Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

58 страниц

422.00 ₽

Купить П 67-76/ВНИИГ — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Рекомендации предназначаются для использования в проектно-изыскательских и научно-исследовательских организациях Минэнерго СССР при экспериментальных исследованиях динамической устойчивости структуры и виброуплотняемости несвязных или слабосвязных грунтов, расчетах порового давления и осадок оснований фундаментов и сооружений из грунтовых материалов при динамических нагрузках.

 Скачать PDF

Оглавление

Предисловие

1. Общие положения

2. Определение исходных данных и расчет динамических воздействий на грунты основания

3. Экспериментальная установка и измерительная аппаратура

4. Указания по проведению испытаний

5. Обработка результатов испытаний

6. Оценка динамической устойчивости структуры грунтов оснований фундаментов сооружений

7. Расчет осадок фундамента и эффективных напряжений в грунтах основания с учетом развития в них избыточного порового давления

Приложение 1. Пример оценки динамической устойчивости основания по критическим деформациям

Приложение 2. Пример оценки динамической устойчивости структуры с учетом изменения уровня грунтовых вод

Приложение 3. Пример оценки динамической устойчивости грунтов основания с учетом развития порового давления и осадок

Список литературы

 
Дата введения01.04.1978
Добавлен в базу01.10.2014
Актуализация01.01.2019

Этот документ находится в:

Организации:

21.12.1977УтвержденВНИИГ им. Б.Е. Веденеева64
ПринятГлавниипроект Минэнерго СССР
РазработанВНИИГ им. Б.Е. Веденеева
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ГЛ АВН И И ПРОЕКТ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ

имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ СТРУКТУРЫ И УПЛОТНЯЕМОСТИ НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЯХ ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

П 67-76 ВНИИГ

ЛЕНИНГРАД

1978

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ГЛЛВНИИПРОЕКТ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ордена трудового красного знамени НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ СТРУКТУРЫ И УПЛОТНЯЕМОСТИ НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЯХ ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

П 67-76 ВНИИГ

ЛЕНИНГРАД

1978

ния Р=у(х—Ав), где Ав—глубина уровня грунтовых вод, обусловленная передачей части эффективных напряжений (б<т=£/) на воду при частичном разжижении грунта;

§h(t)—реализованная (к моменту времени t) осадка подошвы фундамента;

П(/) —полная или консолидированная (на момент времени t) осадка фундамента, определяемая как осадка, которая развилась бы к концу процесса консолидации грунта (полной диссипации избыточного перового давления), если бы в момент времени t динамические воздействия были бы прекращены. Консолидированная осадка равна осадке, обусловленной вибрационным уплотнением скелета грунта (п. 1.10);

К — конечная осадка фундамента, связанная с процессом виброуплот-нения, описываемого соотношением (4).

1.12.    В расчетах плотности скелета, статических и динамических нагрузок на образец грунта при его испытаниях используются следующие характеристики экспериментальной установки и определяемые в процессе опытов величины:

F — площадь основания цилиндрической камеры прибора (площадь торцовой поверхности образца); I — высота образца; h — базовая отметка высоты, устанавливаемая с помощью калибровочного цилиндра; г б — базовый объем камеры прибора при l—h\ А—постоянная, связывающая отклонение объема образца (Уо—v) с отклонением его высоты от базового значения (/g—/) A = (v6—v)/(Iq—/); Q—®ес используемых в опыте инерционных масс-грузов; Qo — вес деталей нагрузочного устройства прибора, участвующих в нагружении образца; ka — жесткость пружины нагрузочного устройства; а — амплитуда ускорения колебаний инерционных масс-грузов;    — чувствительность

измерительного канала ускорений; —чувствительность измерительного канала деформаций; г)Р — чувствительность измерительного канала норового давления; ям и пмб— рабочее и базовое показания мессуры балансировочного устройства в измерительном канале деформаций; В — постоянная связи между перемещениями деформ оме тр а б/, измеряющего изменение высоты образца /, и изменением показания мессуры балансировочного устройства б«м (#=б//бпм); па и я_ — амплитуды ускорений и деформаций, измеренные на

ооциллографичеокой записи колебаний; nt—скорость уплотнения образца, измеренная на осциллографичеокой записи в момент времени

1.13.    При испытаниях по рекомендуемой методике к образцам грунта прикладываются статические нагрузки двух видов: инерционная и безынерционная.

Под инерционной статической нагрузкой понимается нагруз-

ка, создаваемая весом инерционных масс-грузов

которые при возбуждении вибрации прибора создают также ди-

причем в усло-

намическую нагрузку на образец виях инерционной нагрузки а= ~аин.

