Расчеты консолидации упруго-ползучих водонасыщенных грунтовых оснований с учетом структурной прочности и начального градиента напора

УДК 624.131:539.215 На правах рукописи

ХАНХОДЖАЕВА ГУЛЬНАЗ ШЕГЕБАЕВНА

Расчеты консолидации упруго-ползучих водонасыщенных грунтовых оснований с учетом структурной прочности и начального

градиента напора

01.02.04 - Механика деформируемого твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Шымкент, 2010

Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете им. М. Ауезова и Казахстанском университете Дружбы народов Министерства образования и науки Республики Казахстан

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Дасибеков А.Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Баймахан Р.Б.

кандидат технических наук, доцент

Тагаев Н.С.

Ведущая организация: Кыргызский государственный уни-

верситет строительства, транспорта и

архитектуры им. Н. Исанова

Защита состоится 30 сентября 2010 года в 16 00 на заседании диссертационного совета Д. 14.23.01 при Южно – Казахстанском государственном университете им. М. О. Ауезова в ауд. 342 главного корпуса по адресу: 160012, г. Шымкент, пр. Тауке хана, 5.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Южно-Казахстанского государственного университета им. М.О. Ауезова по адресу: 160012, г. Шымкент, пр. Тауке хана, 5, каб. 215.

Автореферат разослан « » августа 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 14.23.01

доктор технических наук, профессор Волненко А.А.

Введение

Общая характеристика работы. В настоящее время в Казахстане намечены грандиозные задачи по развитию науки и капитальному строительству. Решение этих задач требует наиболее рационального использования материальных и финансовых ресурсов, выделенных на это строительство.

В связи с этим проблема проектирования и строительства высотных зданий и крупных гидротехнических сооружений на водонасыщенных глинистых грунтах ставит ряд задач для полного ее решения. Исследования причин деформации многих зданий и сооружений, построенных в различных районах Казахстана, в частности, Южно-Казахстанской области и за его пределами показали, что в основании сооружений нередко залегают водонасыщенные грунты, образовавшиеся за счет повышения грунтовых вод. Деформация же грунта при этом, определяемая воздействием на него внешнего давления, доходит до недопустимых величин.

Следовательно, для достижения наибольшего эффекта, особенно в случаях возведения крупных и ответственных сооружений на водонасыщенных глинистых грунтах учитывая при этом все необходимые условия, в которых они окажутся, следует стремиться к оценке и прогнозу скорости осадок оснований сооружений.

Актуальность проблемы. Проблема возведения промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах в последнее время приобрела особую актуальность.

Несмотря на успешную эксплуатацию этих сооружений на подобных грунтах, в целом, на практике приходиться сталкиваться с авариями и большими недопустимыми осадками грунтовых оснований. Причем анализ показывает, что причиной аварий является неправильное представление о физических и механических характеристиках самих грунтов, кроме того, не учитываются такие свойства грунтов как - неоднородность, вязкость, тип ползучести, структурная прочность, проницаемость, начальный градиент напора и др.

Учет этих факторов, безусловно, дает ясную картину, происходящую в уплотняемом грунтовом массиве. Следовательно, изучение этого вопроса является одной из актуальных задач теории механики деформируемых твердых тел.

Работа выполнялась в соответствии с госбюджетной темой, включенной в тематический план НИР ЮКГУ им. М. Ауезова Б-ТН-06-05-07 «Нелинейная ползучесть и консолидация неоднородных грунтовых оснований» на 2005-2010 годы.

Целью работы является разработка методов расчета консолидации упругих и упругоползучих водонасыщенных глинистых грунтов с учетом их неоднородности, ползучести, свойства анизотропии по водопроницаемости, структурной прочности и начального градиента напора при фильтрации, а также создание методики расчета вертикальных дрен, песчаных и известковых свай для ускорения консолидации упругих водонасыщенных неоднородных глинистых грунтов с учетом свойств анизотропии по водопроницаемости, структурной прочности и начального градиента напора.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

– установить законы изменения во времени и координатах деформативных характеристик уплотняемых водонасыщенных неоднородных глинистых грунтовых массивов;

– получить разрешающие уравнения механики водонасыщенных глинистых упругих и упругоползучих неоднородных грунтов с учетом свойства анизотропии по водопроницаемости глинистых грунтов, структурной прочности и начального градиента напора;

– решить полученные уравнения применительно к одномерной и осесимметричной задачам уплотнения двухфазной земляной среды;

– разработать расчетные формулы для вычисления давления в поровой жидкости, напряжений в скелете и осадок уплотняемых водонасыщенных грунтовых оснований;

