Устойчивость водонасыщенных песков при динамическом воздействии

Глава 1. Современные представления о закономерностях поведения несвязных грунтов при динамических воздействиях.

Обзорная часть работы состоит из двух параграфов. В первом параграфе ( 1.1) рассматриваются установленные другими авторами закономерности реакции несвязных грунтов на динамические нагрузки и дискуссионные аспекты их поведения. Изучением этих вопросов занимались Н.М. Герсеванов, В.А. Флорин, Н.Н. Маслов, П.Л. Иванов, И.В. Дудлер, Ю.М. Абелев, В.И. Осипов, В.Д. Казарновский, Е.А. Вознесенский, О.В. Аслибекян, Г. Сид, А. Казагранде, Г. Кастро, И. Идрисс, К. Ишихара и многие другие исследователи.

На основании результатов анализа опубликованной литературы в области динамики грунтов вопросы влияния структурных особенностей песков - гранулометрического состава и морфологии частиц - на их динамическую устойчивость изучены достаточно подробно и, в целом, большинство авторов сходятся во мнении, что большей динамической устойчивостью характеризуются более крупные пески, состоящие из слабо окатанных и шероховатых частиц. Однако роль пылевато-глинистых частиц в динамической устойчивости несвязных грунтов, несмотря на большое количество проведенных исследований, разными авторами определяется неоднозначно. Большинство исследователей считает, что тонкие частицы повышают динамическую устойчивость песков. Однако существуют и противоположные результаты исследований - даже небольшое содержание (первые проценты) пылеватых и глинистых частиц заметно снижает сопротивление песков сдвигу. Слабо изученным остается вопрос о влиянии поверхностных пленок на поведение песков в условиях динамического нагружения.

Влияние характеристик строения и напряженного состояния песков на их поведение при динамическом воздействии также исследовано неравномерно. Так, на сегодняшний день подробно изучено влияние влажности, плотности сложения и величины эффективных напряжений на динамическую устойчивость песков. С увеличением последних сопротивление песков динамическому воздействию увеличивается. Влияние влажности также описывается однозначно - максимальная динамическая устойчивость характерна при прочих равных условиях для капиллярно увлажненных песков, средняя - для сухих и минимальная - для водонасыщенных. Спорным и малоизученным остается вопрос о роли коэффициента бокового давления покоя песков на их реакцию при динамическом нагружении.

Среди характеристик динамической нагрузки наиболее часто в литературе рассматриваются амплитуда напряжений и частота колебаний. Если все авторы признают, что с увеличением амплитуды нагрузки при прочих равных условиях динамическая устойчивость песков снижается, то вопрос о влиянии частоты воздействия остается до сих пор дискуссионным. К тому же в современной литературе по динамике грунтов практически не рассматривается асимметрия цикла нагрузки, которая оказывает определяющее влияние на динамическую устойчивость песков.

Во втором параграфе ( 1.2) рассматриваются современные представления о критической пористости песков, существующие способы ее определения и значение для динамической устойчивости песков. Исследованиями критической пористости занимались такие известные ученые, как И.В. Яропольский, А. Казагранде, Н.М. Герсеванов, М.Н. Гольдштейн, В.В. Радина, В.А. Флорин, Н.Н. Маслов, А.Л. Рубинштейн, П.О. Бойченко, Н.В. Костылева, Е.И. Медков, Н.Н. Сидоров и др.

На основании анализа опубликованной литературы можно сформулировать некоторые выводы. Все исследователи под критической понимают такую пористость, при которой сдвиг песка происходит без изменения его объема.

Однако, несмотря на это, между отдельными авторами все же имеются некоторые противоречия. Так, А. Казагранде и А.Л. Рубинштейн считают, что песок независимо от его начальной плотности в зоне сдвига всегда стремится к критической пористости, тогда как Н.М. Герсеванов, М.Н. Гольдштейн, В.В. Радина, В.А. Флорин утверждали, что в зоне сдвига пористость будет критической только в том случае, когда начальная пористость песка уже является критической, что представляется нам более корректным.

К тому же существует несколько способов определения критической пористости, среди которых наиболее известны определения на сдвиговых приборах (одно- и многоплоскостного среза), а также в условиях трехосного сжатия. На наш взгляд, одним из существенных различий и, следовательно, недостатков этих способов определения критической пористости является то, что в плоскостных приборах зона сдвига и ее толщина задана изначально, что может и не соответствовать ее положению и реальным размерам.

Практически все исследователи (А. Казагранде, Н.М. Герсеванов, В.А. Флорин, Ю.М. Абелев, Н.Н. Маслов и др.) предлагают оценивать устойчивость песков к внешним воздействиям, в том числе и к динамическим, исходя из их текущей пористости относительно величины критической пористости. Однако при этом не дается никаких объяснений, что в условиях динамического нагружения понимается под критической пористостью.

И все же, несмотря на отмеченную многими авторами важность учета критической пористости песков, до сих пор этот параметр никак не используется ни для описания устойчивости водонасыщенных песков под действием внешней нагрузки, ни для характеристики текущего состояния песчаных грунтов разной плотности.

Исходя из анализа современных представлений о динамической устойчивости песчаных грунтов, автором сформулированы цель и задачи работы.