что такое виброползучесть грунтов
Что такое виброползучесть грунтов
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Методы лабораторного определения динамических свойств дисперсных грунтов
Soils. Laboratory methods for determination of soil dynamic properties
1 РАЗРАБОТАН Некоммерческим партнерством содействия развитию инженерно-изыскательской отрасли «Ассоциация Инженерные изыскания в строительстве» («АИИС»), Обществом с ограниченной ответственностью «Геологический научно-методический центр МГУ имени М.В.Ломоносова» (ООО «Геоцентр МГУ») при участии Открытого акционерного общества «МОСТДОРГЕОТРЕСТ» (ОАО «МОСТДОРГЕОТРЕСТ»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
Введение
Настоящий стандарт разработан под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Е.А.Вознесенского. В основу настоящего стандарта положен многолетний опыт в области экспериментальных исследований динамических свойств грунтов, а также разработки и совершенствования методик динамических испытаний.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения динамических свойств дисперсных грунтов (за исключением крупнообломочных) при инженерно-геологических изысканиях для строительства.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 5180 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 12536 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ 22733 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности
ГОСТ 30416 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения
СП 26.13330.2012 СНиП 2.02.05-87 Фундаменты машин с динамическими нагрузками.
СП 38.13330.2012 СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 12248, ГОСТ 25100 и ГОСТ 30416, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 виброползучесть: Накопление деформаций в дисперсных грунтах при длительных динамических нагрузках вследствие ослабления взаимодействия между частицами и их взаимной переупаковки.
3.2 дилатансия (положительная или отрицательная): Изменение объема некоторых грунтов при сдвиге.
3.3 динамическая дилатансия: Механизм деформирования и разрушения несвязных грунтов при динамических нагрузках, заключающийся в изменении их объема в связи с переупаковкой частиц при их взаимном смещении (уплотнении или разуплотнении) либо в развитии избыточного порового давления (положительного или отрицательного) в условиях водонасыщенной закрытой системы.
3.4 динамический модуль деформации: Приращение напряжения в условиях динамического нагружения, вызывающее единичное приращение относительной линейной деформации грунта и рассчитываемое как отношение приращения напряжений к возникшему приращению деформаций грунта в заданном диапазоне последних.
3.5 динамическая нагрузка: Переменная нагрузка, изменяющаяся во времени быстрее, чем рассеиваются вызванные ею в грунте напряжения.
3.6 динамическая неустойчивость грунтов: Увеличение деформируемости и снижение прочности при динамическом нагружении по сравнению со статическими условиями, механизм проявления которых рекомендуется обозначать, как указано в приложении А.
3.7 динамические свойства грунтов: Группа физико-механических свойств грунтов, характеризующих их реакцию на динамические нагрузки, в т.ч. свойства грунтов как среды распространения колебаний (тиксотропные, плывунные, упругие, демпфирующие, фильтрующие и др.).
3.8 динамическое разжижение: Переход водонасыщенных дисперсных грунтов в текучее состояние в результате разрушения структурных связей при динамических воздействиях.
3.9 квазитиксотропные грунты: Связные дисперсные грунты с преимущественно коагуляционными структурами, проявляющие при динамическом нагружении обратимое разупрочнение, следствием которого может быть как ускоренное накопление деформаций, так и разжижение чувствительных разностей; при этом после прекращения динамического воздействия прочность этих грунтов восстанавливается во времени до значений, превышающих либо не достигающих ее начального уровня.
3.10 модуль деформации: Приращение механического напряжения, вызывающее единичное приращение относительной деформации грунта соответствующего вида (сдвига, линейного или объемного сжатия) и рассчитываемое как отношение приращения приложенных напряжений к возникшему при этом общему приращению деформаций грунта.
3.11 плывунность: Способность дилатантно-тиксотропных и некоторых квазитиксотропных грунтов к быстрому разжижению при небольшой интенсивности динамической нагрузки, связанная с особенностями их структуры.
3.12 разжижение грунта: Переход водонасыщенного дисперсного грунта в текучее состояние под внешним воздействием.
3.13 тиксотропия: Физико-химическое явление, выражающееся в полном или частичном разрушении структурных связей коагуляционной дисперсной системы под действием динамической нагрузки и последующем самопроизвольном их восстановлении в покое, протекающее при неизменных температуре и влажности.