– создать методику расчета вертикальных дрен, песчаных и известковых свай с учетом свойств анизотропии по водопроницаемости глинистых грунтов, структурной прочности и начального градиента напора при фильтрации.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

– получены уравнения механики уплотняемых неоднородных двухфазных грунтов с учетом структурной прочности и начального градиента напора при фильтрации, которые решены в одномерной и осесимметричной постановке;

– установлено влияние неоднородности грунтов на процесс уплотнения глинистых двухфазных грунтовых оснований;

– определено влияние ползучести уплотняемой среды на процесс консолидации земляных масс;

– даны расчетные формулы для вычисления порового давления, напряжений в скелете и осадок уплотняемого водонасыщенного глинистого грунтового основания для различных случаев его нагружения при учете структурной прочности грунта и начального градиента напора при фильтрации;

– предложены методы расчетов вертикальных дрен, известковых и песчаных свай с учетом свойств анизотропии по водопроницаемости глинистых грунтов, структурной прочности и начального градиента напора для ускорения консолидации неоднородных уплотняемых грунтовых оснований.

Научные положения, выносимые на защиту:

– уравнения механики неоднородных уплотняемых водонасыщенных глинистых грунтов, обладающих упругими и упругоползучими свойствами с учетом структурной прочности и начального градиента напора при фильтрации;

– решение полученных уравнений применительно к ограниченной области уплотнения;

– расчетные формулы, отражающие распределение порового давления, изменения суммы главных напряжений в скелете грунта и осадок уплотняемого грунтового массива с учетом вышеуказанных факторов;

– методы расчетов вертикальных дрен, известковых и песчаных свай с учетом структурной прочности и начального градиента напора при фильтрации.

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы заключается в том, что в работе исследованы неоднородные конечные грунтовые толщи, обладающие упругими и упругоползучими свойствами. При этом решены прикладные, в то же время практические задачи механики неоднородных грунтов с учетом структурной прочности и начального градиента напора при фильтрации.

На основе полученных решений рекомендованы методы расчетов вертикальных дрен, песчаных и известковых свай, находящихся в слабом водонасыщенном глинистом грунте.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается корректностью математических постановок задач и использованием апробированных фундаментальных методов механики деформируемого твердого тела.

Полученные решения всех задач удовлетворяют всем краевым условиям и разрешающим основным уравнениям. Сравнение полученных кривых распределения порового давления, суммы главных напряжений и осадок слоя грунта во времени и координатах, дают положительные результаты с некоторыми ранее существующими решениями частных задач, полученных другими исследователями в области консолидации грунтов.

Апробация практических результатов. Результаты работы внедрены на ТОО ПИ «Южказпроект» при проектировании грунтовых оснований четырех- и десятиэтажных жилых домов в микрорайоне «Нурсат» г. Шымкента. Годовой экономический эффект составил 2 млн. 470 тыс. тенге.

Кроме того, результаты внедрены при проведении лекционных и практических занятий по механике деформируемого тела, механике грунтов, а также в процессе выполнения курсовых и научно-исследовательских работ студентами ЮКГУ им. М. Ауезова.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях «Индустриально-инновационное развитие – основа устойчивой экономики Казахстана» (г. Шымкент, 2006); VI–Международной научно-практической конференции «Проблемы науки и образования в современных условиях», (г. Шымкент, 2009); «Ауезовские чтения – 8», (г. Шымкент, 2009); республиканской научно-практической конференции «Козыбаевские чтения – 2009», (г. Петропавл, 2009); IV–Международной конференции «Проблемы развития инженерных коммуникаций» (г. Самарканд, 2010).

Основная часть

Во введении дана оценка современного состояния рассматриваемой научной проблемы, основание и исходные данные для разработки исследуемой темы; обоснование необходимости проведения научно-исследовательской работы по проблемам уплотнения грунтов. Приведены актуальность рассматриваемой проблемы, цель и задачи диссертационной работы. Даны научная новизна, положения, выносимые на защиту, обоснованность и достоверность полученных результатов, апробация практических результатов и практическая ценность работы.

В первом разделе Дан обзор существующих теорий и проведен анализ современного состояния вопросов механики уплотняемых однородных и неоднородных глинистых грунтов. Изучены свойства слабых водонасыщенных глинистых грунтов. Сформулированы допущения для вывода основных уравнений механики уплотняемых однородных и неоднородных глинистых грунтов. Исследованы особенности проектирования естественных, искусственных оснований и их неоднородность на слабых водонасыщенных глинистых грунтах. Рассмотрен механизм консолидации многофазных грунтовых оснований.