Безынерционная статическая нагрузка в рекомендуемом приборе создается с помощью сжатой пружины, которая ке участвует в создании динамической нагрузки на образец.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ГРУНТЫ ОСНОВАНИЯ

2.1.    Определение геологического разреза площадки, геотехнических свойств и статического напряженного состояния грунтов оснований фундаментов (для случаев одноосной деформации) производится по существующим нормам и правилам.

2.2.    Динамические характеристики (скорости распространения упругих волн, коэффициенты преломления, отражения и др.) определяют с помощью полевой сейсморазведки или путем лабораторных испытаний образцов грунта по разработанным методам [3, 4].

2.3.    При исследовании динамической устойчивости структуры и виброуплотняемости грунтов (см. разделы 4 и 5) в качестве основной характеристики динамического воздействия, определяемой расчетным путем, принята амплитуда упругой динамической деформации одноосного сжатия.

2.4.    Во многих случаях вследствие близких значений динамических характеристик для однотипных (например, песчаных) или разнотипных, но водонасыщеных (например, песков и глины) грунтов при колебаниях распластанного фундамента в общем многослойное грунтовое основание может быть схематизировано полубесконечной средой с двумя или даже меньшим числом границ раздела.

2.5.    При колебаниях распластанного фундамента на двухслойной толще (например, состоящей из неводонасыщенного слоя толщиной h\ и водонасыщенного — толщиной Аг) грунтов, подстилаемой полубесконечным основанием, амплитуды упругих деформаций на различных горизонтах первого eei(x) и второго Ее2(х) слоев определяются по формулам, полученным из решения динамической задачи теории упругости об одномерных установившихся колебаниях двухслойной среды на упругом основании:

для первого слоя при 0

(5)

для второго слоя при A1<x<A2


hj -\- Но — х ^2

где

(б)


где

И

, .    2*    /,    ,0 ^    „ Л| + А*

£'2/ (*> = - XT (1 ~ *и) COS 2*-£-


для упругого основания при x^-hx-\-h2


2л: Ял „    „

£*3 (*) = Х7 ^ ^12^23*


(7)


Величина 20 равна:


ZQ *= "Ь г/ »    (в)

*/? = *2"з [cos 2я + Ц-) + 4> cos 2я

*/ = - (! - *м) [sin 2* (xf +1) +2 Sin 2* (& “ &)]'

2.6. Для однослойной среды на упругом основании решения (5—8) приобретают вид: для слоя (0<X</Zi)


где


W =


чу


1 + (£?2)2 — 2&J2cos


hi — х


1 + (^?2)2 + ^12 cos 4* JT' для упругого основания (x^h\)


2тсг/0


*12


|/ 1 -Ь (^2)2 + 2^12 C0S Кг


(10)


Для однородного грунтового основания соответствующее решение задачи имеет вид:

2*

M*) = xw°*    (п)

Примечание. Привешенные в п. 2.5 и 2.6 формулы получены при дина мнчеоких характеристиках водонасыщенных грунтов, соответствующих модели квазиоднородяой среды, т. е. без учета относительных движений жидких и твердых компонент грунта. Это положение справедливо при условиях: 2*/*Ф    .    .    -    f    Ezkф

где п — толщина слоя водонасыщенного


<0,1 и /1^ 1/ -

V 1


nS .....^    у    пЪзвГ

грунта и для оценок можно принять £,с=1500 кгс/см2.

При невыполнении этих условий должны применяться .решения, учитывающие относительное движение компонент грунта (например, [6]).

2.7.    В случае возможности изменения уровня грунтовых вод рекомендуется производить расчет при разных его положениях для выявления наихудших условий динамического нагружения грунта.

2.8.    Коэффициент консолидации С используется в расчетах избыточного порового давления при явлениях разжижения грунтов и определяется из соотношения (3), если известно Ес = Ес(о,


12


ec, у) пли с помощью специальных исследований по времени восстановления структуры в образце частично «разжиженного» водонасыщенного грунта [4]. Рекомендации по определению Ес = = £с(о, ее, у) содержатся в разделе 5.

3, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА

Экспериментальная установка

3.1. В состав экспериментальной установки для определения динамической устойчивости и виброуплотняемости несвязных грунтов (рис. 1) входят:

Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки

/—вибростенд; 2—виброкомпрессорный прибор; 3—нагрузочное устройство; -/—вывешивающее устройство; 5—портал-тележка; б—рельсы.

