Способ исследования плотности дисперсных грунтов при сейсмических воздействиях Советский патент 1992 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к инженерной сейсмологии и механике грунтов и, в частности, к способам лабораторного исследования плотности дисперсных грунтов при сейсмических воздействиях и может быть использовано при рассчетах оснований сооружений в сейсмоактивных районах и сейсмическом микрорайонировании.

Известен способ исследования изменения плотности и прочности дисперсных грунтов в лабораторных условиях от сейсмических воздействий по величине динамических нагрузок 1.

Однако этот способ не позволяет передавать на весь объем исследуемых образцов колебательных движений, соответствующих колебаниям грунтов при реальных землетрясениях, что приводит к искажению получаемых результатов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является способ исследования плотности грунта при сейсмических воздействиях на виброплатформах (вибростолах) по максимальной величине ускорения колебания. Согласно этому способу по данным инженерной сейсмологии берутся значения максимальных ускорений колебаний грунта для данной площадки от ожидаемых землетрясений. Потом отобранные из площадки образцы грунта размещаются на виброплатформе и исследуются при колебаниях с ускорениями, равными ускорениям колебаний грунтов от ожидаемых землетрясений 2.

Однако при этом не учитываются скорости колебания и для исследования изменения плотности от сейсмических воздействий, в том числе и сильных, используются способы и приборы, передающие на исследуемые образцы колебания с намного меньшими амплитудами и скоростями, чем при действительных колебаниях дисперсных грунтов от реальных землетрясений, особенно сильных. Это приводит к тому, что при вибрациях с малыми амплитудами и

VJ

(Я

со

4 00

со

скоростями колебания на исследуемые образцы грунта передается меньшая энергия, чем при землетрясениях, так как плотность кинетической энергии, передаваемая через любую точку массива грунта, пропорциональна квадрату скорости колебания. Вследствие этого для равных циклов колебания передаваемая на образец грунта в лабораторных условиях кинетическая энергия меньше энергии,гШредаваемой на этот образец в реальных условиях, на величину, пропорциональную разнице квадратов скоростей колебаний при землетрясении и при их исследовании на виброплатформах в лабораторных условиях. Подобное несоответствие скоростей колебания и передаваемой на образец энергии при лабораторных исследованиях приводит к завышенным оценкам сейсмостойкости оснований сооружений, склонов и откосов из дисперсных грунтов. Кроме того, при учете только максимальных ускорений колебаний переоцениваются высокочастотные составляющие колебаний, которые быстро затухают с расстоянием и при землетрясениях, как фактор воздействия на дисперсные грунты поверхности земли, где расположены сооружения, имеют второстепенное значение.

Целью изобретения является повышение достоверности способа исследования дисперсных грунтов.

Цель достигается тем, что при выборе режима возбуждения виброплатформы одновременно с максимальными ускорениями а учитывают максимальные скорости колебания грунтов V при сейсмических воздействиях согласно соотношениям f al(2n v); A v/ (2л: f), где А - амплитуда; f - частота колебаний.

Энергия Е, передаваемая на каждый элементарный исследуемый объем грунта за равное количество циклов колебаний по предлагаемому способу, превышает энергию, передаваемому по прототипу, в Епредл.:Епрот. (Упредл.) : (vnpor.) раза. Так как скорость колебаний грунта с ростом интенсивности (балльности) землетрясений растет по закону геометрической прогрессии, то соотношение скоростей и энергий между прототипом и предлагаемым способом резко возрастает с увеличением балльности возможных землетрясений или, для синусоидальных колебаний, с возрастанием амплитуды колебания.

П р и м е р. На вибрационном электродинамическом стенде ВЭДС-10А проводили исследования виброуплотнения различных песков и их смесей при различных соотношениях частот и амплитуд колебания. По

блоку управления и измерения параметров вибрации задавали постоянные частоты колебания и устанавливали определенные значения максимальных ускорений. Однако

при низких частотах показания прибора по ускорениям могут не соответствовать их действительным значениям и ускорения рекомендуется рассчитывать по замеренным значениям амплитуд колебания. Поэтому

амплитуды колебаний замеряли с точностью до 0,02 мм нивелиром Н-3 с использованием элевационного винта, а потом по данным амплитуд и частот колебаний рассчитывали значения максимальных скоростей и ускорений. После вибрации в течение определенного времени песка в стакане площадью 28,3 см и высоте первоначально рыхло уложенного (Id 0-5 %) песка в 100 мм определяли значения его относительной

плотности (Id). Каждое испытание проводили с двух-трехкратной повторностью.

Исследования показали, что относительная плотность связана как с максимальными ускорениями, так и с максимальными

скоростями колебания. Причем для времени вибрации 10 мин относительная плотность намного теснее связана со скоростью, чем с ускорением колебания, что подтвердили и рассчеты коэффициентов парной корреляции, составившие, соответственно, 0,93 и 0,35. Так, при вибрации в течение 10 мин с ускорением 7,8 м/с2 и скоростью колебания 13.9 см/с Id составила 80%, тогда как при почти том же ускорении 7,9 м/с2 и скорости

колебания 8,3 см/с Id составила всего 10%. Такая зависимость получена при относительно небольшом возрастании скоростей колебания. Для больших скоростей, характерных для сильных землетрясений, эта зависимость проявляется еще ярче. Кроме того, для равных ускорений, с уменьшением амплитуды и скоростей колебания, возрастает частота, а значит, при равном времени вибрирования - количество циклов колебания. Несмотря на меньшее количество циклов колебаний, влияние высоких скоростей на уплотнение песков оказывается более ощутимым при меньшей частоте и примерно равных или меньших значениях ускорения,

конечная относительная плотность получается намного большей, чем при большей частоте, но при меньших значениях скоростей (амплитуд) колебания. Это доказывает важнейшую роль скоростей колебаний в

виброуплотнении песков и необходимость исследования изменения плотности песков от сейсмических воздействий с учетом как максимальных ускорений, так и максимальных скоростей колебания.

Формула изобретения Способ исследования плотности дисперсных грунтов при сейсмических воздействиях, включающий размещение образца грунта на виброплатформе, возбуждение колебаний виброплатформы с амплитудой А и частотой f исходя из максимальных ускорений а сейсмических воздействий и определение изменения плотности грунтов, отличающийся тем, что, с целью

повышения достоверности способа исследования дисперсных грунтов, при выборе режима возбуждения виброплатформы одновременно с максимальными ускорениями а учитывают максимальные скорости v сейсмических воздействий согласно соотношениям

f or/(v A v/(27rf).

Использование: в инженерной сейсмологии и механике грунтов, а также при расчетах оснований сооружений в сейсмоактивных районах и сейсмическом микрорайонировании. Сущность изобретения: при выборе режима возбуждения виброплатформы одновременно с максимальными ускорениями учитывают максимальные скорости колебания грунтов от ожидаемых сейсмических воздействий.