Во втором разделе приведены теоретические основы механики уплотняемых однородных и неоднородных грунтов. Выбраны уравнения состояний упругих и упругоползучих многокомпонентных грунтов для вывода основных уравнений механики. Выведены уравнения уплотнения грунтовых оснований, обладающих упругими и упругоползучими свойствами. Сформулированы краевые условия задачи консолидации упругих и упругоползучих грунтовых оснований. Построены типовые расчетные схемы элементов ядер или экранов плотин и грунтовых оснований.

В качестве расчетной модели, приняв модель Флорина, зависимость между коэффициентом пористости и суммой главных напряжений для грунтовой среды обладающей свойством нелинейной ползучести, принята в виде:

, (1)

где

. (2)

Причем функция может быть представлена в виде

. (3)

Для линейной задачи теории механики уплотняемых пористых упругоползучих неоднородных грунтов зависимость (1) переходит к следующему виду:

, (4)

где функция , входящая в (4), находится из следующего выражения:

. (5)

Функция , входящая в (5), обычно представляется в виде:

. (6)

Основное уравнение уплотнения многофазных грунтов, без учета его ползучести запишем в виде:

L(р) = . (7)

Здесь принимает значение 0 или 1 в зависимости от рассматриваемых задач. Подставив выражения (1), (3), (5), (6) в (7) получим:

. (8)

Если состояние скелета водонасыщенного уплотняемого грунта подчиняется закону (4), т.е. где учитывается его свойство линейной ползучести, то основное разрешающее уравнение механики уплотняемых глинистых грунтов (8) имеет вид

. (9)

Начальными условиями для решения (9) будут

, (10)

. (11)

Для упругой задачи уравнение (9) имеет вид:

, . (12)

Следует заметить, что при решении некоторых задач механики уплотняемых глинистых грунтов, связанных с расчетами вертикальных дрен и песчаных свай, уместно использовать указанные выше уравнения (8), (9) соответственно при (10), (11) в цилиндрических координатах. Эти уравнения использованы в 5-ом разделе.

Уравнения (9) и (12) являются основными уравнениями консолидации, соответственно упругоползучих и упругих грунтов в прямоугольных и цилиндрических координатах. В остальных разделах диссертационной работы эти уравнения решаются при определенных начальных и граничных условиях.

Третий раздел посвящен решениям задач механики упругих неоднородных грунтов с учетом их структурности и начального градиента напора. На основе полученных решений установлены расчетные формулы, по которым произведены расчеты уплотнения грунтовых оснований. Здесь следует иметь в виду, что большинство грунтов в природном залегании обладает некоторой структурной прочностью, оказывающей существенное влияние на деформативность грунтов и скорость их уплотнения. Причем, для сильно сжимаемых водонасыщенных глинистых грунтов в начальный момент времени часть нагрузки, мгновенно приложенной нагрузки q к грунту равной по величине структурной прочности сжатия рстр, сразу же воспринимается скелетом грунта, т.е.

. (13)

Кроме того, фильтрация воды, отжимаемая из уплотняемого сильно-сжимаемого водонасыщенного глинистого грунта, через грунт в дрену протекает с отклонением от закона Дарси, т.е.

. (14)

В инженерной практике большой интерес представляет собой расчет уплотнения земляной среды конечной толщины, обладающей упругим свойством. В связи с этим в данном разделе рассмотрен процесс уплотнения неоднородного двухфазного грунтового основания с водоупором на глубине h и находящегося под действием внешней нагрузки, зависящей от времени и координаты. Здесь неоднородность грунта математически описывается одним из следующих выражений

(), (15)

(). (16)

Функция вида (15) применена Г.К. Клейном, а функция (16) Г.Я. Поповым для решения некоторых контактных задач взаимодействия балочных и круглых плит, расположенных на неоднородном грунтовом основании.

Решение уравнения (12) при начальном условии (13) применительно для рассматриваемой одномерной задачи получено в виде:

, m 2. (17)

Здесь функция зависит от величины и выражается через комбинации Бесселевых функций; - находится из трансцендентного уравнения, определяемого из граничных условий задачи.

Так как экспоненциальная функция быстро убывает при больших значениях показателя, то в (17) ограничимся только первым членом ряда. При этом решение данной задачи относительно порового давления может быть записано так:

. (18)

Напряжение в скелете грунта вычисляется по формуле

. (19)

Полученные выражения (18) и (19), соответственно, позволяют определить изменения давления в поровой жидкости и напряжений в скелете грунта для любой точки рассматриваемой конечной области уплотнения неоднородного упругого двухфазного грунта с учетом структурности и начального градиента напора при фильтрации. После того как определено напряжение в скелете уплотняемого неоднородного грунтового массива, можно вычислить и вертикальные перемещения точек верхней поверхности уплотняемого слоя грунта (осадок). При этом значения величины осадки находятся из следующей формулы:

. (20)

Отношение порового давления на q0-pстр в безразмерных координатах

– соответственно для случаев

Рисунок 1 – Изменения порового давления во времени

Осадок грунтового основания, S, м

– соответственно для случаев

Рисунок 2 – Кривые изменения осадок уплотняемого массива во времени

В качестве расчетных формул, приняв выражения (18)-(20) для конкретного грунта глубиной h = 5 м, 10м, получены числовые значения.