13

1)    вибростенд ВЭДС-400(А) 1 с оборудованием для его обслуживания и управления вибростендом;

2)    прибор 2 с нагрузочным устройством 3;

3)    устройство 4, вывешивающее прибор;

4)    тележка 5 в виде сварного портала, перекатываемого по швеллерам-рельсам 6;

5)    комплект измерительных датчиков, усилительной и ре-гистрационной аппаратуры.

3.2. Схема прибора с нагрузочным и вывешивающим устройством представлена на рис. 2.

Примечание. Чертежи, подробное описание экспериментальной установки и инструкция по ее эксплуатации имеются во ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева.1 Конструкторская работа прибора выполнена А. Н. Бирбраером.

3.3. В состав прибора входят:

1)    камера 3 для помещения образца грунта;

2)    деформометр 27 с перфорированным верхним диском 26;

3)    датчик 29 для измерения давления воды в порах образца грунта;

4)    трубка 23 для заполнения полости датчика 29 и образца грунта водой;

5)    планшайба 1 для крепления прибора на столе вибростенда 30.

Рис. 2. Схема прибора с нагрузочным и вывешивающим устройством

/—планшайба; 2—сейсмоприемники; 3—образец грунта в камере прибора; 4—нагрузочный штамп; 5~нагрузочные тарелки; б—направляющий цилиндр; 7— инерционные массы-грузы; 8—шток-гильза; 9—стяжки-скалки; 10—траверса; Л—штурвал-гайка; 12—сварная труба; 13—швеллер портальной тележки; /4—пружины; 15—подшипник; 16—шпонка вывешивающего устройства; 17—шток-винт; 18—верхний фиксатор; 19—нижний фиксатор; 20—контргайка; 21—гайка для сжатия пружины; 22—нагрузочная пружина; 23—выступ штока-гильзы; 24—гайка разгрузочного устройства;    26— диск деформометра; 27—деформометр;

28—трубка для замачивания образца; 29—датчик по-рового давления; 50-стол вибростенда.

3.4. Нагрузочное устройство представляет собой перфорированный штамп 4, соединенный со штоком-гильзой 5, перемещающимся в направляющем цилиндре 6. Шток-гильза 8 соединена с нагрузочными тарелками 5, на которых устанавливаются инерционные массы-грузы 7 для создания инерционной статической

нагрузки и динамических напряжений в образце при его колебаниях на вибростенде.

Безынерционная статическая нагрузка создается с помощью пружины 22, один конец которой упирается в выступ 23 штока-гильзы 8, а другой поджимается гайкой 21, Гайка 21 имеет шкалу, по которой можно определить силу сжатия пружины.

При использовании вывешивающего устройства шток 17, на котором имеется винтовая нарезка гайки 21, может приходить во вращательное движение. Для устранения влияния этого вращения на сжатие пружины гайка 21 зажимается с помощью контргайки 20,

Усилие пружины передается на контур, состоящий из: гайки 21, штока 17, упирающегося в траверсу 10, стяжки-скалки 9, корпуса прибора, образна грунта 3, штампа 4, штока-гильзы 8 с выступом 23,

3.5.    Прибор оснащен двумя сейсмоприемниками 2 для измерения колебаний (частоты и амплитуды ускорений) стола вибростенда 30 и перфорированного штампа 4.

3.6.    Вывешивающее устройство предназначено для разгрузки стола вибростенда 30 и передачи веса прибора на пружины 14, расположенные на верхнем швеллере 13 портальной тележки (п. 3.1).

Кроме того, оно позволяет с помощью детали 24 производить временную разгрузку образца 3 без снятия грузов и освобождения пружины 22, что сокращает затраты времени на дополнительное уплотнение образцов грунта при подготовке следующих опытов.

Вывешивающее устройство состоит из штока-винта /7; сварной трубы 12, заканчивающейся в верхней части диском, который через подшипник 15 опирается на пружины 14\ штурвала-гайки с рукоятками 11, охватывающей концевое утолщение в нижней части трубы 12\ скользящего упора-гайки 24 и двух фиксаторных устройств со штифами-фиксаторами: верхним фиксатором 18 и нижним фиксатором 19,

Шток-винт 17 и гайка 24 имеют шпонки 16 и 25, исключающие возможность прокручивания штока-винта относительно трубы 12 и гайки 24 относительно штока-гильзы 8.

