Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Динамика грунтов

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 719360.01.99
Доступ онлайн
300 ₽
В корзину
В пособии приведена информация о динамических свойствах грунтов, методах их определения. Предназначено для студентов геологических специальностей вузов, в том числе обучающихся по специальностям инженерной геологии, гидрогеологии, магистрантов, аспирантов, а также специалистов, работающих в области инженерно-геологических изысканий.
Динамика грунтов : учеб. пособие / Л.А. Строкова ; Томский политехнический университет. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2018. - 190 с. - ISBN 978-5-4387-0801-8. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1043840 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ДИНАМИКА ГРУНТОВ 
 
 
 
Рекомендовано в качестве учебного пособия  
Редакционно-издательским советом 
Томского политехнического университета  
 
 
 
 
Составитель Л.А. Строкова  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета  
2018 
 
 

УДК 624.131.1(076.5) 
ББК  26.329я73 
 
Д46 
 
 
 
Динамика грунтов : учебное пособие / сост. Л.А. Строкова ; 
Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2018. – 190 с. 

ISBN 978-5-4387-0801-8 

 
 
В пособии приведена информация о динамических свойствах грунтов, 
методах их определения. 
 
Предназначено для студентов геологических специальностей вузов, в 
том числе обучающихся по специальностям инженерной геологии, гидрогеологии, магистрантов, аспирантов, а также специалистов, работающих в области инженерно-геологических изысканий.  
 
 
УДК  624.131.1(076.5) 
ББК  26.329я73 
 
 
 
 
 
Рецензенты 

Кандидат геолого-минералогических наук, доцент ЮГУ 
Т.И. Романова 
 
Кандидат геолого-минералогических наук, доцент ТГАСУ  
А.А. Краевский 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-4387-0801-8 
© Составление. ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2018 
© Строкова Л.А., составление, 2018 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2018 

Д46 

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие...................................................................................................5

Введение..........................................................................................................6

I. Теоретический раздел.............................................................................10

1. Основные источники динамических воздействий.............................10

1.1. Виды нагрузок.................................................................................10
1.2. Методика оценки динамических нагрузок 

на дисперсные грунты ....................................................................28

2. Реакции грунтов на динамическое воздействие.................................31

2.1. Разжижение грунтов.......................................................................34
2.2. Тиксотропные и плывунные явления в грунтах ..........................40
2.3. Поведение скальных и полускальных пород ...............................52
2.4. Нагрузки и уровень отклика ..........................................................54

3. Параметры динамических свойств грунтов........................................58

3.1. Параметры динамических свойств 

как среды распространения волн...................................................59

3.2. Параметры динамической неустойчивости грунтов...................63

4. Методы установления параметров динамических 

свойств грунтов .....................................................................................64
4.1. Лабораторные методы динамических испытаний грунтов ........66
4.2. Полевые методы динамических испытаний грунтов................104

5. Выводы по разделу..............................................................................152

II. Практический раздел..........................................................................155

1. Определение деформационных свойств 

грунтов динамическим методом........................................................155

2. Изучение тиксотропных свойств грунтов на вибростенде .............157

3. Изучение тиксотропных свойств грунтов методом 

вибрирующего индентора ..................................................................160

4. Определение динамической устойчивости грунтов методом 

динамического трехосного сжатия....................................................164

5. Выводы по разделу..............................................................................174

III. Раздел для самостоятельной работы..............................................175

1. Контрольные задания для студентов.................................................175

2. Вопросы и задания для самоконтроля...............................................176

Заключение ................................................................................................179

Обозначения и сокращения................................................................... 180

Термины и определения ..........................................................................180

Список литературы..................................................................................179

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель разработки данного учебного пособия – закрепить знания 

студентов, обучающихся по специальности «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» по динамике грунтов,
о системе инженерно-геологических изысканий для строительства и 
производства инженерных работ.

Задачи дисциплины:
 сформировать знания о системе инженерных изысканий в проек
тировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений в 
сейсмоопасных районах;

 ознакомить учащихся с задачами инженерно-геологических ис
следований для разработки проекта и рабочих чертежей различных зданий и сооружений, испытывавающих динамические нагрузки;

 показать разнообразие технологий и методик в области инже
нерно-геологических исследований грунтовых массивов при динамических воздействиях;

 познакомить учащихся с принципами комплексной оценки ин
женерно-геологических условий территорий.

В основе данного пособия лежат главным образом труды известно
го российского специалиста в области динамики грунтов профессора 
Московского госуниверситета Е.А. Вознесенского, а также работы 
К. Ишихары (Япония), П. Мейна (США).

ВВЕДЕНИЕ

Основная цель геологического образования специалиста в области 

инженерной геологии – формирование геологических знаний, необходимых и достаточных для успешного решения разнообразных задач при 
освоении геологической среды. Структура современного геологического 
знания представлена на схеме (рис. 1).