Результаты этих вычислений для случая показаны на рисунках 1, 2. Из приведенных на рисунках 1 и 2 теоретических кривых поровое давление - время и осадка – время видно, что эти величины во многом зависят от того, в какой степени учтены деформационные и фильтрационные свойства грунта при решении задачи уплотнения. Причем поровое давление для случаев I = 0, p=0 по значению меньше, чем I = 0 или p= 0.

Если осадка для однородного уплотняемого слоя по расчету составляет 22 см, то по формуле (20) эта величина равна 48 см, т.е. разница этих величин, составляет 26 см. Чтобы устранить это, до начало строительства сооружений необходимо произвести упрочнения водонасыщенных глинистых грунтов путем механического уплотнения, т.е. трамбовки площадки, на которой строится сооружение.

В данном разделе также рассмотрен ряд задач консолидации, имеющий прикладное значение. Построены эпюры изменения порового давления, напряжения в скелете грунта и осадок уплотняемого неоднородного грунтового массива с учетом структурности и начального градиента напора при фильтрации.

Кроме того даны расчеты консолидации грунтов, модуль деформации которых меняется по экспоненциальному закону глубины с учетом вышеуказанных факторов.

Результаты данного раздела внедрены при проектировании 4-х этажного жилого дома в г. Шымкент с экономическим эффектом 1 млн. 300 тыс. тенге.

В четвертом разделе исследован ряд задач механики уплотняемых водонасыщенных упругоползучих неоднородных грунтов с учетом структурной прочности и начального градиента напора при их фильтрации. При этом уплотняемый грунт водонасыщен и обладает свойством ползучести. Состояние скелета грунта описывается теорией упругоползучего тела Г.Н. Маслова – Н.Х. Арутюняна. Основное уравнение механики уплотняемых водонасыщенных неоднородных глинистых грунтов (9) преобразовано для одномерной задачи.

Решение этого уравнения при (16) и начальных условий (10), (13) применительно к задаче, рассмотренной в разделе 2, когда модуль деформации изменяется по экспоненциальной зависимости, определяется формулой

, (21)

где

.

Величина находится из трансцендентного уравнения, определяемого из граничных условий.

Так как в данной задаче интересно знать значения порового давления в течение длительного промежутка времени после начала процесса фильтрационной консолидации (порядка одного года) и в связи с тем, что экспоненциальная функция при больших отрицательных показателях быстро убывает, то можно ограничиваться одним членом ряда (21). Тогда давление в поровой жидкости находится из следующей расчетной формулы

. (22)

Напряжение в скелете водонасыщенного глинистого неоднородного грунта вычисляется формулой вида

. (23)

Здесь через функцию обозначена величина, выраженная в фигурной скобке. Вертикальные перемещения точек верхней поверхности водонасыщенного глинистого грунта (осадок) вычисляются при помощи расчетной формулы

. (24)

Пользуясь расчетными формулами (22)-(24), вычислены-давление в поровой жидкости, напряжение в скелете грунта и вертикальные перемещения точек верхней поверхности неоднородного уплотняемого водонасыщенного глинистого грунтового основания с учетом линейной ползучести, структурной прочности и начального градиента напора при фильтрации. Причем эти величины во многом зависят от того, в какой степени учтены деформационные и фильтрационные свойства грунта при решении задачи уплотнения. Учет переменности коэффициента сжимаемости дает возможность точнее изучить процесс консолидации земляных масс. Их анализ дает то, что при переменном по глубине коэффициенте сжимаемости распределение внешней нагрузки между давлением в поровой жидкости и напряжением в скелете грунта происходит быстрее, чем при постоянной величине этого параметра

В данном разделе также исследован процесс уплотнения неоднородного упругоползучего слоя грунта под действием нагрузки, линейно возрастающей и убывающей по глубине. Кроме того изучено уплотнение грунтового основания, расположенного между фильтрующими слоями, когда модуль деформации грунта изменяется в виде степенной и экспоненциальной функции глубины.

Результаты работы внедрены на ТОО ПИ «Южказпроект» при проектировании грунтовых оснований десятиэтажных жилых домов в микрорайоне «Нурсат» г. Шымкент. Годовой экономический эффект составил 1 млн. 170 тыс. тенге.