При использовании вывешивающего устройства по прямому назначению нижний фиксатор 19 включается, а верхний 18 выводится. При этом происходит сцепление штока-винта с траверсой 10 и исключается возможность его вращения относительно оси. Путем вращения гайки-штурвала за рукоятки 11 производится подъем (или опускание) штока-винта относительно трубы 12, что приводит к подъему (или опусканию) траверсы 10, а вместе с нею и всего прибора.

При использовании вывешивающего устройства для разгрузки образца нижний фиксатор 19 выводится, а верхний — включается. Это приводит к сцеплению штока-винта и трубы 12 с

15

гайкой-штурвалом и к возможности их вращения, ввиду вывода фиксатора 19, относительно оси. В этом случае вращение штурвала вызывает вращение штока-винта, который поднимает гайку 24. После упора гайки 24 в выступы 23 штока-гильзы 8 вращение штока-винта приводит к подъему штампа 4 с поверхности грунта и к разгрузке образца.

Измерительная аппаратура

3.7. Блок-схема измерительной части установки представлена на рис. 3. Она имеет четыре измерительных канала: канал /

Рис. 3. Блок-схема измерительной части установки

/-деформометр; 2—датчик порового давления; 3—4—сейсмоприемники; 5—балансировочное устройство; 6 —5-магазины сопротивлений; 9—тенэоусилитель; 10—блок питания тензоусилителя; //—шлейфный осциллограф; 12— блок питания осциллографа; 13—14—стрелочные приборы для контроля заданного уровня колебаний нагрузочного штампа и динамических деформаций.

для измерения упругих и необратимых деформаций образца грунта, канал 2 для измерения и контроля порового давления в образце и два канала 3 и 4 для измерения ускорений колебаний стола вибростенда и нагрузочного штампа, скрепленного с инерционными массами-грузами. Первые два измерительных канала

обслуживаются одним тензоусилителем 9 типа 8АНЧ с блоком питания 10 и все четыре канала шлейфным осциллографом 11 типа Н-105 с гальванометрами М004-0,6. В каналы измерения деформаций и ускорений

1 — шток деформомегра; 2 — крепежная гайка; ^—приспособление для удержания штока от прокручивания; 4—перфорированный диск деформометра; о—пипеточная резинка; б—направляющая трубка; 7—сердечник; б—катушки индуктивностей; 9—крышка; /<?—корпус деформометра.

включены магазины сопротивлений типа Р-33, служащие для регулировки чувствительности каналов при различных режимах динамических воздействий на образец. Для удобства установления заданного уровня колебаний или динамических деформаций в измерительных каналах сейсмоприемника нагрузочного штампа и деформометра используются стрелочные приборы 13 и 14. Сейсмоприемники 3 и 4 для измерения ускорений колебаний используются стандартные, типа СПЭН-1.

3.8.    Нестандартные

датчики:    деформометр,

датчик порового давления и балансное устройство, включенное в канал измерения деформаций, спроектированы во ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. Их схематичные чертежи представлены на рис. 4, 5 и 6.

3.9.    Деформометр (рис. 4) представляет собой индуктивный датчик перемещений. Его две катушки 8 имеют размер 020 и /—24 мм и намотаны проводом ПЭ 00,14 мм

2

по 1200 витков в каждой. Активное сопротивление катушек 60 80 Ом. Сердечник из пермаллоя размером /—10 мм, d — 4 мм укреплен на дюралюминиевом стержне /, имеющем на верхнем конце уступ и нарезку для закрепления перфорированного диска 4. Диск 4 при подготовке образца грунта к опыту укладывается на его поверхность между образцом и нагрузочным штампом.

17

Конец штока имеет квадратное сечение 3 для предупреждения возможности его прокручивания при закреплении диска на штоке. Зазор между штоком и направляющей трубкой 6 прикрыт пипеточной резинкой 5. Шток под пипеточной резинкой смазан графитом.

ЗЛО. Для измерения порового давления (рис. 5) применяется датчик мембранного типа с наклеенными на мембрану 3 тензо-

Рис. 5. Датчик порового давления /—кабель; 2—корпус; 3—мембрана; перфорированная крышка; 5—рабочие тензорешетки; б—компенсационные решетки.

решетками 5 R — 200 Ом. Мембрана закрыта сверху перфорированной решеткой 4 для отбора поровой воды, а весь датчик обернут двумя слоями капроновой сетки. Мембрана и корпус датчика изготовлены из одного куска органического стекла (толщина мембраны равна 0,4 мм, диаметр 30 мм).

ЗЛ1. Балансировочное устройство (рис. 6) состоит из микрометрического винта 1, соединенного с помощью штока 2 с мессу-рой 4.

