ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Проведена серия экспериментов по изучению влияния динамических (ударных) воздействий на величину и характер развития сил негативного трения, действующих на модель сваи марки С 10-35. Исследования сил негативного трения проводились в грунтовом лотке размером в плане 520ґ600 мм, высотой 1310 мм.

В состав установки входят: грунтовый лоток, упорная рама, к которой крепится динамометр сжатия марки ДОСМ-3-0.2 (ДОСМ-3-1). На дне лотка размещена резиновая камера, заполненная водой. Сверху на камеру укладывалась подвижная плита, затем лоток заполнялся песчаным грунтом (песок мелкий, желтого цвета, в воздушно-сухом состоянии, аллювиального происхождения). Укладка песка осуществлялась с послойным уплотнением. Затем в грунт забивалась модель сваи. В опыте использовалась железобетонная модель сваи квадратного поперечного сечения 35ґ35 мм, длиной 1000 мм. Гранулометрический состав песчаного грунта в лотке представлен в табл. 1.

Влажность песчаного грунта и его прочностные характеристики приведены в табл. 2.

Таблица 1. Гранулометрический состав грунта в лотке

Таблица 2. Прочностные характеристики песчаного грунта в лотке

Построена зависимость сил негативного тренияf _nот осадкиsоколосвайного грунта, имеющая вид ломаной линии. Суммарная осадкаsоколосвайного грунта составила 12.067 мм, м аксимальное значение сил негативного тренияf _nдостигло 17.473 кПа. В начале опыта наблюдался интенсивный рост сил негативного тренияf _nв виде прямой, круто взмывающей вверх, от 0 до 13.843 кПа, затем интенсивность роста сил негативного тренияf _nрезко снизилась. После достижения силами негативного трения максимумаf _n,max=17.473 кПа, отмеченыфрикционные автоколебания системы «свая-грунт».

На рис. 1. приведена зависимость сил негативного тренияf _n, действующих на модель сваи, от числа ударных воздействийnна линейный импульсный источник колебаний. Максимальное значение сил негативного тренияf _nсоставило 17.473 кПа, а суммарное число ударов груза массой 4.27 кг по латунному стержню составило 200. Рост сил негативного тренияf _nпроисходит неравномерно. После достижения силами негативного трения максимумаf _n,max=17.473 кПа, отмеченыфрикционные автоколебания системы «свая-грунт». Максимальная амплитуда колебаний значений сил негативного тренияa_fn,maxсоставила 0.611 кПа. На графике зависимостиf _n=f(n).отчетливо видны пики фрикционных автоколебаний ( суммарное число пиков составило 7).

На рис. 2. построены совмещенные графики изменения во времени Т сил негативного тренияf _nи осадкиsмарок (М 4 - грунтовой, М 5 - поверхностной), этапii- интенсивного роста значений и фрикционных автоколебаний.

Графики свидетельствуют о неравномерном характере роста сил негативного тренияf _nи осадкиsмарок. Быстрый их рост сменился резким спадом значений, в период длительного отсутствия динамических воздействий на грунт. На графиках прослеживается некоторое отставание вертикальных перемещений поверхностной марки М 5 от перемещений грунтовой марки М 4. Это связано с тем, что поверхностная марка М 5 находится в зоне зависания околосвайного грунта, обусловленного силами контактного трения на границе раздела «свая-грунт», в то время как грунтовая марки М 4 находится за пределами этой зоны. Суммарная осадка грунтовых марок М 4 составила 12.01 мм, тогда как у поверхностной марки М 5 она была несколько меньшей- 11.382 мм.

Опытами установлено, что после достижения силами негативного трения максимумаf _n,max, происходят периодическиеколебания их значений. Периодические колебания системы «свая-грунт», происходящие вследствие притока энергии из внешнего источника, не обладающего колебательными свойствами, вызвали соответствующие изменения сил негативного тренияf _n. Указанные колебания можно отнести к категории фрикционных автоколебаний /4/.

Колеба­тельный процесс, выявленный в опытах, состоит из двух характерных эта­пов: «роста» и «обвала», т.е. процесса постепенного увеличения сил негативного тренияf _nпри ритмичных динамических воздействиях на грунт, и скачкообразного их снижения (при кратковременных перерывах между смежными ударными воздействиями налатунный стержень, исполняющий роль линейного импульсного источника колебаний, передаваемых песчаному грунту в лотке) .

В процессе прохождения волн, рас­пространяющихся от латунного стержня (объемных: продольных Р и поперечныхs, а также поверх­ностныхr- волн Релея) изменяется напряженное состояние грунта, окружающего модель сваи, кроме того интенсифицируется процесс осадки грунта, окружающего сваю. Рост нормального давления грунта на ствол сваи и интенсивное перемещение грунта вниз, относительно ее ствола, вызванные динамическими воздействиями на грунт основания сваи, привели к росту сил негативного тренияf _n.

При совместном действии статических и динамических нагрузок происходит постепенное уве­личение бокового давления песчаного грунта. После прекра­щения динамических воздействий боковое давление быстро уменьша­ется до исходной величины. Совместное действие статических и динамических нагрузок приводит к значительному увеличению сил негативного трения, развивающихся на боковой поверхности свай. После прекращения динамических воздействий величина этих сил быстро снижается.

Иллюстрации

Рис. 1. Зависимость сил негативного тренияf _nот числа ударных воздействий

nна линейный импульсный источник, пики фрикционных автоколебаний

Рис. 2. Изменение во времени Т сил негативного тренияf _nи осадкиsмарок

(М 4 - грунтовой, М 5 - поверхностной), этапii- интенсивного роста

значений и фрикционных автоколебаний