Пятый раздел посвящен развитию идей, изложенных в первых трех разделах. Если в третьем и четвертом разделах уплотнение неоднородных упругих и упругоползучих грунтов с учетом их структурности и начального градиента напора рассматривалось в одномерной постановке, то в данном разделе этот процесс изучается в осесимметричной постановке. Здесь, чтобы определить начальное значение порового давления при определенных краевых условиях, решено уравнение вида

. (25)

Полученное решение уравнения (25) использовано в качестве начального условия и дан расчет консолидации грунтовых оснований при устройстве вертикальных дрен c учетом структурной прочности сжатия грунта и начального градиента напора при фильтрации. Здесь в качестве примера исследована насыпь автомобильной дороги высотой 10 м и шириной 30 м из суглинка, когда возводится на слое водонасыщенных суглинков толщиной 8 м. Определено время, необходимое для укладки бетонного покрытия дороги при устройстве песчаной подушки и степень консолидации основания через год при устройстве вертикальных песчаных дрен диаметром 40 см через 4 м.

В данном разделе также исследован процесс уплотнения неоднородных упругих грунтов вокруг песчаных свай c учетом структурной прочности сжатия грунта и начального градиента напора при фильтрации и приведен его расчет.

Заключение

Краткие выводы по результатам диссертационного исследования

1. В работе дан механизм консолидации двухфазных грунтовых оснований с учетом их неоднородности, ползучести, начального градиента напора и структурной прочности.

2. Выведены уравнения уплотнения неоднородных грунтовых оснований, обладающих упругими и упругоползучими свойствами. Сформулированы краевые условия задачи консолидации упругих и упругоползучих грунтовых оснований с учетом структурности начального градиента напора при фильтрации. Построены типовые расчетные схемы элементов ядер или экранов плотин и грунтовых оснований.

3. Получены решения задач механики уплотняемых упругих и упругоползучих неоднородных водонасыщенных глинистых грунтов с учетом начального градиента напора и структурной прочности сжатия. Их анализ показал, что учет переменности модуля деформации по глубине приводит к качественно новым результатам.

4. Получены расчетные формулы для вычисления давлений в поровой жидкости, суммы главных напряжений и осадок уплотняемого упругого грунтового основания с учетом изменения его модуля деформации по глубине. Из приведенных кривых поровое давление - время и осадка – время видно, что эти величины во многом зависят от того, в какой степени учтены деформационные и фильтрационные свойства грунта при решении задачи уплотнения. Значения осадки для неоднородных грунтов по величине получились меньше, чем для однородных.

5. Изучен процесс уплотнения неоднородного упругоползучего водонасыщенного грунта, находящегося под действием нагрузки, линейно-возрастающей по глубине. Дано решение задачи механики об уплотнении грунтовых оснований под действием нагрузки, изменяющейся по линейному закону. Рассмотрено уплотнение грунта, расположенного между фильтрующими слоями. Дан расчет консолидации упругоползучих грунтовых оснований, модуль деформации которых меняется по экспоненциальному закону глубины при устройстве песчаной подушки.

6. Пользуясь полученными новыми расчетными формулами и табулированными значениями , вычислены величины порового давления, напряжения в скелете грунта, степень консолидации, а также осадки для любого промежутка времени от начала нагружения грунтового массива.

7. Дан расчет консолидации грунтовых оснований при устройстве вертикальных дрен с учетом их неоднородности, начального градиента напора и структурной прочности грунта.

8. Определено распределение мгновенных поровых давлений в анизотропной среде по водопроницаемости грунтов. Получены расчетные формулы для нахождения распределения поровых давлений в анизотропной среде по водопроницаемости грунтов для любого момента времени. Приведен расчет консолидации неоднородных грунтовых оснований при известковых сваях.

Оценка полноты решений поставленных задач.

Весь круг задач, поставленных перед данной работой, решен. Цель достигнута. Результаты исследований, их оценка, апробация и внедрение в производство подтверждает обоснованность и полноту решений поставленных перед работой задач.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов.

Методики оценки напряженно-деформированного состояния упругих и упругоползучих грунтовых оснований с учетом их структурной ползучести и начального градиента могут быть рекомендованы научным, инженерно-техническим работникам проектных и научно-исследовательских институтов для совершенствования методов расчета и проектирования грунтовых оснований и ядер плотин. Кроме того эти разработки могут быть рекомендованы преподавателям вузов при преподавании курса теоретической механики, сопротивления материалов и механики грунтов.

