Устойчивость водонасыщенных песков при динамическом воздействии

• Автор: Кушнарева, Елена Сергеевна
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 265 с. : ил.

Глава 1. Современные представления о закономерностях поведения несвязных грунтов при динамических воздействиях
§1.1. Установленные закономерности реакции несвязных грунтов на динамические нагрузки и дискуссионные вопросы их поведения

§ 1.2. Современные представления о критической пористости песков и

существующие способы ее определения

Глава 2. Методика исследований

Глава 3. Характеристика исследованных грунтов

Глава 4. Устойчивость водонасыщенных песков при динамическом воздействии

§4.1. Влияние структурных особенностей песков на их динамическую устойчивость

§ 4.2. Влияние начального напряженного состояния и условий нагружения на динамическую устойчивость песков

§ 4.3. Динамическая устойчивость песков с позиций концепции критической пористости

4.3.1. Экспериментальное определение критической пористости песков
4.3.2. Основные факторы, определяющие величину критической пористости песков
4.3.3. О плотности сложения песков при критической пористости
4.3.4. Значение критической пористости при оценке динамической устойчивости песков
§ 4.4. Опыт практической оценки динамической устойчивости песков для целей проектирования сооружений и проявления установленных закономерностей
4.4.1. Опыт оценки динамической устойчивости песков применительно к условиям 193 их природного залегания
4.4.2. Опыт оценки динамической устойчивости намывных песков
Выводы
Список использованной литературы
Приложения
.0^
Содержание работы заключается в исследовании устойчивости водонасыщенных песков в условиях динамических нагрузок разного происхождения (сейсмических, волновых, техногенных). На основе собственных исследований влияния параметров нагрузки и структурных особенностей несвязных грунтов на их динамическую устойчивость автором получены новые практически значимые эффекты и закономерности. В работе также рассмотрены вопросы динамической устойчивости песков с позиций концепции критической пористости, и разработана новая методика ее экспериментального определения в условиях недренированного трехосного сжатия.
Под динамической устойчивостью этих грунтов в работе понимается невозможность разрушения или развития в них критических деформаций при заданном уровне динамического воздействия.
Актуальность темы обусловлена дискуссионностыо и недостаточной изученностью многих вопросов динамической устойчивости песков, несмотря на значительное количество исследований в этой области. Так, в опубликованной литературе практически отсутствуют сведения о роли степени асимметрии нагрузок на динамическую устойчивость несвязных грунтов, а данные о значимости частоты воздействия (особенно низких частот) очень противоречивы. Также нет единого мнения о влиянии пылеватых и глинистых частиц (мельче 0.05 мм) на разные формы поведения песков в условиях динамического нагружения.
Актуальность проблемы оценки динамической устойчивости грунтов связана и с быстрым ростом городов и строительством предприятий промышленного производства как в относительно спокойных, так и сейсмически активных районах, а также на водных (морских) акваториях в условиях нерегулярных ветровых и волновых нагрузок. Примером территории, испытывающей сейсмические нагрузки, является остров Сахалин, на территории которого в связи с активной разработкой нефтяных и газовых месторождений в настоящее время проектируются и строятся сооружения магистральных трубопроводов, буровые площадки, мостовые переходы через реки и морские заливы, а также портовые сооружения. Основаниями для этих сооружений часто служат широко распространенные здесь с поверхности водонасьпценные пески разной крупности, которые периодически испытывают достаточно сильные сейсмические воздействия.
Иногда сами возводимые инженерные сооружения являются источниками динамического воздействия. Так, например, в результате интенсивной разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений в центральных районах Западной Сибири значитель-

