фильмов, из которых следует:

свод ниши отражает в виде излом оа все максимумы режима, если они достигаются на разных отметках;

• в случае идеального периодического режима форма близи к форме при монотонно - спадающем уровне, но углубление значительно больше;

• чем больше число циклов спала и подъема, тем больше углубление ниши.

Учет действия волн выполнялся путем приложения г. поверхности касательных напряжений по эмпирической формуле Сунамуры, модифииирозаьной Н.В.Есиным (14). Дня учета статистики волн использовались их натурные функции распределения высот и метод Монте - Карта Результаты расчетов сопровождается результатами натурных измерений отступания берегог Краснодарского водохранилища и находятся в хорошем согласии с ними.

После прогноза развития ниши необходимо решить задачу о НДС вергшальною берегового откоса, ослабленного кишей размоканкл. Наличие ниши сложной формы создает в нависающем массиве НДС, при котором формируется поверхность обрушения, значительно отличающаяся от круг) .ощипшдрической. Расчел ы представлялись в виде фильма последовательного развития линии запредельного состояния. Ках показали работы А В. Фадеева, пехлучить поверхность обрушения откоса в рамках нельзя т.к. МКЭ вырождается. Удобно в этой задаче ограничиться эпюрой горизонтальной деформации верхнего горизонтального волокна откоса,где имеется махеимум растягиЕзгопей деформации, координата которого определгет размер отч леняемогс блока и, следовательно, величину отступания обрыва. Рххтояние до точки максимального растяжения зависит от формы ниши, а величина максимума и момент обрушения определяется высотой откоса. Рассмотрены примеры отступания кромки правого берега Краснодарского водохранилища. Имеющиеся ниши и высоты берега дают величины ззкола на расстоянии 0.7- ^ л.*

Решения простейших задач размокания можно получить по приближенным формулам для скорости размокания при малом времени

и - 1Го * ехр (- X / (Я * б )Х которым обьглю и ограничивается продолжительность стандартного опыта рпзмокания в лессоЕых фунтах. Ее можно использовать и для прогноза глубины ниш размокания при кратковременном подъеме уровня водохранилищ. Плоский фронт размокания движется при этом по логарифмическому закону .

Х(0-I* »6* 1п(( 1 + иа-Ч/(Я *б)).

Эти формулы позволяют решать два типа задач:

? '

DP го

задачи о рисшнфркпе результате« опита резмашк^, т.е. о user;-дении констант ( R * б ) и Uo по кривым уменьшения массы ю времен»!,

задачи о размерах ниш размок ания при подъеме уровня водо-храюшод при контаг.те воды с вертикальными откосами лессового грунт*.

Если на стегку действуют волны или течения и создаваемые ими касательные напряжения имеют проекцию на направление силы тяжести, то размыв описывается теми же формулами, что и размокали е, с тем отличием, что Uo и R заачеят от величины касательного напряжения. Задачи о размерах углублений ниш раамокател в вертикальных лессошх откоса), при постои i-коы ypcnie воды решаются по формуле для плоского фронта. При перемен-дам уровне ьодохрашизиш форма ниш размокания зависит от режима ypos-ня. Задачи о форме шш размс&ания при переменном уровне могут решаться только на ЭВМ.

Б ZXZX2 6 излагсотся результаты численных решений задач взаимо-дейсте1л hecraukotcp! ¡ого НДС и влажности при развитии зон лекального замачи^кш в просадочных основаниях.

Замачивание пркаашгг к разггшо б осноеаниях зон позышенной влажности и т.к. просадди проилсотса до ■ наступления полного насьпдас!2,то необходимо рассматривать на условную границу со скачком шшкности, а ргальньш размытый профиль влаетюспунугорый может растятигатьез до иегт.олиак метро;: и в пределах которого и npoiiexoourr основные события npss Еза15мадейсгк!я влажности и НДС Если такое пола влажности нэлолаггь ш ансамбль, моделирующих основание, афеплетшх в узлах конечных элементов, то получается шглядшя инженер«ш дискретная модель основной с нзменгниал; его сеойсгв в зашсимосги от влажности Далее необходимо использопать экспериментальные связи тпражения-деформашш-йлажностъ, п&лучешшг в лабошторных опытах с изьестным напряженным состогнисм.

