employee from 08.07.2013 until now
Rostov-na-Donu, Rostov-on-Don, Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
The paper raises the problem of soil sampling and determination of physical and mechanical characteristics during the performance of a screw reinforced concrete pile. Anisotropy of physical and mechanical characteristics has a significant effect on the performance of structures. This raises the question of the correct application of soil characteristics sampled by the standard method. The standard method of soil sampling using a cutting ring involves vertical cutting of the sample according to its natural occurrence. The subsequent physical and mechanical characteristics obtained do not reflect the anisotropy of the tested soil. At the same time, construction norms and regulations regulate to take into account the anisotropy of materials and soils when taking into account the nonlinearity of soil models, as well as the calculation of the "structure-foundation" system. For this purpose, a number of tests were carried out in which soil sampling differed from the classical method. Soil sampling was carried out using standard cutting rings at 90º and 45º angles from the vertical according to the natural soil occurrence. Physical and mechanical characteristics of the obtained samples were compared with control samples selected by the standard method. During the tests, the identified differences were subjected to analysis and determination of patterns for subsequent formation of conclusions and the ability of applications and extrapolation of physical and mechanical characteristics for future tests and calculations.
soil, anisotropy, strength, deformability
Введение
При выполнении исследования взаимодействия винтовой железобетонной сваи с окружающим грунтом [1], возник вопрос возможности применения прочностных и деформационных свойств грунтов, таких как угол внутреннего трения φ, удельное сцепление c и модуль деформации E, определенных по стандартной схеме испытания. При этом использование физико-механических характеристик грунта без учета свойств анизотропии ведет к некорректным результатам испытаний. Свод строительных правил регламентирует учитывать физическую нелинейность, а также анизотропию испытываемых грунтов [2]. Авторами данной публикации были проведены поиски по теме определения физико-механических свойств анизотропии грунтов. Проводимые ранее исследования в это области показали, что все виды грунтов независимо от способов формирования их структуры обладают деформационной анизотропии [3-9]. Данные исследования подтверждают необходимость проведения испытаний грунтов и получения физико-механических свойств грунтов с учетом их анизотропии.
Исходя из изученных материалов [3-9], авторами данной публикации выдвинуто предположение о необходимости производить отбор грунта метод режущего кольца двумя дополнительными методами отличимыми от стандартного. Первый метод отбора проводится под углом в 90º от нормального положения плоскости отбора образца, второй метод отбора проводится под углом в 45º от нормального положения плоскости отбора образца. Также для проведения дальнейшего сравнительного анализа проводился отбор контрольных образцов по стандартной методике. Данный метод подразумевает отбор грунта из керна или любой другой формы образца путем прямого вырезания сверху вниз согласно природному сложению грунтов. Описание методики отбора с помощью кольцевого-пробоотборника приведена в [10].
Была поставлена цель - поиск отличия значений характеристик грунта по сравнению со стандартным методом отбора проб. Для этого проведена серия испытаний проб грунта, отобранных под 90º или 45º от нормального положения плоскости отбора образца.
Объекты и методы исследования
В качестве образцов грунта использован керн с размерами D=10 см, H=20 см.
Для более точного получения результатов испытаний из одного керна получены контрольный образец отобранный стандартным способом и один образец отобранный под углом в 90º или 45º от нормальной плоскости керна.
Метод отбора пробы грунта под углом в 90º и 45º с помощью кольцевого-пробоотборника заключается в придании ровной поверхности образцу от нормального положения грунта, но уже с заданием требуемого угла. Для обеспечения требуемого угла примелось поворотное стусло с ножовкой (рисунок 1).
Рис. 1. Процесс придания угла в 45º с помощью поворотного стусла
Далее образец грунта дорабатывался с помощью ножа, для придания более устойчивой формы в процессе погружения кольцевого-пробоотборника (рис. 2).
В процессе подготовки образцов к сдвиговым и компрессионным испытаниям также проводилось измерение плотности и природной влажность полученных образцов.
Рис. 2. Отбор образца грунта из керна под углом в 45º
В данной серии испытаний кольцевые пробоотборники для сдвиговых и компрессионных испытаний имеют различные габариты, но при этом метод отбора грунта из керна не изменяется.
Проведение испытаний методом одноплоскостного среза
Данный вид испытаний проводился с помощью прибора ПСГ-3М, и методике описанной в [11]. Данный прибор позволяет провести испытания по методу одноплоскостного среза и получить предельные касательные напряжения при его соответствующем нормальном давлении в 0,1; 0.2; и 0.3 Мпа, а также зафиксировать горизонтальные перемещения грунта при каждой стадии нагружения.
Завершением испытания каждого образца считалось оконченным при достижении горизонтальных деформаций превышающих 5 см или разрушению (срезу) образца согласно [11].
Проведение испытаний методом компрессионного сжатия
Для получения вертикальных деформаций при ступенчатых стадиях нагрузки использовался компрессионный прибор комплекса АСИС. Методика испытания и регистрация стадий нагружения и деформаций образца осуществлялась согласно [12].
