ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Проектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооружения

Исследования скорости поперечных волн в грунтоцементе при анизотропном напряженном состоянии

  • Тер-Мартиросян Армен Завенович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Соболев Евгений Станиславович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2020.10.1372-1389
Страницы: 1372-1389
Введение. Преобразование строительных свойств оснований методом глубинного грунтосмешения позволяет возводить здания и сооружения на площадках со слабыми грунтами. Как правило, неблагоприятные инженерно-геологические условия сопровождаются наличием динамических воздействий на проектируемые здания и сооружения. Задачей настоящих исследований является прогноз изменения механических свойств грунтов после преобразования строительных свойств основания. Объект настоящего исследования — грунтоцемент. Материалы и методы. Результаты специальных лабораторных испытаний проб грунтоцементов методом малоамплитудных крутильных колебаний в резонансной колонке в режиме анизотропного трехосного сжатия позволили оценить влияние дополнительной вертикальной нагрузки на скорость распространения упругих поперечных волн. В работе представлено описание метода исследований, выполнен обзор оборудования, на котором выполнялись специальные лабораторные испытания. Испытания проводились на образцах грунтоцемента ненарушенной структуры при естественной влажности. Анизотропное напряженное состояние образцов грунтоцемента в ходе трехосных испытаний в резонансной колонке было обусловлено особенностями работы основания проектируемого сооружения. Результаты. В настоящем исследовании лабораторные испытания проводились в два этапа. На первом этапе оценивалось влияние вертикального напряжения на скорость распространения поперечных волн. Получены корреляционные зависимости между скоростью сдвиговых волн и отношением вертикальных и боковых напряжений. На втором этапе лабораторных испытаний было выполнено определение скорости распространения поперечных волн при различных комбинациях бокового σ3 и вертикального σ1 напряжений. Результаты второго этапа предназначаются для оценки влияния анизотропного напряженного состояния и прогнозирования скоростей поперечных волн при уровнях напряжений, ожидаемых на площадке размещения проектируемых тяжелых сооружений. Выводы. Полученные результаты позволили дать оценку влияния боковых и вертикальных напряжений в режиме трехосного сжатия на изменение скорости поперечных волн. Установлено, что при равных значениях боковых напряжений σ3 увеличение вертикального напряжения σ1 в 7 раз приводит к росту скорости поперечных волн в грунтоцементах Vs на 15 %. Вместе с тем при увеличении отношения вертикальных напряжений к боковым σ1/σ3 в 15 раз наблюдалось увеличение скорости поперечных волн на 11 %. Отмечается, что, чем меньше была исходная величина бокового напряжения σ3, тем больше увеличение скорости поперечных волн Vs в процессе испытаний. Корреляционные зависимости, представленные в настоящей работе, можно использовать для оценки влияния анизотропного состояния в первом приближении (для предварительных расчетов) при проектировании тяжелых сооружений на грунтоцементных основаниях.
  • динамические свойства грунтов;
  • глубинное грунтосмешение;
  • скорость упругих поперечных волн;
  • анизотропное напряженное состояние;
  • дополнительная пригрузка;
  • резонансная колонка;
  • лабораторные исследования;
Литература
  1. Романов Н.В., Расинэ Ж. Обзор современных методов усиления и стабилизации слабых оснований // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 4. С. 499–513. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.4.499-513
  2. Egorova A.A., Rybak J., Stefaniuk D., Zajaczkowski P. Basic aspects of deep soil mixing technology control // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 245. No. 2. P. 022019. DOI: 10.1088/1757-899X/245/2/022019
  3. Jung C., Ceglarek R., Clauvelin T., Ayeldeen M., Kim D. Deep soil mixing in Sabkha soils for foundation support in United Arab Emirates // International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2020. Vol. 6. DOI: 10.1007/s40891-020-0188-4
  4. Тер-Мартирсян А.З., Соболев Е.С. Безопасность эксплуатации оснований зданий и сооружений при динамическом воздействии // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 5. С. 537–544. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.5.537-544
  5. Fernandez A.L., Santamarina J.C. Effect of cementation on the small-strain parameters of sands // Canadian Geotechnical Journal. 2001. Vol. 38. No. 1. Pp. 191–199. DOI: 10.1139/t00-081
  6. Park J., Santamarina J.C. Sand response to a large number of loading cycles under zero-lateral-strain conditions: evolution of void ratio and small-strain stiffness // Géotechnique. 2019. Vol. 69. No. 6. Pp. 501–513. DOI: 10.1680/jgeot.17.P.124
  7. Clayton C.R.I. Stiffness at small strain: research and practice // Geotechnique. 2011. Vol. 61. No. 1. Pp. 5–37. DIO: 10.1680/geot.2011.61.1.5
  8. Santamarina J.C., Cascante G. Stress anisotropy and wave propagation: A micromechanical view // Canadian Geotechnical Journal. 1996. Vol. 33. No. 5. Pp. 770–782. DOI: 10.1139/t96-102-323
  9. Shin H., Santamarina J.C. Role of particle angularity on the mechanical behavior of granular mixtures // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2013. Vol. 139. No. 2. Pp. 353–355. DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000768
  10. Chiara N., Stokoe II K.H. Sample disturbance in resonant column test measurement of small-strain shear wave velocity // Solid Mechanics and its Applications. 2007. Vol. 146. Pp. 605–613. DOI: 10.1007/978-1-4020-6146-2_41
  11. Kottke A.R., Keene A., Wang Y., Shin B., Stokoe II K.H., Lewis M.R. In situ and laboratory measured dynamic properties of a marine clay // Geotechnical Frontiers. 2017. DOI: 10.1061/9780784480472.036
  12. Rashid A.S.A., Black J.A., Kueh A.B.H., Noord N.M. Behaviour of weak soils reinforced with soil cement columns formed by the deep mixing method: Rigid and flexible footings // Measurement. 2015. Vol. 68. Pp. 262–279. DOI: 10.1016/j.measurement.2015.02.039
  13. Viggiani G., Atkinson J.H. Stiffness of fine-grained soil at very small strains // Geotechnique. 1995. Vol. 45. No. 45. Pp. 249–265. DOI: 10.1680/geot.1995.45.2.249
  14. Bahador M., Pak A. Small-strain shear modulus of cement-admixed kaolinite // Geotechnical and Geological Engineering. 2012. Vol. 30. Pp. 163–171. DOI: 10.1007/s10706-011-9458-1
  15. Sharma R., Baxter C., Jander M. Relationship between shear wave velocity and stresses at failure for weakly cemented sands during drained triaxial compression // Soils and Foundations. 2011. Vol. 51. No. 4. Pp. 761–771. DOI: 10.3208/sandf.51.761.