МКЭ начал tiErpar.o внедряться в нашей стране под влиянием книг Л-АРозина, СПУхога, АБ.Фадееы и др. Широкому Енедрш&ю МКЭ для исследования оснований с неоднороднмми свойствами способствовала пояшвшагся в 1974 году статья АЛСБугрот. Учет зон замачиваю« может быть выполнен различными путями: 1)зсна замачивания заменяется полос-•гао, а замоченные элементы вообще исключаются из ансамбля, 2)упруп:а модули Еырожаэтся каа функшш влажности, 3)сцепление и угол тржниа Еырахшотся ках фуьгавс! влажности, 4Чалажность ключается как аргумент в соотношегая деформационной теории пластичности, 5)алажность стачает-ся р. поверхность пластического упрочнения. Применимость последнего

варианта обосновывается сложностью траекторий нагружениаОпыт решения задач псказал,что разлитие зон замачивзния приводит к реализации сложных траекторий^ которых величина и направление догружений привязаны к движущейся границе зоны замачивания.

Стабилометрические испытания образцов просадочных грунтез различной влажности позволяет выразить НДС через сжимающий и сдвиговой инварианты. К этим данным необходимо добавить фуншчи предельного разупрочнения для сцепления, угла трения сопротивления разрыву и предельной сдвиговой деформации. Закон пластического течения dEM*dff(dP¡D, dl( P¡i Ei, Ev, W )»0, используется с фу>Еомей fдогорая разработана в НИСе ГИдропроеетч. Пластическое разупрочнение понимается тгх, чго нзиболыиие сжимающее Ри н сдвиговое Tu напряжения га поверхности ¡шруяения с ростом влажности снижают ся. а рост объемной Ev н сдиггоЕой £1 деформаций шоа приводит к продвджени» границы пластичности в сторону роста напряжений. Движение границы зоны ззмзчдагни» создает услосия, в которых поверхность f проходит различные стедии неизотропного искажение, Фумшии разупречкения для лессового просадошого грунта имеют ешк 2

II - 1.16 -13.2*W, c<w)-a8-a5*ín(W^08X tg(F) -053 -(W-0.10)

3

Pu - exp(Ev/L)- i ,Tu - (P+HTtg(F)* (l<Eo-EiyEo)) Eo - c(Wnp)* ОХЩ ü8-051n(W/0.e5)X L-a0075-.S"(W-ül) где H, c, Pu, Tu (мПа) - сопротивлпние разрыву, сцепление, сжимающая и сдвиговая функции разупрочнения; tg(FXeJb) - коэффициент трения; Ei, Ev -пластические сдвиговая и объемная деформация; Ео - предельная деформация сдвига.

К чему может привести элемент грунта его нафужекие вместе с замачиванием? Компрессионные испытания просадочного фунта при замачивании дают скачск деформаций, "ступеньку" на компрессионной кривой. Решение модельных зад ач стабилометричеаак испытаний по предлагаемой теории по/казывает, чте? 1) если ззмачивгние сопровождается автоматически поддер^ живаемым постоянством напряжений,™ "ступеньки", изображающие просадку, появляются на графиках объемной и сдвиговой деформаций 2) если при загмачива!ни деформации поддерживаются неизмгннык«, го "эффект ступеньки" проявляется в падении сдвигового и сжимавшего напряжений. На более сложных траекториях с замачиванием поведение грунта усложняется. Ответ на вопрос, по каким тражториям надо испытывать грунт,

t

чтобы моделгцзо/ють "его загруженме влажностью" в зонах локалижго замачиваниа, может быть получен после решение задач об НДС в основаниях.