Рис. 1. Структура современного геологического знания [11]

Итак, в курсе речь будет идти о таком разделе инженерной геоло
гии, в котором сосредоточены систематизированные знания об организации процесса получения геологической информации, необходимой и 
достаточной для проектирования и строительства различных зданий и 
сооружений.

Эта 
информация 
охватывается 
понятием
об 
инженерно
геологических условиях строительства и производства инженерных работ на конкретных территориях, при этом содержание информации 
неразрывно связано с формированием теоретических аспектов и практических навыков в области инженерной геологии в целом.

Инженерно-геологические изыскания дают геопространственную 

информацию для рационального выбора и оценки строительной площадки или трассы, типа основания и способа производства работ нулевого цикла, для построения прогноза изменения природной среды и 
оценки рисков, связанных со строительной деятельностью человека.

Из вышеприведённой схемы видно, что инженерная геология 

неразрывно связана с фундаментальными разделами геологического 
знания – кристаллографией, минералогией, петрологией, гидрогеологией, мерзлотоведением, исторической геологией, структурной геологией, 
геотектоникой и геофизикой, с которыми учащийся познакомился ранее.

Виды инженерно-геологических исследований чрезвычайно разно
образны и включают в себя технологии использования архивной информации об объекте исследований, дистанционные и контактные технологии полевых и мониторинговых наблюдений и компьютерные технологии обработки и представления информации широкому кругу 
потребителей. Одну и ту же информацию можно получить с применением различных технологий, поэтому необходимо оптимизировать комплекс технологий по месту, времени, затратам труда и стоимости в зависимости от проектируемых сооружений, при этом оптимизация, с одной стороны, должна опираться на действующие нормативнометодические документы, с другой стороны, подобная оптимизация является делом сугубо творческим.

Цель преподавания раздела «Динамика грунтов» – дать студентам 

необходимые знания о методах определения динамических свойств
грунтов. Предметом изучения динамики грунтов являются грунты и их 
взаимодействие с сооружениями. Грунты каждой строительной площадки имеют самостоятельную историю образования. Состав, строение 
и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального 
изучения. Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложны
ми процессами, во многом отличающимися от поведения конструкционных материалов. Это требует применения специальных экспериментальных методов и теоретического аппарата механики грунтов для описания процессов их деформирования и разрушения. Основная задача
специальной научной дисциплины – научить студентов уметь не только 
правильно оценивать прочностные и деформационные свойства грунтов 
при динамических нагрузках, но также использовать обоснованные теорией и практикой методы расчета несущей способности и деформаций 
оснований сооружений и горных массивов. 

Динамические свойства грунтов – группа физико-механических 

свойств грунтов, определяющих их реакцию на действие динамических 
нагрузок. 

Динамические свойства грунтов характеризуют их и как среду рас
пространения колебаний (упругие, демпфирующие и фильтрующие 
свойства), и определяют их динамическую неустойчивость, проявляющуюся как увеличение деформируемости и снижение прочности грунта 
при динамическом нагружении по сравнению со статическими нагрузками.

Сведения о динамических свойствах грунтов нужны: 
1. Для расчета колебаний сооружений, работающих в условиях ди
намических нагрузок.

2. Для оценки сейсмических характеристик грунтов и приращений 

сейсмической балльности.

3. Для прогнозных расчетов дополнительных осадок и кренов со
оружений при действии динамических нагрузок.

4. Для оценки возможности разрушения, в том числе разжижения 

грунтов и определения его возможных последствий.

5. Для выбора правильной конструкции фундамента, метода про
кладки трубопровода, конструкции земляного полотна, мер инженерной 
защиты и т. д.

Основные задачи экспериментальной оценки динамической не
устойчивости грунтов:

 определение возможности разрушения грунтов при известных 

параметрах динамического воздействия; 

 определение возможности динамического (обычно сейсмическо
го) разжижения грунтов и оценка его последствий; 

 оценка дополнительных деформаций грунтов и земляных соору
жений в условиях динамических нагрузок; 

 оценка возможности накопления критических для данного со
оружения деформаций грунтов основания в условиях динамического 
воздействия. 

Дисциплина «Динамика грунтов» относится к специальным дисци
плинам и дает студентам представление об их будущей инженерногеологической деятельности, о том месте, которое занимают динамические свойства грунтов при оценке территории, при решении как общегеологических, так и экологических проблем. В процессе освоения дисциплины 
студенты 
учатся 
определять 
характеристики 
физико
механических свойств грунтов, оценивать напряженно-деформированное
состояние оснований и его изменение во времени, рассчитывать устойчивость грунтовых массивов и расположенных на них сооружений.

В табл. 1 приведена структура дисциплины по разделам и видам 

учебной деятельности. 