Исходными данными по конкретному использованию результатов работы являются физико-механичекие характеристики материала уплотняемого грунтового массива, его геометрические размеры, эксплуатационные нагрузки.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения подтверждается предварительными расчетами и актами внедрения некоторых результатов в ТОО ПИ «Южказпроект» при проектировании оснований 4-х и 10-ти этажных жилых домов с экономической эффективностью более чем 2 млн. 470 тыс. тенге.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области.

Результаты диссертационного исследования обладают научной новизной и значительно дополняют ранее известные научные данные из области механики деформируемого твердого тела, связанные с расчетами грунтовых оснований и ядер плотин. Предлагаемые методы расчета дают возможность оценить напряженно-деформированные состояния упругих и упругоползучих неоднородных грунтовых оснований с учетом их структурной прочности и начального градиента напора.

В работе предложены новые расчетные формулы для определения давления в поровой жидкости, суммы главных напряжений и значений вертикальных перемещений точек верхней поверхности уплотняемых упругих и упругоползучих грунтовых оснований.

Условные обозначения: x,y,z – координаты точки в пространстве, см; – коэффициент бокового давления, безразмерная величина; – время приложения нагрузки, сутка; n– размерность задачи, безразмерная величина; q– внешняя нагрузка, МПа;– сумма главных напряжений для стабилизированного состояния грунта, МПа; – поровое давление для этого же состояния, МПа; – давление в поровой жидкости, МПа; – сумма главных напряжений, МПа; – изменяющийся во времени коэффициент пористости, безразмерная величина; – начальный коэффициент пористости, безразмерная величина; – коэффициент уплотнения, МПа; М(x,y,z)– исследуемая точка уплотняемого массива; а1, 1– параметры ползучести, МПа и ; Е–модуль деформации грунта, МПа; k– коэффициент фильтрации, с; ср – средний коэффициент пористости, безразмерная величина; – объемный вес воды (); – напряжение в скелете грунта, МПа; – символ Кронекера; – оператор Лапласа; – осадка уплотняемого грунтового слоя, см; – опытные данные, МПа и .

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Дасибеков А., Камбарова О.Б., Ханходжаева Г.Ш. Осесимметричная задача консолидации грунтовых оснований с коэффициентом фильтрации, зависящим от порового давления //Материалы международной научно-практической конференции. –Шымкент, 2006.- С.310-312.

2. Дасибеков А., Ханходжаева Г.Ш., Юнусов А.А, Саржанова М.Ж., Такибаева Г.А. Расчет консолидации неоднородных упругоползучих слабых водонасыщенных глинистых грунтов //Тр. VI-Международной научно-практической конференции «Проблемы науки и образования в современных условиях». –Шымкент, 2009.- т.2, - C.71-75.

3. Дасибеков А. Ханходжаева Г.Ш., Юнусов А.А, Саржанова М.Ж., Такибаева Г.А. Расчет консолидации неоднородных грунтов основания при устройстве песчаной подушки //Тр. VI-Международной научно-практической конференции «Проблемы науки и образования в современных условиях». –Шымкент, 2009. т.2, - C.76-80.

4. Дасибеков А., Ханходжаева Г.Ш., Камбарова О.Б., Саржанова М.Ж., Такибаева Г.А. Задача уплотнения при приложении к поверхности неоднородного грунта линейно-возрастающей по глубине нагрузки //Международная научная конференция «Ауезовские чтения». –Шымкент, 2009. - С.271-275.

5. Дасибеков А., Ханходжаева Г.Ш., Камбарова О.Б., Такибаева Г.А., Саржанова М.Ж. Уплотнение неоднородных упругоползучих грунтов //Международная научная конференция «Ауезовские чтения». –Шымкент, 2009. - С.267-271.

6. Дасибеков А., Ханходжаева Г.Ш., Юнусов А.А., Такибаева Г.А., Саржанова М.Ж. Расчет на уплотнение упругоползучих неоднородных грунтов при устройстве песчаной подушки //Материалы республиканской научно-практической конференции «Козыбаевские чтения - 2009». –Петропавл, 2009. - C.3-7.

7. Дасибеков А., Ханходжаева Г.Ш., Юнусов А.А., Такибаева Г.А., Саржанова М.Ж. Расчет неоднородных грунтовых оснований при устройстве песчаной подушки //Материалы республиканской научно-практической конференции «Козыбаевские чтения - 2009». –Петропавл, 2009. - C.8-12.

8. Ханходжаева Г.Ш. Расчет консолидации упругих и упругоползучих неоднородных грунтовых оснований //Международная научная конференция «Ауезовские чтения-8». –Шымкент, 2009. -Т.6, - С.383-388.

9. Дасибеков А., Юнусов А.А., Ханходжаева Г.Ш. Распределение мгновенных поровых давлений в анизотропной по водопроницаемости глинистых грунтах //Механика и моделирование процессов технологии. –Тараз, 2010, №1. - С.27-31.