Численная методжа решения нестационарных задач развития полз влажности и контролируемого им НДС основами, кроме зжонов пластического разупрочнения, га уравнении равновесия фунта в основаниях и уравнении баланса альпп

Pijj +p*g » Фj dW/dt-»{W* Isk +V)j-f, которые усредняется no прямоугольным областям основания тж, что дм НДС гкхлу'Еется ШСЭ, п для влажности -явные схемы расщепления ШСР.Здесь запятая означает диффере!щиркжаае по повторяющемуся индексу, Ру-нппршшоы в стелете кросадочного грунта, p*g - -объемньй вес, W-cj-jjrjiocTb,V -скорость инфильтрации, Isk - потеки скелета фу!па(т.е. скорости с/о перемещушй), F- скорость гт.я'&пания воды скелетом, Ф -лотенциал е.-^ппости.Метод1ка рсализогаш в виде программ .для ЭВМ ЕС и ШМ ГС.1! зликгйнвя задача о НДС решается как многократное повторение упругой с псргсчгтом узловых сил и й-еспостей и итерациями по ансамбля. Решение .згдач о просадках при локальном замачивании при утечках из трубопроводов е^полндлось при следующих начальных и граничных условиях: t - 0, -Ьгх>Д 0>;z>a, Sh - pVz, Sx - k^Sz, z- a,Uz»Q, W - Wn tz0,x-0,z = d,W - Ws Wn. где z и x - вертикальная и горизонтальная oai координат, а и b ■ высота и полуширина прямоугольной области, моделирующей основание, и Sz -иорчмалыше напряжения, Uz • Бгрпгикалъньк; перемещения, t - вреяля, W -псжкосп, d - глубина заложения точечного источн^-л.

В1933 г. га кафедре ОФ Куб.Г АУ была разреботанш модель просадоч-mro фунта, в которой услогиг прочности и поверхность текучести зависели от ьлажноста Пошлетк модели било бы невозможно без работ А.А.Мус-тафаега. Просадка .т.е. значительные пластические деформации под шфуэкой при замачивании, рассматривалась как результат двух противоположных про цхссз-разупрочнения при замачивании и упрочнешш при развитии объемных деформаций под действием этого замачивания-Имеющиеся в то время sxc-пер;Емаггалчные данные были аппроксимированы а посерхность текучести, которая при замачивании уменьшала свои размера ,а с пестом объемных деформаций снова их увеличивала. Тестовые задачи о стабилометрических испытаниях с замачиванием, показали, что взаимодействие упрочнения и разупрочнения приводит к различному конечному состояние в зависимости от того,что контролируется в стабилометре напряжения или деформация.

Если постоянными остается напряжения, то просадка проявляется в скачкообразном нарастании сдвиговой и объемных деформаций. Если постоянны деформации, то замачикшие приводит к скачкообразному паденмо гидростатического и сдвигающего напряжений.

Путем решения различных нестационзрных плоских задач прогноза зон замачивания из точечного источшка сформулированы качественные особенности их развития. Это: 1) диффузия-вокруг источника формируется круглая транша замачивания, 2) анизотропия диффузик-удаление границ замачивания вниз и вбок может отличаться, 3) гравитация-зона замачивания проваливается целиком вниз тем быстрее .чем выше природная влажность, 4) распластывание на во цоупоре-эонз замачивания проходит ряд форм- скачала это эллипс, затем эллипс ,обрезанный границей водоугюра, 5) затем форма, ближал к параболе, 6)форма, ближая т гиперболе, 7) кривая, напоминающая интеграл ■ вероятностей.

Исследована ээолэшы последовательных стадий зон замачивания при епитывзнии в вертикальный неразмокаощий откос при периодическом урогне водохранилища. Установлена огибающая семейства границ зон замачивание, глубже и выше которой вода в берег не проникает. Огибающая сконтуривает область ,где в результате периодического увлажнения и высыхания формируется разупречкенная структура грунта. Размеры этой зоны определяют последующее обрушегсие откоса.

Решена одномерная зада'я о НДС под действием собственного веса при замачивании снизу от скопления воды при утечках на водоуторе. То же, но замачивание происходит сверху. Па современных ПЭВМ расчет удается сопровождать серией сменявшихся графика в форме фильма.

