Динамическая неустойчивость грунтов

• Автор: Вознесенский, Евгений Арнольдович
• Шифр специальности: 04.00.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 368 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Часть I. Динамическая неустойчивость грунтов как актуальная
проблема современной инженерной геологии
Глава 1. Динамическая неустойчивость грунтов (понятие и предмет исследования)
§ 1. Понятие о динамической неустойчивости грунтов
§2. Зарождение и развитие современной динамики грунтов
Глава 2. Характеристика динамических нагрузок разного происхождения
§1. Основные виды динамических нагрузок и особенности их распространения
§2. Динамические нагрузки природного происхождения
§3. Техногенные динамические нагрузки
Глава 3. Обзор современных методов динамических испытаний грунтов
§1. Лабораторные методы динамических испытаний грунтов
§2. Лабораторные динамические испытания физических моделей
§3. Полевые методы динамических испытаний грунтов
Часть II. Методика и объекты исследования
Глава 4. Энергетический подход к оценке динамической неустойчивости грунтов
§1. Энергетическая природа динамической неустойчивости грунтов
§2. Энергетический подход: преимущества и практические критерии оценки
динамической неустойчивости грунтов
Глава 5. Общая характеристика использованных в исследовании грунтов
§1. Грунты без жестких структурных связей (дисперсные)
§2. Г рунты с жесткими структурными связями
Глава 6. Методы экспериментальных исследований
§ 1. Динамическое трехосное сжатие
§2. Вибростендовые динамические испытания
§3. Циклические испытания скальных грунтов
§4. Методика определения удельной поверхности дисперсных грунтов по результатам
полимолекулярной адсорбции воды

Часть lil. Природа и закономерности динамической неустойчивости
разных групп грунтов
Глава 7. Динамическая дилатансия несвязных грунтов
§1. Феноменология динамической неустойчивости несвязных грунтов
§2. Энергетика динамической дилатансии песков
§3. Актуальные вопросы динамической неустойчивости песков
Глава 8. Тиксотропия и квазитиксотропия связных грунтов
§1. Феноменология динамической неустойчивости глинистых грунтов
§2. Энергетика тиксотропных процессов в дисперсных системах при динамических
нагрузках
§3. Энергетика квазитиксотропных процессов в связных грунтах при динамических
нагрузках
§4. Актуальные вопросы динамической неустойчивости связных грунтов
§5. Удельная энергия активации как критерий динамической неустойчивости грунтов
Глава 9. Дилатантно-тиксотропные процессы в слабосвязных грунтах
§ 1. Феноменология динамической неустойчивости слабосвязных грунтов
§2. Энергетика дилатантно-тиксотропных явлений
Глава 10. Усталость грунтов с жесткими структурными связями
§1. Общие закономерности усталостного разрушения грунтов и материалов
§2. Разогрев грунтов и материалов при динамических нагрузках
§3. Теории усталости
§4. Энергетика усталостных процессов в грунтах
Выводы
Список цитированной литературы

ВВЕДЕНИЕ
Содержание работы заключается в исследовании природы, закономерностей и методов надежной оценки поведения грунтов в условиях динамических нагрузок разного происхождения. В ней на основе собственных исследований автора рассматривается феноменология динамической неустойчивости широкого спектра грунтов с выявлением ряда новых эффектов, анализируется их природа и предлагается новый энергетический подход к оценке динамической неустойчивости грунтов с формулировкой единых количественных критериев, информативность и полезность которых доказывается экспериментально.
Актуальность темы. Актуальность темы исследования обосновывается в первой - обзорной - части работы. Показано, что, несмотря на значительные успехи в области динамики грунтов в целом, проблема надежной оценки динамической неустойчивости грунтов остается чрезвычайно актуальной и даже острой. Это связано со следующими причинами.
1. Рост городов и промышленных комплексов, увеличение транспортных потоков, проявления возбужденной сейсмичности, строительство магистральных трубопроводов, нефтегазодобывающих сооружений на морских акваториях в условиях нерегулярных ветровых и волновых нагрузок и другие виды инженерной деятельности человечества обуславливают постоянный рост как интенсивности динамических нагрузок на геологическую среду, так и их разнообразия. Это усложняет задачу оценки динамической неустойчивости грунтов в каждом конкретном случае поскольку требует не только точной параметрической оценки часто весьма сложных нагрузок, но и их адекватного моделирования при испытаниях.
2. Сохраняется несоответствие между реальными динамическими нагрузками и возможностями их моделирования в эксперименте, с одной стороны, а также разрыв между установленными закономерностями поведения грунтов и возможностями отражения этих закономерностей в моделях, используемых при расчете колебаний сооружений, с другой. Дополнительные сложности создают пока плохо поддающиеся аналитическому рассмотрению особенности взаимодействия колеблющегося сооружения с грунтами основания.
3. Общие закономерности проявления различных форм динамической неустойчивости разными грунтами изучены не только недостаточно, но и весьма неравномерно. Так, практически не исследовано влияние параметров природного напряженного состояния грунтов и степени их переуплотнения на поведение при динамических нагрузках; отсутствуют сведения о роли степени асимметрии действующих нагрузок на динамическую устойчивость грунтов, а данные о значимости частоты воздействия очень противоречивы. Динамическая реакция связных грунтов изучена очень слабо по сравнению с песчаными, а слабосвязным,

смещения еще более высокого порядка претерпевают скачок. Но форма импульсов интерференционных волн может быть весьма разнообразной и сложной.
Спектры сейсмических волн характеризуют распределение амплитуды и фазы волны по ее частотным составляющим и связаны с формой записи соотношениями Фурье. Чаще используются амплитудные спектры волн. Комплексный спектр 5(со) импульса хф) можно выразить формулой
где БоО») - модуль спектра, представляющий собой амплитудный спектр волны, а аргумент спектра Ф(со) - ее фазовый спектр. Таким образом, определение комплексных спектров сейсмических волн сводится к нахождению двух вещественных функций. Следует иметь в виду, что чем выше порядок производной смещения, регистрируемой аппаратурой, тем больше будет смещен спектр волны в область относительно высоких частот. Спектры волн, зарегистрированных на небольших расстояниях от источника, имеют ширину большую, чем на значительных удалениях от него, и отчетливый максимум. При отсутствии тонких слоев в среде все изменения спектра волны с расстоянием от источника определяются только поглощающими свойствами среды и формой спектра возбуждения. За счет поглощения преобладающие в спектре частоты понижаются, и возможно появление более низких преобладающих частот, накладывающихся на более высокие (Берзон,1956). Эти изменения выражены тем сильнее, чем больше поглощение в среде и чем шире спектр возбуждения.
Амплитуда сейсмических волн зависит от: а) условий возбуждения колебаний (энергии сейсмического толчка, силы удара, величины заряда взрывчатого вещества, др.); б) фильтрующих свойств среды и приемной аппаратуры; в) дифференциации скоростей сейсмических волн на границах раздела (т.е. от сейсмической жесткости среды по разные стороны границы); г) особенностей формы отражающих и преломляющих границ. В реальных геологических средах отношение скоростей продольных волн на границах раздела меняется в узких пределах от 0.5 до 0.9, а в осадочных породах - карбонатных и песчано-глинистых иногда наблюдается и более слабая дифференциация (0.95-0.97).
В случае криволинейных границ формируются интерференционные волны, т.к. лучи волн, идущих из разных точек границы, пересекаются и возможно образование петель годографов. Интерференция волн приводит к существенному искажению амплитуды регистри-

„ли 5(а»)
(9а)