На штоке имеется железный сердечник, входящий внутрь индуктивного датчика перемещений 3. Индуктивный датчик 3 по характеристикам идентичен индуктивному датчику для измерения деформаций.

18

к*


Рис. 6. Балансировочное устройство /-микрометрический винт; 2—шток; 3-индуктивный датчик перемещений; 4~мессура.


УДК 624.131.376/378


Настоящие «Рекомендации» разработаны в Комплексной лаборатории сейсмостойкости соор>жений ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева и предназначаются для применения в проектно-изыскательских и научно-исследовательских организациях Минэнерго СССР при исследовании динамической устойчивости структуры и в и броу плотня ем ости несвязных грунтов, работа которых в основаниях фундаментов под машины и оборудование или в теле сооружений из грунтовых материалов при динамических нагрузках отвечает условиям одноосной деформации.

Предлагаемая новая методика является более совершенной по сравнению с существующим методом критических ускорений. Она основана на исследовании динамической устойчивости структуры и виброуплотняемости образцов несвязных грунтов в специальном компрессионном приборе с комбинированной (инерционной и безынерционной) нагрузкой, в котором более точно воспроизводятся естественные условия статического и динамического нагружения элементов грунта в основании фундаментов или в теле сооружений. Эта методика позволяет получать более обоснованные данные о характеристиках динамической устойчивости структуры и виброуплот-няемости несвязных грунтов,

© Всесоюзный научно-исследова тельский институт гидротехники име ни Б. Е. Веденеева (ВНИИГ), 1978.

Балансировочное устройство является второй половиной измерительного моста в цепи деформометра и предназначается: для грубого (с точностью мессуры) измерения высоты образца и ее изменения в процессе опытов;

для перемещения начальной точки отсчета при точных измерениях деформаций образца по шкале осциллографа, что дает возможность одновременно измерять большие (связанные с осадками) и малые (упругие) деформации образца, без ухода светового зайчика за шкалу осциллографа.

Техническая характеристика прибора

3.12. При использовании указанного выше стандартного оборудования прибор для испытания динамической устойчивости структуры и виброуплотняемости грунтов имеет следующие характеристики:

Размеры образца грунта, мм.........диаметр    175

высота 45—55

Вес инерционных масс-грузов, кгс........ до 600

Статическая инерционная нагрузка, кгс/см2.....до 2,5

Статическая безынерционная нагрузка от пружины, кгс/см2 до 1,7

Суммарная статическая нагрузка, кгс/см2......до 4,3

Частота колебаний,    Гц...........от    5 до    2000

Динамические напряжения на образец грунта, кгс/см2 .    .    до 1,5

Верхняя граница приведенных ускорений при испытаниях грунтов в условиях различных сочетаний величин массы груза и ускорений, обеспечивающих заданную амплитуду

динамических напряжений, в долях g......0,6

Чувствительность канала для измерения деформаций, оти.

ед./мм..............до    1 • 10“б

Чувствительность канала для измерения ускорений при 50 Гц,

см/с2 мм..............до    3,0

Чувствительность канала поров ого давления, гс/см2 мм .    .    до 10—*

Требования к экспериментальному помещению и состав рабочей группы

3.13.    Для размещения экспериментальной установки (вибростенда, прибора с нагрузочными устройством и порталом, измерительной аппаратуры), вспомогательного оборудования и образцов исследуемого грунта необходимо помещение площадью не менее 25 и2. Для подъема и перестановки вибростенда, его элементов и грузов весом до 1,0 т необходимо иметь таль или другое подъемное устройство.

В экспериментальном помещении или вблизи от него требуется оборудовать место (фотобудку) с раковиной для подвода чистой и отвода отработанной воды для обработки осциллограмм.

3.14.    Для проведения опытов на экспериментальной установке необходимо иметь рабочую группу в составе 3 чел. (1 инженер, 1 техник-измеритель или радиомеханик, 1 рабочий).

20

ПРЕДИСЛОВИЕ

В связи с проектированием и строительством фундаментов под машины и оборудование с динамическими нагрузками (включая мощные турбоагрегаты ГРЭС и АЭС), гидротехнических и других сооружений из грунтовых материалов в сейсмических районах, исследования динамической устойчивости структуры и виброуплотняемости несвязных и малосвязных грунтов приобретают очень важное значение.

В настоящих «Рекомендациях» приводятся разработанные ВНИИГом новые, более совершенные по сравнению с используемыми в способах критических ускорений, методика и экспериментальная установка для компрессионных испытаний динамической устойчивости структуры и виброуплотняемости несвязных грунтов в условиях контролируемых напряжений или деформаций.