Задачи о НДС при замачивании снизу и сверху покатали, что профилям влажности, кмеьэшим характерную колоколообразную форму, соответствуют профили вертикальных перемещений подобной формы. Горизонтальные перемещения узлов КЭ в замоченной зоне качественно отличаются в зависимости о г условий стеснения, задаваемых окружаючвгм массивом. Элементы либо стремятся к всестороннему сжатию и компрессии, либо раздавливаются так ,что их боковые грани расходятся в стороны.

Задача о НДС вокруг зоны замачивания под каналом, из которого начинаегся инфильтрация а ршвиваюишея вниз и в стороны зона замачивания выходит на водоупор. Один из результатов-значительное расхождение НДС при постепенном р*звитии зоны замачивания и при разовом наложении НДС на уже сформированную зону. Зона замачизания имеет куполообразную параболическую границу с вершиной параболы га дне канала. Вертикальные перемещения растут от периферии зоны замачивания к ее центру и от глубины

сжимаемой толщи к iюверхноспуде образуется чашеобразная зона проседания с максимальными величинами проездки 60-80 см.Эти данные хорошо согласуются с данными натурных измерений В.И.Крутова. Характерными сказываются графнеи горизонтальных деформаций горизонтальных волокон разбивки. В НДС незамеченных оснований растягивающих деформаций нет. При наличии эочы замачивания на ее 1ранших в горизонтальных юлскнах может появляться мжсимум-всплесх растягивающей деформации при пересечении границы эоньм к ее оси деформация снова становится сжимающей. Величины растяжений таковы, что можно говорить о разрывах на границе замачивания. Зона замачивания шчииает отчленяться от незамеченного массива, в местах разрывов фсрмифуются полости^де идет размокание. Разрывы ш границе зоны замачивания начинаются с некоторой глубины и иродолжгются вниз. Траектории нагружения при плавном профиле влажности ближи к компрессионным, а при резком перепаде влажности на профиле реализуется сначала раздавливание, сопровождающееся ростом горизонтальной деформации растяжения, а лишь затем компрессия. Отрыв зоны замачивания вызван именно реализацией траектории раздавливания, когда зона замачивания еще имеет реэсий фронтдю размер ее (и вес) уже достаточно велик.

Задача о НДС вокруг зоны замачиваюи^создаваемой утечкой из тру-бььОачала зона имеет эллиптическую форму. Эллипс вытянут вниз и его центр ниже точеи утечки. Задача во многом аналогична утечке из канала. На боковых границах также могут локализоваться рнсгягивзющие деформации. Если глубина источника мала, то зона выходит на поверхность и стремится принять форму перевернутого равнобедренного треугольника с вершиной внизу, а градиенты перемещений на ее границах сглаживаются. Карткна перемещений не так неоднородна, когда источник глубокое природная влажность основания мала .

Задача о НДС вертикального берегового откоса, ослабленного нишей размежания. Наличие ниши сложной формы создает в нависающем массиве НДС, при котором формируется поверхность обрушения, значительно отличающаяся от круглошлиндрической.Расчеты представлялись в виде фильма последовательного развития линии запредельного состояния.Как показали работы А.Б. Фадеева, получить поверхность обрушения откоса в рамках МКЭ нельзя,т.к. МКЭ вырождается. Удобно з этой задаче ограничиться энорой горизонтальной деформации верхнего горизонтального волокна откоса/де имеется максимум растягивающей деформации, ко ордината ко торого определяет размер отчленяемого блока и, следователь! го, величину отступания обрыва. Расстояние до точли максимального растя-

\

жения зависит от формы ниши, а величина максимума и момент обрушения определяются высотой откоса. Рассмотрев примеры отступания'кромки правого берега Краснодарского водохранилища. Имеющиеся ниил: и вьхоты берега дают величины закола на расстоянии 0.7- 2 м.

