ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВАНИЯ ПОД ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИМИ ФУНДАМЕНТАМИ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ

FEATURES OF CHANGE IN THE STRESS-DEFORMED STATE OF THE BASE UNDER SEPARATE FOUNDATIONS AT DIFFERENT LOADING SPEEDS

Valeriya Bachinskaya

student, Department of Geotechnics and Structural Elements of a Building, Academy of Civil Engineering and Architecture, Crimean Federal University named after V.I. Vernadsky,

Russia, Simferopol

Igor Dyakov

scientific adviser, candidate of Technical Sciences, associate professor, Academy of Civil Engineering and Architecture, Crimean Federal University named after V.I. Vernadsky,

Russia, Simferopol

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается вопрос изменения напряженно-деформированного состояния грунта при различной скорости нагружения фундамента на примере испытания штампа. Описывается методика проведения лабораторного испытания с использованием специализированного стенда для испытания моделей фундамента и штампов.

ABSTRACT

This article discusses the issue of changing the stress-strain state of the soil at different loading rates of the foundation using the example of testing a stamp. The article describes the method of laboratory testing with a stamp using a specialized stand for testing foundation models and stamping marks. 

Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние; прогрессирующее разрушение; нагружение штампа.

Keywords: stress-strain state; progressive destruction; die loading.

Для отдельно стоящих фундаментов в некоторых случаях характерно прогрессирующее разрушение, связанное с изменением скорости нагружения конструкций фундаментов. Прогрессирующее разрушение зданий и сооружений представляет собой разрушение несущих строительных конструкций с последовательным характером, которое в конечном итоге приводит к обрушению сооружения. На сегодняшний день прогрессирующее разрушение является одной из самых актуальных проблем.

Проведенный анализ имеющихся исследований показал, что испытания образцов проводят по схемам статического или динамического нагружения, в зависимости от поставленных задач [1]. Чтобы определить напряженно-деформированное состояние грунтового массива в результате действия внешних сил, следует определить в каждой точке массива изменение внутренних сил и перемещений его точек в пространстве.

По мере того, как сжимается грунт, он уплотняется, а его сопротивление сжатию увеличивается. Если образец разгрузить (снять нагрузку ступенями), то будет наблюдаться обратный процесс – увеличение объема (набухание). Несовпадение ветви разгрузки с кривой уплотнения свидетельствует о том, что грунт обладает значительной остаточной деформацией уплотнения [2].

Цель данного исследования состоит в экспериментальном изучении особенностей изменения напряженно-деформированного состояния грунта при различной скорости нагружения отдельно стоящих фундаментов. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести экспериментальное исследование изменения напряженно-деформированного состояния основания.
2. Проанализировать результаты экспериментального исследования.

Для проведения экспериментов использовалась статическая нагрузка, приложенная с использованием стенда для испытаний ГТ 0.7.1 (Рис.1).

Стенд представляет собой плоский лоток с прозрачными передней и задней стенками, выполненные из стекла (дуплекс) толщиной 12мм. Размеры лотка для проведения испытаний следующие: длина -1072 мм; ширина -156 мм; высота-1136 мм. Для исключения прогиба прозрачных стенок применены две стальные решетки, в узлах которых находятся опорные шайбы.

Рисунок 1. Стенд для испытаний моделей фундамента

Такой стенд позволяет сымитировать общую работу грунтов основания и образцов моделей различных по форме фундаментов, а также штампов. Наличие прозрачных стенок в свою очередь позволяет наблюдать, как проходят деформации массива грунта, а также отследить перемещение образцов моделей фундаментов. Возможность автоматизации сложного процесса получения полей перемещений и полей деформаций достигается использованием методов цифровой фотограмметрии. С помощью лабораторного стенда можно проводить испытания различных типов фундаментов или конструкций, заглубленных в грунт, в условиях плоской и осесимметричной деформации. Прямое назначение стенда заключается в проведении научно-исследовательских работ и лабораторных исследованиях. В основе работы стенда применяется методика цифровой обработки образцов фундамента.

Внешняя нагрузка, которую необходимо приложить к плоскому штампу в исследовательских работах создавалась с помощью ступеней нагрузки согласно схемы нагружения при участии редуктора под управлением шаговым двигателем.

В случае, когда для экспериментальной работы требуется измерения вертикального перемещения, линейные деформации, происходящие в грунте под поверхностью штампа, измеряется датчиком перемещения, а нагрузка, оказывающая воздействие на штамп, измеряется датчиком силы. Сложные датчики перемещения и датчики силы подключены через интерфейс и блок электроники к персональному компьютеру.