Таблица 1  

Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения

Название раздела/темы

Аудиторная работа (час)
СРС
(час)

Колл, 

Контр. р. Итого
Лекции
Практ. 
занятия

Лаб. 
зан.

Введение. Динамические 
нагрузки их распространение, 
характеристика

2
10
12

Лабораторные методы динамических испытаний грунтов
2
2
8
12

Полевые методы динамических 
испытаний грунтов
2
4
8
1
14

Усталость грунтов с жесткими 
структурными связями
1
2
8
13

Динамическая дилатансия несвязных грунтов
1
6
7

Тиксотропия и квазитиксотропия связных грунтов
1
2
6
9

Дилатантно-тиксотропные явления в слабосвязных грунтах
1
6
7

Анализ динамики фундаментов 
мелкого заложения
6
6

Анализ динамики заглубленных 
фундаментов
6
6

Анализ динамики свайных фундаментов
6
6

Итого
10
20
70
90

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1. Основные источники динамических воздействий 

1.1. Виды нагрузок

Под 
динамическим 
воздействием
понимается 
динамическая 

нагрузка произвольного вида, создаваемая силой переменной величины 
и направления [21]. 

По своему типу нагрузка может быть постоянной или перемен
ной, как по величине, так и по знаку. Переменные нагрузки делятся на 
монотонные (возрастающие или убывающие) и циклические. Циклические нагрузки, в свою очередь, подразделяются на однократные и 
многократные. Под динамической понимается переменная нагрузка, 
изменяющаяся во времени быстрее, чем затухают вызванные ею в грунте волны напряжений. А поскольку реально не существует достаточно 
длительно и монотонно убывающих или возрастающих усилий, то практически все динамические нагрузки являются циклическими (однократными или многократными) и представляют собой колебания – чередование во времени возрастания и убывания напряжений. 

В соответствии с характером такого чередования можно выделить 

периодические и непериодические динамические нагрузки (рис. 2).

Рис. 2. Разные формы нагрузок:

периодических (а – синусоидальная; б – П-образная; в – пилообразная;

г – сложная) и непериодических (д – импульсная; е – биения) 

Периодическая нагрузка характеризуется каким-либо закономер
ным чередованием возрастания и убывания напряжения, любое текущее 
значение которого повторяется через постоянный интервал времени.

Непериодические нагрузки включают три основные разновидности: 
1) ударные (импульсные) нагрузки часто являются периодическими, 

однако разложение их в ряд Фурье неосуществимо, так как импульсы 
разделены значительными по сравнению с длительностью последних 
«немыми» интервалами; 

2) почти периодические – суммы гармонических колебаний несо
измеримых (некратных) частот, возникающие при пуске и торможении 
машин разного типа; 

3) нерегулярные нагрузки – типичные для многих техногенных и 

всех природных воздействий (сейсмических, ветровых, волновых) и характеризующиеся случайным характером изменения напряжений во времени (рис. 3). Кроме того, любая динамическая нагрузка может быть как 
знакопеременной, так и знакопостоянной.

Рис. 3. Нерегулярные динамические нагрузки (а)

и их энергетический спектр (б)

Общее представление о соотношении параметров динамических 

нагрузок от разных источников и об их относительной значимости даст 
рис. 4. Все практически значимые для инженерной деятельности 
нагрузки находятся до частот 100 Гц. Источники, генерирующие колебания с частотами, близкими к собственным для большинства зданий 
(1…8 Гц), находятся в центральной части диаграммы. Значимые деформации грунтов возникают только в пределах зон влиянии этих источников, которые существенно различаются [21].

Параметры динамической нагрузки оказывают определяющее вли
яние на степень динамической неустойчивости грунтов. По особенностям воздействия на грунты весь спектр природных и техногенных динамических нагрузок целесообразно, прежде всего, разделить на две 
группы – вибрационные и импульсные.

Вибрационные нагрузки – это как периодические, так и непериоди
ческие воздействия, характеризующиеся непрерывным изменением 
напряжений во времени («немые» интервалы отсутствуют). Эти сравнительно низкочастотные волны напряжений, как правило, регистрируются органами чувств человека: при частоте 1…2 Гц человек ощущает колебания с амплитудой не менее 20 мкм, а при частотах 20 Гц и выше –
уже всего 1…2 мкм. 

Импульсные нагрузки – периодические или непериодические (часто 

однократные) воздействия, характеризующиеся: 1) наличием «немых»
интервалов между импульсами; 2) высокой резкостью (третья производная смещения по времени) колебаний и очень крутым фронтом волны (только в непосредственной близости от источника); 3) наличием в 
спектре высокочастотных (до тысяч герц) составляющих – также в 
непосредственной близости к источнику воздействия, не оказывающих, 
однако, существенного влияния на грунты. 

Рис. 4. Обобщенная характеристика динамических нагрузок разного 

происхождения [21]

Доступ онлайн
300 ₽
В корзину