Выполнено сравнение результатов решения задачи о просадках под действием собственного вей при замачивании из котлована с результатами натур!кого эксперимента В.И. Крутова. В эксперименте выполнялись последовательные нивелировки поверхности основания, которое непрерывно замачивалось из котлована в течении 90 суток. Получена эволюция во времени формы просадочного блодш, образующегося вокруг котлована в результате проездок от собственного весе, расчеты показали, »по прч развитии зоны замачивания во времени прослеживаются 2 тенденции. Это рост размеров зоны замачивания и размазывание профиля влажности на фронте замачивания. Поэтому зона проседанил достигает наибольшей неравномерности не при стабилизированном состоянии зоны замачивания, а на некоторой промежуточной стадии, когда размер зоны замачивания велик, а градиент влажности на ее граница": еще не очень мал. Это состояние приводит к образованию формы "просадочного блюдца", вогнутость которого в центре переходит в выпуклость по краям Перегиб формы соотвестсвует максимуму градиента осевой вертикальной деформации. В точке перегиба могут образовываться разрывы, которые описаны в работах Денисова Н.Я., Мустафаеяз АА, Крутова В И. Важным для практики проектирования является то, что за расчетную следует принимать не стабилизированную зону замачивания, при которой абсолютная проегдка максимальна, а зону замачивания в некоторый предшествующий момент, когда максимальна неравномерность просадки в пределах зоны проседании.

ВЫВОДЫ

1. Предложен?, формулировка определяющего уравнения процесса раз-мокания, связывающая скорость размокания искоросгь впитывания размерной константой и математическим оператором дивергенции.

2. Размокание трактуется гак специфическая траектория нагружекия, пс которой грунт выходит в предельное состояние на поверхности контакта с водой под действием собственного веса.

а Получены интегральные уравнения для плоского, цилиндрического и сферического фронтов разма&ания.

4. Устаноалгны услоетз, и которых скорость раззмсхания постояшс. Получена формула для скорости размокания при влажности фунта равной влажности размокши. Получена формула для скорости размокания в началь -ный момент времени, исследована аесимптопка размокания.

5. Предложены простые инженерные формулы для скорости и ко-ордишты фронта размокания, справедливые при малом врелдани.

6. Реикяа задача рзсшифрогхи ( идентифжании) опыта размокания, по результатам которого определяет константу размокания.

7. Предложим способы определения константы размокания Получены ее значения для Краснодарских суг^кжоз.

8. Получены формулы для скорости размокания, когда оно лимитируется впитыванием, набуханием и длительной прочностью грунта.

9. Ранены зад ачи о форме ниш размскания в вертикальном лессоБом откосе при различных графиках изменения уровня водохранилища. Для простейших графгаов режима уровня получены замгнутые решения.

10. Решены задачи о форме волноприбойных ниш в вертикальном откосе. Размыа рассматршзется кж разыскание, которое ускоряется касательными напряжениями от волн.

11. Решена задачи об обрушении вертикального откоса, ослабленного нишей размокания.

12 Решены задачи экспериментального определения нелинейных харгк-терккгпа впитывания и кснстант размокания.

13. Решгна задача о конечной глубине чротг.ноагкия профиля влажности в грунт, скелет которого свазьсает воду.

14. Из численных решений задач НДС и влажности внутри оснований усгшэалгшьса)формы зон замачивании при утечках из точеч.-юго источника (эллипс, перевернутая парабола, интеграл крюятностей), б) качественные закономерности зон замачивания (диффузия, гравитация, анизотропия, оф?ничгнш сверху, распластывание на водоупоре), в)возможность ло-кализищи ркстглсгооск деформаций ш границе зоны замачивания и переход компрессионных траекторий нагружения при плавном профиле в траектории раздавливания при резком профиле влажности.

15. Расчетами устдюален момечг наступления опасного очертания проезд очного блюдца и его форма. Наиболее опасная выпукло - гогнутая форма образуется до достижения зоной замачивания стгдаовдриюго состояние. Именно ка этой стадии прсадочное блодце имеэт наибольшую нерзв номгрность просадок, а там где его форма имеет точку перепйа могут образоваться разрывы.

\

16 Важным для проестировиги яшяется то, что за расчетную следует принимать не стабилизированную зону замачивания, прм которой абсолютная кросадка маг сигналы ¡а, а зону замачивания в некоторый предшествующий момтт, когда мжеимплып Неравномерность просадки в пределах зоны проседания.