ные по площади участки этой территории испытывают техногенное динамическое воздействие, к источникам которого относятся дожимные насосные (ДНС) и компрессорные (КС) станции, автодороги, кусты добывающих и нагнетательных скважин.
К тому же часто пески укладываются в тело земляных сооружений, например, в тело насыпи автодороги. Так, в условиях интенсивного заболачивания территории Западной Сибири значительная часть инженерных сооружений размещается здесь на насыпях и отсыпках, в качестве материала для создания которых чаще всего используются намывные пески, добываемые средствами гидромеханизации из рек и проток.
Из всего этого следует, что получение новых закономерностей поведения водонасыщенных песков при динамическом воздействии и исследование факторов, влияющих на их динамическую устойчивость, является актуальной задачей инженерной геологии.
Цель и задачи работы. Основная цель работы заключается в исследовании устойчивости водонасыщенных песков при динамическом воздействии и выявлении лежащих в ее основе закономерностей. В качестве одного из основных подходов к проблеме устойчивости несвязных грунтов в работе используется оценка динамической устойчивости с позиций концепции критической пористости.
Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие основные задачи.
1. Анализ и обобщение опубликованного материала по вопросам реакции песков на динамические воздействия.
2. Исследование влияния структурных особенностей песков - гранулометрического состава и морфологии частиц (охатанности и характера поверхности) на их деформиро-

вание при динамическом нагружении.
3. Исследование влияния начального напряженного состояния и условий нагружения (частоты, амплитуды, асимметрии цикла нагрузки) на динамическую устойчивость водонасыщенных песков.
4. Разработка методики экспериментального определения критической пористости водонасыщенных песков в условиях недренированного трехосного сжатия.
5. Анализ динамической устойчивости водонасыщенных песков в рамках концепции критической пористости.
6. Анализ и обобщение собранного фактического материала.
7. Проверка установленных закономерностей при практической оценке динамической устойчивости грунтов на разных территориях.
Основные защищаемые положения
В работе обосновываются и выносятся на защиту пять основных положений.

В практике исследований критической пористости известен расчетный метод Е.И. Медкова (1951) по определению значения критической пористости. Полагая, что при испытаниях в приборе одноплоскостного сдвига изменение объема песка плотного и рыхлого сложения происходит только в зоне сдвига, Е.И. Медков предложил определять величину критической пористости по данным испытания не менее трех образцов песка при одной и той же нагрузке, но при разных пористостях. При этом им приняты следующие допущения.
1. Отношение высоты зоны сдвига к высоте всего образца, выражаемое коэффициентом а, есть величина постоянная независимо от значения пористости. Это допущение не отражается существенно на результатах только в том случае, если все испытания производятся с образцами одинаковой высоты.
2. В зоне сдвига пористость равномерно изменяется по всему объему, а в остальной части образца - остается без изменения.
Для песков с критической пористостью, соответствующей рыхлому сложению, определить пкр можно только по данным испытания более плотных образцов. Для песков с критической пористостью, соответствующей плотному сложению, наоборот, только по данным испытаний образцов с пористостью выше критической.
Е.И. Медковым предложены формулы для расчета критической пористости по образцам, имеющим пористость ниже критической (знак «+» в формуле) и выше критической (знак «-»):
_ а1цп ± (1 - п )Дл кр ак0±(1-п')Аг'
где а - отношение высоты зоны сдвига к высоте всего образца; И0 - приведенная высота
образцов (см); п - пористость образцов перед сдвигом; Ал - разрыхление (или сжатие) образцов (см).
Основная причина трудоемкости данного расчетного метода заключается в том, что только в отдельных случаях - когда известен хотя бы диапазон изменения критической пористости для данного песка - можно ограничиться тремя опытами. Так, например, критическая пористость большинства аллювиальных мелких песков, состоящих преимущественно из кварца, соответствует их средней плотности сложения (по данным В.В. Радиной, 1953). Обычно же требуется большее количество испытаний, поскольку по методике необходимо найти пористость, отличающуюся от критической в пределах 1.5-2%. Поскольку критическая пористость зависит от гранулометрического состава песков, морфологии зерен, то заранее оценить се величину при исследовании любого вида песка з атруднительно.