Используемый для этих целей прибор отличается от существующих виброкомпрессионных приборов тем, что пригрузка образца осуществляется совместным действием пружины и веса инерционных масс-грузов. Прибор устанавливается на вибростенд, стол которого может совершать вертикальные колебания. При этом образец грунта подвергается одновременному действию ускорений колебаний и пропорциональных им инерционных динамических нагрузок от масс-грузов, вызывающих в образце динамические напряжения. Изменяя величину сжатия пружины и массу грузов, можно производить испытания образцов грунта при различных сочетаниях ускорений колебаний и амплитуд динамических напряжений с сохранением фиксированных (для данной серии опытов) значений статической нагрузки, что дает возможность изучать влияние на устойчивость и виброуплотняе-мость грунтов не только ускорений, но и динамических нагрузок.

Специальные исследования на приборе показали, что ускорения колебаний, не превышающие 0,6 отношения всех действующих на образец статических сил к массе грузов в каждом из опытов, не оказывают заметного влияния на динамическую устойчивость структуры грунта, которая в рассматриваемом случае однозначно определяется действующими на грунт динамическими напряжениями.

Так как при эксплуатационных условиях редко превышается указанная граница ускорений, то предлагаемая в настоящих «Рекомендациях» методика основана на учете влияния динами- 2

ческих напряжений и упругих деформаций скелета грунта. Она позволяет более полно по сравнению с другими существующими методиками учесть естественные условия динамического нагружения и в значительной степени повышает надежность оценок устойчивости их структуры и виброуплотняемости.

«Рекомендации» содержат также предложения по расчету избыточных давлений в поровой воде и осадок грунтов по данным лабораторного определения характеристик их виброуплотняе-мости. Это позволяет использовать более прогрессивный способ оценки динамической устойчивости оснований фундаментов и сооружений по допускаемым осадкам.

Настоящие «Рекомендации» разработаны в секторе динамики грунтов н сейсмостойкости земляных гидросооружений комплексной лаборатории сейсмостойкости сооружений ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева ст. научн. сотр. Л. А. Эйслером и ст. инженером А. И. Смильтнеком под руководством и при участии зав. сектором канд. техн. наук Н. Д. Красникова. Программа расчета избыточного порового давления для ЭВМ-222 составлена ст. инженером Ю. М. Ескиным.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ

Министерство

УСТОЙЧИВОСТИ СТРУКТУРЫ

П 67-77

энергетики и

И УПЛОТНЯЕМОСТИ НЕСВЯЗНЫХ

электрификации СССР

ГРУНТОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЯХ ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

внииг

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Область применения

1.1.    Настоящие «Рекомендации» предназначаются для использования в проектно-изыскательских и научно-исследовательских организациях Минэнерго СССР при экспериментальных исследованиях динамической устойчивости структуры и виброуп-лотняемости несвязных или слабосвязных грунтов, расчетах по-рового давления и осадок оснований фундаментов и сооружений из грунтовых материалов при динамических нагрузках.

1.2.    Рекомендуемые методы расчетов и экспериментальных исследований могут быть использованы при оценке динамической устойчивости и осадок грунтов оснований и сооружений (или их фрагментов), напряженное состояние и условия динамического нагружения которых приближаются к случаю одноосной деформации (например, при распространении плоских продольных волн в грунтах, колебаниях грунтов под средней частью фундаментов больших размеров, при деформациях грунтов под фундаментом в фазе уплотнения [1] и др.).

Примечание. При условиях напряженно-деформированного состояния и динамического нагружения грунтов оснований и земляных сооружений, значительно отличающихся от случая одноосной деформации, необходимо проведение расчетов и исследований с учетом состояния грунтов, максимально приближающегося к естественным условиям. Во ВНИИГе разрабатывается методика расчета и экспериментальных исследований динамической устойчивости и уплотняем ости грунтов в условиях плоской деформации.

1.3.    Предлагаемая в «Рекомендациях» методика отвечает случаям сравнительно резкого изменения режима вибрационных воздействий (например, их нарастание в пусковой период вслед-

Утверждены ВНИИГ

Внесены Всесоюзным

имени Б. Е. Веденеева

Срок введения II квартал 1978 г.

научно-исследовательским институтом гидротехники

решением № 64 от 21 декабря 1977 г.

им. Б. Е. Веденеева

и согласованы с Главнии-проектом Минэнерго СССР

5

ствие изменения уровня грунтовых вод и др.), когда развитие необратимых деформаций происходит особенно интенсивно и имеется опасность возникновения явлений разжижения.