Для решения поставленных задач исследования особенностей напряженно-деформированного состояния основания под отдельно стоящими фундаментами при различной скорости нагружения были приняты три варианта нагружения.

Первая схема испытания состоит из четырех ступеней нагружения: 0,04 МПа, 0,08 МПа, 0,12 МПа, 0,16 МПа. Второй вариант нагружения включает в себя две ступени: 0,08 МПа и 0,16 МПа. Для третьего испытания нагружение формируется из одной ступени, равной полной нагрузке в 0,16 Мпа. Для каждого из вышеперечисленных вариантов нагружения штампа устанавливается время стабилизации грунта после каждой ступени нагрузки, равное двадцати минутам. Критерий стабилизации при данных показателях принят равным 0,01 мм. [3]

В ходе испытания можно проследить за изменением вертикальных деформации в зависимости от времени, отследить время стабилизации грунта и ступени нагрузки.

После завершения каждого из трех испытаний в программе АСИС 4.1 автоматически формируется протокол с данными в виде сводной таблицы. По результатам, полученным в ходе трех проведенных испытаний, можно проанализировать поведение грунта в местах установки датчиков линейного перемещения (Рис. 2).

Рисунок 2. Схема расположения датчиков линейных деформаций

В ходе выполнения испытания автоматизированным программным обеспечением происходит построение совмещенного графика зависимости вертикальной деформации каждого из датчиков линейного перемещения от времени. Так, учитывая условия нагружения для первого испытания, можно проследить работу грунта, основываясь на изображенном графике вертикальных деформаций (Рис. 3).

Таким образом, можно увидеть, что значительная осадка соответствует показаниям датчиков, находящимся в пределах границ штампа, в частности датчики №5, №6, №4 и №8. График принимает ступенчатый характер, что связано со ступенчатым приложением нагрузки. Стоит отметить, что при увеличении нагрузки на штамп, увеличивается время стабилизации грунта. Показатели датчиков, считывающие перемещения грунта за пределами штампа указывают на незначительный выпор грунта при увеличении нагрузки.

Рисунок 3. График проведения испытания по первой схема загружения

С целью более детального анализа результатов испытаний целесообразно изображать изменение работы грунта по датчикам перемещений в каждом из экспериментов. Для этого необходимо построить графики вертикальных деформаций в зависимости от времени для показаний каждого датчика линейного перемещения. Рассмотрим работу грунта на примере датчика №4 (Рис. 4).

Датчик вертикальных деформаций № 4 расположен на осевой линии штампа. В области приложения сосредоточенной нагрузки на штамп наблюдаются самый значительные деформации грунта, что закономерно. На графике видно, что по истечении испытания № 1 осадка достигла значения 13,2 мм. После испытания № 2 осадка составила 8,8 мм, а по завершению испытания № 3 осадка грунта равна 6 мм. Стоит отметить то, что в месте расположения датчика № 4 осадка после второго испытания больше, чем деформации после испытания № 3.

Рисунок 4. График осадки по данным датчика №4

Аналогично анализу показателей датчика вертикального перемещения № 4 можно описать поведение грунтового массива по данным остальных датчиков.

Таким образом, можно сделать заключение, что данная методика проведения исследования работы грунта в специальном стенде для испытаний моделей фундаментов и штампов помогает произвести измерения перемещения частиц грунта, а также, что важно, стенд позволяет произвести построения полей деформаций объемных и сдвиговых деформаций.

Впервые полученные результаты экспериментальных исследований особенностей изменения напряженно-деформированного состояния основания под отдельно стоящими фундаментами при различной скорости нагружения составляют научную новизну, а возможность использования полученных результатов в расчете на прогрессирующее разрушение является неоспоримой практической значимостью исследования.

Список литературы:

1. Далматов Б.И. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: учеб. пособие. СПб.: Изд-во АСВ, СПбГА-СУ, 2006. – 428 с.
2. Цытович Н.А. Механика грунтов. Mн: Высшая школа, 1983. – 288 с.
3. ГОСТ 20276.1-2020. Грунты. Метод испытания штампом = Soils. Soils. Plate bearing test methods : межгосударственный стандарт : издание официальное : введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 августа 2020 г. N 480-ст  : дата введения  2021-01-01/ разработан Федеральным государственным  унитарным предприятием - Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова (НИИОСП им. Герсеванова). – М., 2020. – 18 с.