3.14 циклическая подвижность грунта: Прогрессирующее снижение прочности грунта под действием динамической нагрузки при неизменной пористости, положительном избыточном поровом давлении в части каждого цикла воздействия и пониженном внутреннем трении в фазе разгрузки.
4 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
— максимальное ускорение колебаний при землетрясении на поверхности грунта, м/с ;
— средний диаметр частиц грунтов, входящих в разжижаемую толщу, мм;
— абсолютная величина латерального растекания грунтов при наклонной поверхности массива, м;
Определение виброползучести грунта важно при проектировании
Важность инженерно-геологических изысканий, предваряющих проектирование сооружения, характеризуется тем, что неправильная оценка свойств грунтов и природных вод при выборе фундамента и конструктивных особенностей здания в целом приводит к повреждению его элементов (крен, трещины в стенах) и разрушению. Прочностные характеристики грунта позволяют определить как тип фундамента, так и максимальные нагрузки, при которых не возникает осадка здания. Данная особенность, описывающая виброползучесть грунта, исследуется для определения его поведения в случае приложения динамических (циклических) нагрузок. Они способны вызывать в породах усадку вследствие уплотнения частиц, что в свою очередь влияет на состояние фундамента и сооружения в целом при их неравномерном проявлении.
В связи с этим, полные инженерные изыскания в обязательном порядке содержат испытания на сопротивление вибрациям, так как их источников, особенно в городской черте, достаточно много. Динамическую нагрузку могут создавать:
Благодаря исследованиям на виброползучесть, можно определить угловое трение, коэффициент сдвига, деформационные свойства грунта и т.д. При этом могут проводиться как полевые, так и лабораторные испытания с использованием различного оборудования.
При трехосном сжатии можно рассчитать виброползучесть в лабораторных условиях. Полученные данные будут относиться к изменениям свойств грунта при динамических нагрузках. А при статическом зондировании получится определить степень трения и сопротивляемости грунта, при этом замеры будут проводиться через определенные отрезки времени при погружении.
Виброползучесть грунтов
В соответствии с п. 6.13.1, проектирование оснований и несущих конструкций сооружений должно выполняться с учетом вероятных динамических воздействий, которые могут повысить виброползучесть грунтов:
Все это может принести вред проектируемой постройке и привести к ее разрушению, что недопустимо. Виброползучесть – один из важнейших показателей, без учета которого, строительные работы практически невозможны.
Согласно пункту 6.13.4, для водонасыщенных мелких и пылеватых песчаных или глинистых грунтов, склонных к текучести, следует учитывать значения виброползучести. Виброползучесть – просчет данных, с целью предусмотреть длительные усадки грунта от одновременного воздействия статических и динамических давлений. При этом данный показатель применим только для зон, где скорость вибраций поверхности грунта от временных источников воздействия более 15 мм/с, и более 2 мм/с от источников постоянного динамического воздействия. Этот расчет допустимо производить, принимая уменьшенные значения данных показателей модулей деформации грунтов. Эта информация собирается путем проведения испытаний и должна строго соответствовать их результатам. Виброползучесть – важный показатель, который необходимо учитывать при разработке.
- Под воздействием динамических нагрузок у дисперсных грунтов могут проявляться следующие особенности:
Все это несет огромную угрозу несущим конструкциям оснований здания, что может привести к его разрушению.
Архив рубрики: Виброползучесть
Если известно, что на участке строительства присутствуют грунты со слабыми структурными связями, а также в наличии имеются источники вибраций или динамических нагрузок, то инженерно-геологические изыскания предполагают изучение виброползучести грунта. Чаще всего во время изысканий изучаются физико-механические свойства грунтов как в полевых, так и в лабораторных условиях (в зависимости от целей строительства, поставленных задач и сложности геологии участка). Однако даже если были заказаны исключительно полевые исследования, например, на прочность, но на предполагаемом участке строительства присутствуют слабые грунты, а здание может создать серьезную статическую или динамическую нагрузку, то виброползучесть необходимо изучать для обеспечения будущей безопасности имущества и здоровья человека.