10. Дасибеков А., Юнусов А.А., Ханходжаева Г.Ш. К расчету уплотнения неоднородного грунта, расположенного между фильтрующими слоями //Механика и моделирование процессов технологии. –Тараз, 2010, №1. - С.52-55

11. Дасибеков А., Ханходжаева Г.Ш. Уплотнение грунта, расположенного между фильтрующими слоями //Наука и образование Южного Казахстана. –Шымкент, 2010, №4(83). - С.78-129

12. Дасибеков А., Юнусов А.А., Ханходжаева Г.Ш. О применимости теории фильтрационной консолидации к слабым неоднородным грунтам

//Наука и образование Южного Казахстана, –Шымкент, 2010, №3(82). - С.88-144.

13. Дасибеков А., Юнусов А.А., Ханходжаева Г.Ш., Абжапбаров А.А. Расчет одномерной консолидации неоднородных упругоползучих водонасыщенных грунтов //Материалы международной научно- технической конференции «Современные проблемы геотехники и строительства транспортных сооружений» посвященной 70-летию со дня рождения проф. Исаханова Е.А. –Алматы, 2010. - С.59-63.

14. Мирзакабилов С.М, Дасибеков А., Ханходжаева Г.Ш., Абжаббаров А.А, Айдашева Г.А. //Материалы IV международной конференции «Проблемы развития инженерных коммуникаций». –Самарканд, 2010. - С.154-155.

Ханходжаева Гульназ Шегебаевна

«Серпімдіжылжымалы суа аны грунттар негізіні структуралы беріктілігі мен бастапы су кшіні градиенті есепке алынан шатаы тыыздалуыны есептелуі»

01.02.04 – Деформацияланатын атты дене механикасы мамандыы бойынша техника ылымдарыны кандидаты ылыми дрежесін алуа арналан диссертацияа

ТЖЫРЫМ

Зерттеу немесе зірлеу нысаны. Бл диссертациялы жмысты зерттеу нысанына біртекті емес серпімді жне серпімдіжылжымалы асиеттерге ие топыра алыдытары, вертикаль дрендер, мда, езілген ізбес свайлары жатады. Структуралы беріктілігі мен бастапы су кшіні градиенті есепке алынан кездегі біртекті емес механиканы бірлшемді жне сі симметриялы есептері шешілген. Бл шешімдер суа аны саз балшыты грунттар негізіні кеуегіндегі су ысымыны, скелеттегі кернеу кшіні жне жоары бет нктелеріні вертикаль кшулеріні мндерін анытауа ммкіндік берді.

Жмысты масаты. Жмысты негізгі масаты серпімді, серпімдіжылжымалы суа аны саз балшыты грунттарды біртекті жне біртекті емес асиеттері, структуралы беріктілігі мен бастапы су кшіні градиенті жне су аымыны анизотропиялы касиеттері есепке алынан кездегі механиканы бірлшемді жне ске симметриялы есептерін шешу. Аныталан шешімдер бойынша вертикаль дрендерді, мда, езілген ізбес свайларды есептеу шін керек болатын формулаларды анытау.

Жмысты жргізу тсілдері мен дістері. Жмыста серпімді, серпімдіжылжымалы біртекті емес топыра негіздерін, вертикаль дрендер, мда, езілген ізбес свайларды есептеу кезінде кптеген ылыми ізденушілерді негізгі тсілдері мен дістері олданылан.

Жмысты нтижелері: тыыздалушы біртекті емес топыра механикасыны жаа тедеулері аныталан; бір текті емес суа аны грунттарды структуралы беріктілігі мен бастапы су кшіні градиенті есепке алынан шатаы механиканы тыыздалу шектік есебі бірлшемді жне ске симметриялы болан шата шешілген; топыраты бір текті еместілігі, серпімдіжылжымалы асиеттері суа аны саз балшыты грунттарды тыыздалуына крсететін сері аныталан; суа аны саз балшыты грунттар негізіні кеуегіндегі су ысымыны, скелеттегі кернеу кшіні жне жоары бет нктелеріні вертикаль кшулеріні мндерін анытайтын есептеу формулалары берілген; вертикаль дрендерді, мда, езілген ізбес свайларды есептеу шін керек болатын формулалар аныталан;

Негізгі конструкциялы, технологиялы шешімдерді жне техниканы пайдалану сипаттары.

