Сопротивление песчаных грунтов сдвигу при воздействии вибрации

В ряде случаев, находясь под воздействием вибрационных нагрузок, грунты снижают свою прочность за счет снижения сопротивления сдвигу. Проф. П.Л. Иванов установил опытным путем, что снижение прочности песчаных грунтов обусловлено динамической составляющей вибрационного воздействия. Но как теоретически определить эту динамическую составляющую и использовать в практике проектирования - неизвестно. В статье раскрывается методика теоретического определения динамической составляющей, которая снижает прочность песчаного грунта. Для исследования был использован мелкозернистый песок, отсыпанный в насыпях железнодорожной линии Сургут - Нижневартовск. В насыпи замерялись параметры колебаний от воздействия поездной нагрузки. Для этой цели в насыпь были устанавлены датчики виброперемещения, виброускорения и месдозы. При прохождении поезда на аналого-цифровой преобразователь записывались осциллограммы колебаний. С помощью месдоз замерялось давление в насыпи от подвижного состава. Данные позволили найти функцию динамической составляющей, которая дает возможность прогнозировать снижение прочности песчаного грунта. Для получения величины угла внутреннего трения опытным путем в лабораторных условиях были проведены исследования песков на специально изготовленном для этой цели динамическом безынерционном стабилометре, где инерция прикладываемых нагрузок на образец отсутствует (это было достигнуто за счет того, что вертикальная и боковая нагрузки создавались гидронасосами). Динамика на образец создавалась при помощи вибростенда ВЭДС-100. Для проведения опытов песок отбирался в железнодорожной насыпи, где проводились замеры параметров колебаний от воздействия поездной нагрузки. В стабилометре создавались вертикальное и боковое давления, соответствующие напряжениям, которые имели место в реальных условиях от собственного веса грунта, верхнего строения пути и поездной нагрузки. При этом боковое давление прикладывалось и оставалось постоянным, а вертикальное давление увеличивалось с одновременным вибродинамическим воздействием. В опытах интенсивность вибрации постепенно увеличивалась от значений ускорений, равных 0,1g, до необходимых. Время вибрации при каждом режиме колебаний принималось 60 с. Интенсивность вибраций увеличивалась до тех пор, пока деформация образца не начинала резко увеличиваться. Критическим воздействием считалось то, при котором нарушалась линейная зависимость ускорений и деформаций образца. По опытным данным, снижение угла внутреннего трения при динамике для песчаных грунтов составляет 3°, т.е. он уменьшается примерно на 7 %.

сопротивление грунтов сдвигу, динамическая составляющая нормального давления, мелкозернистый песок, осциллограммы колебаний, амплитуды и частоты колебания, модуль упругости грунта, скорость распространения продольной волны, безынерционный ста-билометр, вибростенд, индикатор перемещений

1. Баркан Д.Д. Виброметод в строительстве. М.: Госстройиздат, 1959. 315 с.

2. Боголюбчик В.С., Хаин В.Я. Определение свойств мелкого песка при одновременном действии статической и динамической нагрузок // Свойства грунтов при вибрациях: Сб. науч. тр. Ташкент, 1975. С. 93-95.

3. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1985. 352 с.

4. Соловъев Ю.И., Караулов А.М., Смолин Ю.П. Современные методы расчета устойчивости земляного полотна железных дорог. Новосибирск, 1996. 82 с.

5. Смолин Ю.П. Прочность железнодорожных насыпей, сложенных мелкими и пылеватыми песками, воспринимающими динамическое воздействие от подвижного состава: Дис.. д-ра техн. наук. Новосибирск, 2005. 271 с.

6. Стоянович Г.М. Распределение колебаний в грунтах выемок и их влияние на устойчивость откосов // Вопросы земляного полотна на дорогах Дальнего Востока: Межвуз. сб. науч. тр. Хабаровск: ХабИИЖТ. 1991. С. 29-36.

7. Ставницер Л.Р. О распределении грунтов сдвигу и устойчивости оснований при сейсмических колебаниях // Свойства грунтов при вибрациях. Ташкент, 1975. С. 148-154.

8. Смолин Ю.П. Напряжения в земляном полотне от поездной нагрузки // Изв. вузов. Стр-во. 1997. № 7. С. 98-101.

9. Забылин М.И. Исследование упругих свойств грунтов // Изв. вузов. Стр-во и архитектура. 1975. № 10. С. 159-162.

10. ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. М., 2010.

11. Смолин Ю.П., Востриков К.В. Учет динамической нагрузки при проектировании усиления деформирующегося железнодорожного земляного полотна методом напорной инъекции // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 1 (37). С. 89-94.