Основные иоложеажя дясеертают ооубиковавы ■ следующих печатных работах:

1. Пластические деформации при локальном замачивании просадочных толщ// Известия СКНЦ BUL Серия Технические науки", 1982, N 3, с 9 -11 (Соавтор КЛШНадунц).

2 Способ расчета просадок дна кгналов при лекальном замачивали«. ИЛ N 441-81 Краснодар ЩГГИ, 4с(Соавторы К.И1Шадуиц. ЕАХилысо).

3. Применение теории плзстическогогеченшк решению краевые задач взаимодействия полей напряжений и влажности в лессовых просадочных грунтах.'/ Известия ВУЗов, Строительство и архитектура, 1987, N 8, с. 115-119. (Соавтор КЖШадунц).

4. Программа "Просадка".// Основания, фундаменты и механжа грунтов. 1968, N 4, а 6-7. (Соавтор К-Ш-Шадунн).

5. Расчет длительной прочности грунтов на основе численного моделирования их структуры.// Повышение несушей способности оснований сооружений При учете изменений свойств грунтов во времени. Волгоград 16-17 октября 1985 г, М. Стройиздат, с. 34. (Соавтор К.Ш.Шадуни).

6. Просадки при замачивании из поветоз основания земляного полотка в лессовых грунтах^/ Вопросы транспортной геотехники, ДИИТ, 1987, с 71 • 75. (Соавтор К.П1Шадунц).

7. Применение метода конечных элементов для прогноза просад(жЛ Применен7« математических методов и ЭВМ и геологии Ноэочерсасас, 1987, с 10а (Соавтор КШ.Шаду1шХ

S. Расчет парамеггров пэреходкък проиесгоя в каналах послед него порядка рисовых оросительных систем.// Труды КОШ, Вып. 237 (265), Красда-дар,1984, с. 105 - 112(Соавторы ВТ.Островский, JLB-Аракелян).

9. Прогноз длительной прочности лессошх трут ов на основе численного моделирования их структуры.// Инженерная геология. 1986, N 6, с. 34 - 41 (Соавтор К.1ШПаду;ш}

Ю. Размокание и устойчивость лессовых берегов водохранилищ II Инженерная геология, 198в, N 2, с 71 - 79. (Соавтор Х.Ш.Шадунц).

110 некоторых особенностях развиткя оползней н? берегах водохранилищ.// Экзогенные процессы и проблемы рационального использования 1еологичеаг.сй среды. Труды ГИДГОГИНГ'ЕО, СЛИГИМС, Ташкент, 1905, с.

- 92 (Соавтор КЛЦШадунц).

12 Использование з инженерных прогнозах результатов опыта размокай атлт. IUI N 321-92, Краснодар, МТЦНТИП. 1992, 2с.

13. Обрушение обршистых берегов, ослабленных нишами размокаши. ИЛ К' 320-92, Краснодар, МТЦНТИП, 1992,2с

М Учет роли кати:: лярных сил в прогнозах разметания лессовых основа,та ПЛ 318-92^расно..а^МТШГПШ,1992,4с.

15. Разрывы сплошь-с • чокруг зон локального зама:!ивания при утс'ках из труб и каналов в лессовой- ттросадо-вол ссноиэкиях. ИЛ 317-92, Красно-дарЛП ЩПТП1,199г4с.

16.Определяющее уравнение процесса размокший грунта и его применение. ИЛ 319-92ДСрзснодарЛШДГПШ, 1992,4с

17. Методика расчет глубины проникноасния юлы при впитывании в набухающий грунт. ИЛ 17-93. Краснодар, МТШГГЛП, 1993,4 с

18. Инженерно - экологическая экспертиза природных потоков. ПЛ 16 -V.3, Краснодар, МТЩ1ТИТ], 4с.

19. Разметание гру. гга при замачивании берегов и оснований, Краснодар, i'■/УЗ, 2'о с. /

, f^'-!(■ U