  16. Chong S.-H., Kim J.W., Cho G.-C., Song K.-I. Preliminary numerical study on long-wavelength wave propagation in a jointed rock mass // Geomechanics and Engineering. 2020. Vol. 21. No. 3. Pp. 227–236. URL: http://www.techno-press.org/content/?page=article&journal=gae&volume=21&num=3&ordernum=1
  17. Cha M., Cho G.C. Shear strength estimation of sandy soils using shear wave velocity // Geotechnical Testing Journal. 2007. Vol. 30. No. 6. Pp. 484–495. DOI: 10.1520/GTJ100011
  18. Абрамова Т.Т. Защита грунтовых массивов от динамических и сейсмических воздействий // Символ науки. 2016. № 4–4. С. 41–49. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25948847
  19. Абрамова Т.Т., Валиева К.Э. Обзор современных технологий по снижению воздействия динамических нагрузок на грунты // Комплексные проблемы техносферной безопасности : мат. междунар. науч.-практ. конф. (Воронеж, 26–28 октября 2017 г.). Воронеж, 2017. С. 33–37. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35034052
  20. Абрамова Т.Т., Вознесенский Е.А. Современные методы управления свойствами грунтов на участках высоких динамических нагрузок // Гетехника. 2015. № 4. С. 6–25. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24112910
  21. Зехниев Ф.Ф., Внуков Д.А., Корпач А.И. Преобразование грунтовых оснований с применением технологии глубинного перемешивания грунта // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура, 2017. Т. 8. № 4. С. 116–125. DOI: 10.15593/2224-9826/2017.4.12
  22. Корпач А.И. Особенности расчета оснований, усиленных по технологии глубинного перемешивания грунта DSM // Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении : мат. междунар. науч.-практ. конф. Новочеркасск, 13–15 мая 2015. Новочеркасск, 2015. С. 450–455.
  23. Zotsenko M., Vynnykov Yu., Kharchenko M. Experience of weak soil reinforcement by soil-cement elements manufactured by deep soil mixing technology // International Journal of Engineering and Technology. 2018. Vol. 7. No. 3.2. Pp. 486–493. DOI: 10.14419/ijet.v7i3.2.14577
  24. Chang T.-S., Vedula V.R., Chang K.-P. Improvement of static and dynamic properties of soft clay using high pressure jet grout // International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics. Vol. 23. URL: https://scholarsmine.mst.edu/icrageesd/04icrageesd/session01/23
  25. Ильин С.В., Жевжиков И.И. Технологии усиления слабых грунтов оснований, применяемые на объектах Государственной компании «Автодор» // Дорожники. 2017. № 2 (10). С. 6–11. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37001402
  26. Соболев Е.С., Тер-Мартиросян А.З., Морев Д.С. Экспериментальные исследования скоростей упругих поперечных волн в грунтоцементе в зависимости от плотности, влажности и напряженного состояния // Геотехника. 2019. Т. 11. № 3. С. 6–21. DOI: 10.25296/2221-5514-2019-11-3-6-21
  27. Kiyota T., Wu C. Evaluation of liquefaction resistance from in situ and laboratory-measured shear wave velocities // Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics V. 2018. Pp. 237–243. DOI: 10.1061/9780784481455.023
  28. Chang W.-J. Evaluation of liquefaction resistance for gravelly sands using gravel content-corrected shear-wave velocity // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2016. Vol. 142. No. 5. DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001427
  29. Erteleva O.O., Sidorin A.Ya., Sokolova E.Yu., Lukk A.A., Nikonov A.A., Aptikaev F.F., Shvarev S.V. Methods for assessing the seismic hazard of stable continental areas using combined paleoseismological and geophysical Data // Seismic Instruments. 2019. Vol. 55. Pp. 464–485. DOI: 10.3103/s0747923919040078
  30. Чернов Ю.К. Предварительный анализ возможности сейсмогенного разжижения грунтов (на примере водонасыщенных песчано-глинистых отложений в п. Кудепста Адлеровского района г. Сочи) // Геология и геофизика Юга России. 2019. Т. 9. № 1. С. 58–70. DOI: 10.23671/VNC.2019.1.26788. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37218368
СКАЧАТЬ (RUS)