сотрудник с 08.07.2013 по настоящее время
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
Россия
Россия
Россия
Россия
Россия
В статье поднята проблема отбора проб грунта и определении физико-механических характеристик при работе винтовой железобетонной сваи. Анизотропия физико-механических характеристик оказывает значительное влияние на работу конструкций. В связи с чем возникает вопрос о правильности применения характеристик грунта, отобранных из образцов стандартным методом. Стандартная методика отбора проб грунта с помощью режущего кольца предполагает вертикальное вырезание образца согласно его естественному залеганию. Последующие полученные физико-механические характеристики не отображают анизотропию испытываемого грунта. При этом строительные нормы и правильна регламентируют учитывать анизотропию материалов и грунтов при учете нелинейности моделей грунта, а также расчете системы «фундамент-основание». С этой целью был проведен ряд испытаний, в которых отборы проб грунта отличались от классического метода. Отборы грунта осуществлялись с помощью стандартных режущих колец под углом 90º и 45º от вертикали согласно природному залеганию грунта. Физико-механические характеристики полученных образцов сравнивались с контрольными образцами, отобранными стандартной методикой. В ходе испытаний выявленные различия подвергались анализу и определению закономерностей для последующего формирования выводов и способности применений, и экстраполяции физико-механических характеристик для будущих испытаний, и расчетов.
грунт, анизотропия, прочность, деформативность
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. Акопян В. Ф., Акопян А. Ф. Особенности работы фундаментов из винтовых железобетонных свай //Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении. - 2018. - С. 315-318.
2. Свод правил СП 22.13330.2016 Основания здания и сооружения. - Москва: Стандартинформ, 2022. С.15, С.172.
3. Коробова О. А., Максименко Л. А., Соловьянова И. Ю. Методика оценки результатов экспериментальных исследований деформационной анизотропии нескальных грунтов //Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2019. - №. 8. - С. 116-128.
4. Василенко А. С., Гамелько А. А. Определение прочностных характеристик анизотропных грунтов //Электронный сборник трудов молодых специалистов Полоцкого государственного университета имени Евфросинии Полоцкой. Прикладные науки. Строительство. - 2022. - №. 44. - С. 55-57.
5. Коробова О. А., Бирюкова О. А. Лабораторные исследования деформационной анизотропии грунтов при инженерно-геологических изысканиях //Инженерные изыскания. - 2012. - №. 6. - С. 24-24.
6. Башинджагян И. С. Влияние направления слоистости в связных грунтах на сопротивляемость их сжатию и сдвигу //Автореф. канд. дис. Изд-во АН АзССР, Баку. - 1955. - С. 22.
7. Вулис П. Д. Исследование анизотропии деформационных свойств глинистых грунтов : дис. - Свердловск, 1973, 1973. - С. 25.
8. Гречко В. Ф., Макаренко И. А., Хаин В. Я. Об измерении анизотропии грунтов //Труды Днепропетровского института инженеров железно-дорожного транспорта. - 1976. - Т. 179. - С. 25.
9. Писаненко В. П. Методика и результаты исследования анизотропии деформационных свойств грунтов //Совершенствование методов лабораторных исследований грунтов при инженерных изысканиях для строительства: Тез. докл. 11-го респ. совещ. Смоленск, М. - 1977. - С. 65.
10. ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - Москва: Стандартинформ, 2019. - С.6.
11. ГОСТ 12248.1-2020 Грунты. Определение характеристик прочности методом одноплоскостного среза. - Москва: Стандартинформ, 2020. - С.5-8.
12. ГОСТ 12248.4-2020 Грунты. Определение характеристик деформируемости методом компрессионного сжатия. Стандартинформ, 2020. - С.4-5.