Стадии приложения вертикальной нагрузки составляло: 25, 50, 100, 200, 300 и 400 кПа, на каждом этапе приложения нагрузки происходила стабилизация образца, которая не должна была превышать 0,01 мм, после стабилизации проходила следующая ступень нагружения. На протяжении всего испытания фиксировались деформации образца и величина приложения нагрузки.
Результаты испытания
Обработка получившихся результатов испытаний по методу одноплоскостного среза приведена в таблице 1.
Таблица 1
Таблица результатов испытаний методом одноплоскостного среза
|
Удельное сцепление С, МПа |
Метод отбора |
||
|
Прямое |
90º |
45º |
|
|
-0,093 |
0,007 |
0,040 |
|
|
-0,010 |
0,013 |
-0,080 |
|
|
-0,023 |
0,010 |
0,057 |
|
|
Угол внутреннего трения φ, град |
46 |
32 |
3 |
|
15 |
24 |
46 |
|
|
29 |
28 |
3 |
|
Также была проведена обработка результатов испытаний методом компрессионного сжатия и получившееся результаты сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Таблица результатов испытаний методом компрессионного сжатия
|
Глубина, м |
Метод отбора и модуль деформации грунта Е, МПа |
||
|
Прямое |
90º |
45º |
|
|
9 |
24,32 |
- |
19,23 |
|
10 |
27,78 |
31,25 |
- |
|
11 |
14,71 |
- |
25,0 |
|
12 |
11,90 |
10,87 |
- |
|
13 |
17,86 |
- |
10,87 |
|
14 |
6,25 |
7,58 |
- |
|
15 |
16,67 |
- |
8,06 |
|
16 |
50,0 |
35,71 |
- |
|
17 |
7,35 |
- |
6,76 |
|
18 |
13,89 |
14,71 |
- |
|
19 |
19,23 |
- |
11,36 |
|
20 |
12,50 |
11,36 |
- |
Выводы
По получившимся результатам можно сделать следующие выводы:
- Получившиеся результаты определения удельного сцепления и угла внутреннего трения нестандартным способом обнаруживают некоторую закономерность.
- Получившиеся модули деформации при испытаниях образов отобранных под 90º имеют более близкую сходимость со стандартным методом отбора чем образцы отобранные под 45º.
- Исследование подтверждает необходимость учета анизотропии грунта при учете физической нелинейности и системы «фундамент-основание».
- Обнаруженные закономерности требуют большей статистической выборки, что планируется в дальнейшем исследовании.
1. Akopyan V. F., Akopyan A. F. Peculiarities of work of foundations from screw reinforced concrete piles // Soil Mechanics in Geotechnics and Foundation Engineering. - 2018. - P. 315-318.
2. Code of Regulations SP 22.13330.2016 Foundations of buildings and structures. - Moscow: Standardinform, 2022. P.15, P.172.
3. Korobova O. A., Maksimenko L. A., Solovyanova I. Yu. Methodology for evaluating the results of experimental studies of deformation anisotropy of non-rock soils // Izvestia vysshee obrazovaniya vysshee obucheniya. Construction. - 2019. - №. 8. - P. 116-128.
4. Vasilenko A. S., Gamelko A. A. Determination of strength characteristics of anisotropic soils // Electronic collection of works of young specialists of Polotsk State University named after Euphrosinia Polotskaya. Applied sciences. Construction. 2022. I. 44. - P. 55-57.
5. Korobova O. A., Biryukova O. A. Laboratory studies of deformation anisotropy of soils in engineering geological surveys // Engineering Surveys. - 2012. - №. 6. - P. 24-24.
6. Bashinjagyan I. S. Influence of layering direction in cohesive soils on their resistance to compression and shear. Izd. of the Academy of Sciences of the Azerbaijan SSR, Baku. - 1955. - P. 22.
7. Vulis P. D. Investigation of anisotropy of deformation properties of clayey soils : Cand. - Sverdlovsk, 1973, 1973. - P. 25.
8. Grechko V. F., Makarenko I. A., Khain V. Ya. About measurement of soil anisotropy //Proceedings of Dnepropetrovsk Institute of Railway Transport Engineers. - 1976. - V. 179. - P. 25.
9. Pisanenko V. P. Methodology and results of the study of anisotropy of deformation properties of soils // Improvement of methods of laboratory studies of soils in engineering surveys for construction: Proc. of the 11th resp. council. Smolensk, M. - 1977. - P. 65.
10. GOST 5180-2015 Soils. Methods of laboratory determination of physical characteristics. - Moscow: Standartinform, 2019. - P.6.
11. GOST 12248.1-2020 Soils. Determination of strength characteristics by single plane shear method. - Moscow: Standartinform, 2020. - P.5-8.
12. GOST 12248.4-2020 Soils. Determination of deformability characteristics by compression compression method. Standardinform, 2020. - P.4-5.