С совершенствованием строительных технологий и методов изучения грунта открываются новые возможности не только для застройки ранее непригодных территорий, но и для исследования воздействия на породы нагрузки от уже существующих сооружений и конструкций. Особенно актуально в наше время влияние динамических и вибрационных нагрузок, способных оказывать негативное воздействие как на грунт, так и на сооружение, приводящие не только к повреждению, но и полному его разрушению. Такие механические свойства грунтов присущи в большей степени породам со слабыми структурными связями, а именно песчаным пылеватым и мелким, а также водонасыщенным глинистым (лессам и лессовидным суглинкам).
При проектировании, реконструкции или капитальном ремонте здания, влекущим за собой изменение статической нагрузки в большую сторону и возникновение источников вибрации (станков и прочего оборудования), необходимо проводить инженерно-геологические изыскания. В процессе их проведения происходит определение свойств грунта, оказывающее непосредственное влияние на выбор типа фундамента, определение конкретного места для возведения постройки и возможность возведения конкретной конструкции на данной территории вообще.
Выбирая лабораторию, которая будет проводить инженерно-геологические изыскания, следует учесть возможность изучения не только основных свойств грунта (плотности, влажности, гранулометрического состава), но и качеств, характерных для определенных видов пород. Особенно большое значение имеют физические свойства грунтов, обладающих слабыми структурными связями и подверженных быстрому изменению своих характеристик под воздействием вибрационных нагрузок природного и техногенного происхождения.
Если известно, что на участке строительства присутствуют грунты со слабыми структурными связями, а также в наличии имеются источники вибраций или динамических нагрузок, то инженерно-геологические изыскания предполагают изучение виброползучести грунта. Чаще всего во время изысканий изучаются физико-механические свойства грунтов как в полевых, так и в лабораторных условиях (в зависимости от целей строительства, поставленных задач и сложности геологии участка).
С совершенствованием строительных технологий и методов изучения грунта открываются новые возможности не только для застройки ранее непригодных территорий, но и для исследования воздействия на породы нагрузки от уже существующих сооружений и конструкций. Особенно актуально в наше время влияние динамических и вибрационных нагрузок, способных оказывать негативное воздействие как на грунт, так и на сооружение, приводящие не только к повреждению, но и полному его разрушению. Такие механические свойства грунтов присущи в большей степени породам со слабыми структурными связями, а именно песчаным пылеватым и мелким, а также водонасыщенным глинистым (лессам и лессовидным суглинкам).
Неотъемлемой частью современных строительных работ является изучение как основных свойств грунта (плотности, влажности, гранулометрического состава), так и его специфических особенностей. Как правило, такие исследования предполагают поведение грунта под воздействием динамической нагрузки – вибраций, сейсмической активности и резких ударов. Одним из важных критериев является виброползучесть, характеризующая сдвиговые деформации под воздействием динамических нагрузок.
Выбор параметров вибровоздействия при изучении эффекта виброползучести грунтов
Виброползучесть – одно из основных свойств грунтов, значение которого необходимо точно знать при возведении различных сооружений. Зависит оно от динамических вибрационных нагрузок на почву. Существует ряд построек, которые могут это значение существенно увеличивать, делая проведение строительных мероприятий на выбранной территории невозможным.
Помимо широко применяемых инструментальных методов и сбора данных статистики, просчитать показатель можно, исходя и из информации печатных изданий. Она содержится в различных источниках. К примеру, типичные частоты и динамические воздействия автотранспорта значатся в п. 4.7.2 “Оценка уровня вибрационного и электромагнитного воздействия транспорта” Руководства Министерства транспорта (1995 г.). Есть также “Рекомендации по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов”. Таким образом, виброползучесть грунта можно довольно точно предвидеть.
Средним значением частот для автотранспорта являются показатели в пределах 20-40 Гц. При этом показатели ускорений находятся в пределах 0,2-0,5 g.
Вибропозучесть рассчитывается в зависимости от глубины испытуемых грунтов и значений показаний динамических вибраций. Исходя из этого, и применяются параметры вибровоздействия при строительстве.
- Но существуют и более сложные случаи. К примеру:
Это далеко не все ситуации, в которых требуется применить дополнительные полевые методы испытания грунтов. Для полноты данных в таких случаях применяют сейсмоакустические методы исследований. Они позволяют получить полную акселерограмму динамического влияния на грунт.