К ОБОСНОВАНИЮ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ
МОДЕЛИ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИИ ОТ МНОГОКРАТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НАГРУЗОК
Бекенов
Т.Н., Тасыбеков Ж.Т., Нусупбек Ж.Т.
(ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, г. Астана)
Известно, что при движении вальца, по аналогии с движением колеса, по
уплотняемому грунту, происходит уплотнение последнего. Степень уплотнения
увеличивается по мере прохода катка по одному следу. Свойства грунта, влияющие
на его уплотнение под воздействием нагрузки, зависят от времени воздействия
нагрузки на грунт.
При
кратковременном воздействии на грунт нагрузок,
продолжительность нахождения грунта в напряженном состоянии бывает
короче времени, необходимой для полного протекания уплотнения от нагрузки
данной величины. Достигаемое уплотнение при единичном приложении нагрузки
составляет некоторую часть от полного
уплотнения, соответствующей весьма длительному воздействию той же
нагрузки.
Многократно прилагаемые на короткое время к грунту нагрузки вызывают в
ней уплотнение. Достигнув величины, соответствующей однократному длительному
приложению нагрузки, уплотнение не прекращается, а продолжает расти при
последующих воздействиях нагрузки. От каждого повторного цикла нагрузки –
разгрузки уменьшаются величины остаточных и других деформаций, объясняемые
постоянным уплотнением грунта.
В связи
со сложностью и многообразием процессов, происходящих в грунтах под
воздействием поля напряжения, созданного внешней нагрузкой или в результате
изменения водно-теплового режима грунта, уплотнения грунтов протекает не мгновенно, а развивается в
течение некоторого отрезка времени.
В
некоторых случаях при приложении кратковременных нагрузок замедленность
протекания уплотнения грунтов во времени позволяет им выдерживать существенно
большие кратковременные нагрузки, чем при длительном статическом нагружении.
В
предлагаемой расчетной схеме взаимодействия вальца катка с грунтом
характеристика уплотняемости грунта принята в виде удельной нагрузки,
характеризующей зависимость между нормальной нагрузкой и площадью контакта
вальца катка с грунтовым основанием. Исходя из этого, по аналогии процесса
взаимодействия колеса с грунтом, произведем оценку уплотнения грунта под
вальцом катка известными степенными зависимостями
z = (P/k)1/μ ; (1)
z = b(P/k)1/μ , (2)
где, z –
осадка вальца; P – нормальная нагрузка; k – коэффициент объемного смятия;
μ – коэффициент кривизны параболы; b – ширина штампа (отпечатка вальца).
Данные выражение относятся к жесткой
статической нагружающей поверхности с равномерным распределением удельной
нагрузки и определяющие осадку грунта (в нашем случае уплотнение грунта) под
вальцом катка при однократном приложении нагрузки. Известно, что такое
определение осадки не вполне отражает фактическое взаимодействие вальца с
грунтом при повторном движении катка по одному следу, поэтому может применяться
только при сравнительной оценке уплотняемости грунта под различными катками.
Расчет уплотнения грунта может быть произведен более точно при учете повторных
воздействий нагрузок.
Анализ
источников показывает, что еще нет зависимостей, достаточно точно описывающих
процесс уплотнения грунта с учетом повторных воздействий нагрузок катков.
Отсутствие таких закономерностей усложняет изучение процесса уплотняемости
грунтов катками.
Фактор
времени, пренебрегаемый при статическом нагружении, приобретает существенное
значение при динамических процессах, так как при движении катка происходит
последовательное нагружение грунта первым, вторым, третьим и т.д. проходами,
при этом время действия нагрузки на тот же участок грунта под первым проходом
катка будет в два раза меньше, чем под вторым, и в три раза меньше чем под
третьим и т.д. Несмотря на то, что нагрузка действует с перерывами во времени,
интенсивность процесса консолидации грунта будет возрастать с каждым проходом
катка. При повторных проходах катков образуется дополнительное уплотнение даже
в том случае, если нормальная нагрузка значительно меньше несущей способности
грунта.
Если под
нагрузкой грунт изменяет свои свойства, то последние должны определяться при
каждом уплотнении и значения этих параметров должны зависеть от числа
соответствующих проходов. Также по аналогии с колесом машины, при увеличении
наружного диаметра вальца уменьшается уплотнение и снижается сопротивление
вальца за счет чего независимо от свойств грунта, сопротивление качению вальца
всегда снижается (особенно заметное снижение проявляется, когда грунт мягче и
имеет больше неровностей).
Для расчета по
этой формуле надо задаваться объемом работ и скоростью движения катка, которые
позволяют посчитать количество проходов катка по одному следу на определенном
участке уплотнения. Зная количество проходов на этом участке, можно рассчитать
общее время воздействия нагрузок на этот участок грунта.
Общее время
воздействия нагрузок на грунтовое основание участка уплотнения определяется на
основании допущения, что каждое последующее время воздействия равно первому времени воздействия нагрузки
катка.
Данный проход можно
применить и для расчета уплотнения основания по всей длине прохода катка.
При этом для описания
возможного уплотнения грунта без твеpдого основания необходимо знать изменение
модуля деформации грунта по глубине уплотняемого слоя.
Таким образом,
расчетная схема процесса уплотнения грунта от воздействия многократных нагрузок
вальца катка будет учитывать его удельную нагрузку и время воздействия на
грунт.