Испытания поведения грунтов в случаях, не предусмотренных настоящими рекомендациями (осадки грунтов при длительных вибрационных воздействиях, испытания суглинков, глин и других связных грунтов), могут проводиться на экспериментальном оборудовании (см. раздел 3) по специальной методике, которая должна разрабатываться на основе предварительных исследований, включающих:

а)    определение состава параметров, характеризующих физико-механические свойства, напряженно-деформированное состояние и условия возникновения необратимых деформаций грунта;

б)    выбор параметров динамического воздействия, обеспечивающих воспроизведение в опытах естественных условий динамического нагружения (деформирования) скелета грунта и удобных для контроля в процессе испытаний (например, амплитуд упругих деформаций при испытаниях водонасыщенных грунтов);

в)    изучение влияния времени действия динамической нагрузки заданной интенсивности на возникновение необратимых деформаций и выбор методики испытаний при определении критических параметров динамического воздействия (при отсутствии такого влияния можно допускать непрерывное увеличение амплитуды воздействия, в противном случае необходимо увеличивать амплитуды воздействия ступенями с длительной выдержкой каждой ступени);

г)    определение зависимости, характеризующей изменение скорости уплотнения грунта во времени при действии динамической нагрузки постоянной амплитуды, превышающей ее критическое значение; определение параметров этого соотношения;

д)    составление методики испытаний грунтов с целью определения указанных параметров и их зависимости от характеристик физического состояния грунта.

Основные этапы исследований и расчетов

1.4. Исследования динамической устойчивости структуры и виброуплотняехмости грунтов оснований включают следующие основные этапы:

1) По данным инженерно-геологических изысканий, полевых сейсморазведочных работ и лабораторных исследований динамических упругих и поглощающих свойств грунтов, проектных и других материалов, устанавливаются: геологический разрез площадки, возможные колебания уровня грунтовых вод, геотехнические и физико-механические характеристики грунтов основания, перечень которых приведен ниже, в пп. 1.6—1.8, условия их статического нагружения и характеристика источника колебаний (для фундамента — амплитуда и частота его колебаний).

6

2)    По полученным исходным данным: геологическому разрезу основания, параметрам колебаний фундамента, волновым характеристикам грунтов — составляется расчетная схема и выполняется расчет динамических напряжений и деформаций грунтов в основании сооружения.

3)    На основании данных инженерно-геологических изысканий определяются зоны расположения потенциально неустойчивых грунтов (малоовязных песков, грунтов с тиксотропными свойствами и т. п.), устанавливается диапазон изменения статических, а также динамических нагрузок в этих зонах (с учетом возможного увеличения норового давления и изменений уровня грунтовых вод) н составляется программа лабораторных испытаний образцов грунта, отобранных из этих зон.

4)    Проводятся лабораторные испытания образцов грунта на виброкомпрессионном приборе с целью определения предельных (критических) значений амплитуды динамических деформаций или зависимости скорости их уплотнения от величин статических напряжений, амплитуды динамических деформаций и плотности скелета грунта.

5)    Дается оценка общей устойчивости оснований фундаментов по предельным (критическим) значениям амплитуд динамических деформаций или по допускаемым осадкам фундамента или сооружения. При наличии в основании водонасыщенных грунтов и возможности возникновения в них явлений разжижения расчет осадок производится с учетом влияния избыточных давлений в поровой воде.

1.5.    Исследования динамической устойчивости грунтов оснований и материалов гидросооружений проводятся по аналогичной методике с учетом их конструктивных особенностей и специфики расчета на статические и динамические воздействия.

Исходные данные и определяемые величины.

Состав, обозначения и терминология

1.6.    Геометрические характеристики геологического разреза: hi — толщина i-ro слоя грунта (i = 1, 2, 3,...); х — координата произвольного горизонта в грунте по направлению от подошвы фундамента в глубь основания.

1.7.    Геотехнические и физико-механические характеристики (грансостав; степень неоднородности и показатели окатанно-сти; показатели пластичности для связных грунтов; характеристики деформационных и прочностных свойств и т. п.), используемые в расчетах и при экспериментальных исследованиях, выбираются из условия сопоставимости получаемых результатов для грунтов одного класса и в соответствии с нормами стандартизации номенклатуры грунтов оснований [2]. Определение полного состава указанных характеристик особенно важно прн изучении их влияния на результаты исследований.

7

1.8. В расчетах и экспериментальных исследованиях, предусматриваемых настоящими «Рекомендациями», используются следующие характеристики грунтов, их состояния и динамических воздействий на грунт.

