расчетно-экспериментальный метод

Расчетно-экспериментальный метод

Во многих случаях (элювиаль­ные грунты, валунно-глыбовые отложения, каменная наброска, трещи­новатые скальные массивы и др.) грунты приходится рассматривать как масштабно неоднородные тела, так как выделенные из них объемы разных размеров характеризуются различным строением, состоянием, а иногда и составом. При этом в полевых и тем более лабораторных условиях не всегда удается обеспечить испытания такого объема грунта, который был бы представительным по отношению ко всему массиву. В изыскательской практике характеристики прочностных и деформационных свойств таких грунтов обычно назначают по результатам испытаний наиболее слабых составляю­щих предложен принципиально новый подход к опре­делению деформационных и прочностных характеристик таких грун­тов, названный им расчетно-экспериментальным методом.

Сущность этого метода заключается в следующем. По данным инженерно-геологического анализа или фотографирования обнаже­ния грунта составляется его «типовая структура», характеризующая особенности строения грунта (содержание и форму крупных вклю­чений и заполнителя между ними, относительное расположение включений). При этом размеры такой модели могут составлять десятки сантиметров, метры и более. Пример одной из исследован­ных типовых структур показан. С помощью лабораторных или полевых исследований определя­ются характеристики деформационных и прочностных свойств гру­нтовых материалов, составляющих типовую структуру (например, включений и заполнителя). Затем выполняется численное моделирование эксперимента с типовой структурой. Такое моделирование удобно проводить методом конечных элементов.

Для этого к граням образца прикладывают постоянные значения минимального главного напряжения и возрастающие значения максимального главного напряжения.

Для каждого соотношения действующих напряжений такого неоднородного образ­ца с известными характеристиками свойств составляющих его матери­алов проводится расчет напряженно-деформированного состояния.

Неограниченное возрастание интенсивности сдвиговых деформаций с увеличением интенсивности касательных напряжений позволяет фиксировать момент разрушения образца. После проведения нескольких таких математических испытаний оказывают­ся возможными построение кругов напряжений и определение параметров (ряс для образца, характеризуе­мого типовой структурой. Одновременно по изложенным выше правилам можно определить и деформационные показатели образца.

Важно отметить, что, как показали многочисленные расчеты, определяющее влияние на результат имеют характеристики механических свойств включений и заполнителя и их относительное содержание. Относительное расположение, размеры и форма материала включений имеют существенно меньшее значение.

Представлены определенные изложенным мето­дом графики сопротивления сдвигу для суглинка с различным со­держанием заполнителя в виде щебня мергеля. Прямая при 0 соответствует суглинку без щебня. Видно, что учет более прочно­го заполнителя приводит к значительному повышению прочности грунта. Еще сильнее возрастает с повышением содержания прочных включений модуль деформации. Так, для чистого суглинка было установлено £=7,6 МПа; при т=35% £=7,9 МПа; при т=51% £=21,4 МПа; при т=68% £=54,6 МПа. Приведенные расчетные величины хорошо подтверждаются непосредственными эксперимен­тами.

Таким образом, использование расчетно-экспериментального метода дает возможность не только определить истинные характе­ристики механических свойств масштабно неоднородных грунтов, но и получить более высокие их показатели по сравнению с использу­емыми сейчас на практике.

Это приводит к принятию более эконо­мичных инженерных решений. В настоящее время этот метод испо­льзован В. В. Семеновым при определении показателей фильтраци­онных и механических свойств трещиноватых скальных грунтов