Характеристики физического состояния

у— объемный вес грунта; умакс—объемный вес груша в предельно-плотном состоянии; умин — то же в предельно-рыхлом состоянии; D — относительная плотность скелета грунта, определяемая соотношением

РI _Тмакс (Т Тмин)    ..х

7(Тмакс Тмин)*

ys— удельный вес грунта; уш— удельный вес воды; уВзв = у—(1—я) у»— объемный вес грунта, взвешенного в воде; п — пористость грунта, т— 1—п\

Твл — объемный вес грунта естественной влажности в г-ом слое геологического разреза основания.

Упругие характеристики

Ес — динамический модуль деформации при разгрузке скелета грунта, определяемый но данным виброкомпресшонных испытаний, как средняя величина отношения нормальных напряжений к упругим деформациям образца. Ks — модуль объемного сжатия твердых частиц скелета грунта; Kw — модуль объемного сжатия воды с учетом защемленных газовых пузырьков.

Волновые характеристики

__■»(/)!/ -

,0 __ Твл vpi Твл VPJ

ij Y(0 V ■ Твл vpi ' Твл vPJ


2т $Ур,    .

Т&Ч/+ tL'Vp’i


,п _

V”


(2)


VPi — скорость распространения продольных волн в i-ом слое грунта; ktja и kij° — коэффициенты преломления и отражения продольных волн на границе го и /-го (/—/+1) слоев грунта, определяемые соотношениями:

X—длина продольной волны в t-ом слое основания; f — частота колебаний;

к= Vptlf.

Характеристики фильтрационных свойств и консолидации грунта

кф — коэффициент фильтрации грунта; С — коэффициент консолидации, определяемый соотношением

с=/5-    »

где ? = [l+«£c

Характеристики статического напряженного состояния грунта при одноосной деформации

о — вертикальное статическое эффективное напряжение, определяемое с учетом собственного веса грунта и взвешивающего действия фильтрационных потоков.

Характеристики колебаний фундамента

т — амплитуда колебаний подошвы фундамента; / — частота колебаний.

Характеристики динамического воздействия на грунт

о — амплитуда динамического эффективного напряжения; ге — амплитуда относительных динамических упругих деформаций скелета, в водонасыщенном грунте практически совпадающая с амплитудой упругих деформаций двухкомпонентной грунтовой среды; ее» (*) — то же в точке с координатой х в г-ом слое основания; аПр — ускорение колебаний, приведенное к ускорению, с которым колебалась бы масса вышележащего грунта, если бы статическая нагрузка о на рассматриваемом горизонте основания была бы обусловлена

только собственным весом указанной массы, а динамическое напряжение о — ее произведением на ускорение аПр. Приведенное ускорение определяется соотношением:

а Есее «пр =—g = — g,

где g — ускорение силы тяжести.

1.9.    При испытании динамической устойчивости структуры грунтов на виброкомпрессионном приборе определяются следующие характеристики:

оКр — предельное (критическое) значение амплитуды динамических напряжений; Ее кр—предельные (критические) значения амплитуды динамических деформаций образца; аПр кр — предельное (критическое) значение приведенных ускорений колебаний образца.

Под предельными (критическими) значениями указанных величин понимаются такие их значения, превышение которых приводит к необратимым деформациям (осадкам) образца грунта.

1.10.    Скорость нарастания необратимых относительных деформаций несвязных грунтов после приложения вибрационной нагрузки постоянной амплитуды, превышающей ее критическое значение (как показали исследования), приближенно описывается соотношением

= £рае~}‘,    (4)

где t — время действия вибрационной нагрузки.

В качестве характеристик виброуплотнения грунта, подлежащих определению на виброкомпрессионном приборе, приняты:

Еро — скорость необратимых относительных деформаций грунта, соответствующая моменту приложения динамической нагрузки 'постоянной амплитуды; к — характеристика затухания скорости необратимых деформаций во времени; Умакс(а* Se) —максимальный объемный вес грунта, такой, что при у^ ^Умакс и задзнных значениях а и ее скорость относительной деформации еРо(о, ее, у) — 0.

1.11.    При расчете осадок и порового давления используются следующие величины:

U(x) — избыточное давление в поровой воде, которое представляет собой ©ременное увеличение (приращение) стационарного значения порового давле-

9

1

А. с. 565229 [СССР]. Устройство для динамических испытаний грун-тов/ВНИИГ; Авт. изобрет, А. И. Смильтнек, Л. А. Эйслер. Опубл. в Б. И., 1977, № 26,

2