Жмыс рылымы теориялы ізденуге негізделген. Сол себептенде жмыс конструктивті жне технологиялы шешімдерді ажет етпейді. Себебі ол теорияа негізделіп, практикаа тікелей жол ашады. Барлы мселелерді табылан шешімдері математикалы анализді аналитикалы дісіне негізделген. Жмыста негізгі сипаттамалар шін топыраты физика мен механикалы асиеттері абылданан.

Жмыс нтижелерін ендіру дегейі. Диссертациялы жмысты нтижелері «Южказпроект» ЖИ ЖШС жымына берілді. Ол трт жне он абатты имараттарды фундаменттері мен топыра негіздерін жоспарлау шін олданылды. Мнда бес жне он абатты йді жалпы экономикалы тиімділігі 2,47 млн. тенгені рады. Сонымен атар жмысты нтижелері М.уезов атындаы Отстік азастан Мемлекеттік Университетіні оу процесінде олданылып жатыр.

Жмыс нтижелерін енгізу сыныстары немесе ылыми-зерттеу жмыстарын ендіру нтижелері. Жмыс нтижелері жобалаушылар мен ылыми-зерттеу институттарыны ызметкерлеріне сынылуы ммкін. Олар оны табиатты ерекше шартты жадайларындаы топыра негіздері мен плотинаны ядросын жоспарлау шін олданулары мумкін.

Сонымен атар жмыс нтижелері топыра негіздерін жоспарлау шін, деформацияланатын атты денелер механикасы пні бойынша дріс пен практика сабатарын беруге жне студенттермен ылыми-зерттеу жмыстарын жргізуге сынылды.

олдану саласы. Зерттеу нтижелерін табиатты крделі шарттарына бойсынан топыра негіздеріні кернеуі мен оны деформациясын анытау кезінде деформацияланатын атты дене механикасыны есептерін шешуде олдануа болады.

Сонымен атар жмысты кейбір нтижелері топыра механикасы, негіздер мен іргетастарды жобалаушы ызметкерлерді ызытыруы ммкін.

Жмысты экономикалы тиімділігі немесе маыздылыы. Жмысты экономикалы тиімділігі трт жне он абатты йлерді топыра негіздерін жобалау кезінде 2,47 млн. тенгені рады. Жмысты маыздылыына онда шексіз топыра аттамы емес, грунттарды шектеулі абаты алынып оларды жоары бетіні кшуі зерттелген.

Зерттеу нысанын дамытуды жобалы болжамы. азіргі кезде крделі рылысты негізгі мселесі, ол жаа технологияа жне техникаа сйене отырып Казастанны ндірісіні потенциалын сіру. Диссертациялы ізденісті нтижелері ылыми жаалытардан трып, деформацияланатын атты дене механикасыны грунттар негізі мен плотина ядросын жобалауа арналан есептеріні рамын толтыра тседі.

Бл жмыста сынылып отыран діс серпімді, серпімдіжылжымалы суа аны саз балшыты грунттарды біртекті жне біртекті емес асиеттері, структуралы беріктілігі мен бастапы су кшіні градиенті жне су аымыны анизотропиялы касиеттері есепке алынан кездегі механиканы бірлшемді жне ске симметриялы есептеріні шешуін ала жылжытады.

Khankhodjayeva Gulnaz Shegebayevna

Water Saturated Sub Grades Elastic Creeping Consolidation Calculations at a Given Structural Utmost Durability and Pressure Initial Gradient

Summary

Thesis for the Candidate of Science Degree (Technical Science)

Specialty 01.02.04 –Mechanics of the Deformable Solids

Research Objective – are the heterogeneous finite ground strata, vertical drains, sandy, lime piles, possessing the elastic and elastic-creeping properties. Dimensional and axisymmetric problems of the heterogeneous ground strata mechanics at a given structural utmost durability and pressure initial graduate have been solved.

Purpose of the Research – are the solutions of the dimensional and axisymmetric problems of the elastic and elastic-creeping water saturated clay soils mechanics at a given heterogeneity, structural utmost durability, pressure initial gradient at filtration and anisotropy characteristics concerning the clay soils permeability. Another purpose of the research is basing on these solutions state the calculation formula for the vertical drains, sandy and lime piles.

Research Method or Methodology. Mathematical analysis and mechanics of the deformable solids>

Research Results.

new equations of the sealing heterogeneous two-phase primers mechanics have been obtained; in the dimensional and axisymmetric light the boundary value problems of the heterogeneous water saturated clay soils mechanics have been solved at a given structural utmost durability and pressure initial gradient at filtration; primers heterogeneity influence on the clayey two phase primers base sealing process has been stated; the sealed medium creep influence on the earthen masses consolidation has been determined; calculation formula have been presented for the: pore pressure, framework pressures, and sealed water saturated clayey sub grades draft for the different loadings; vertical drains, sandy and lime piles calculations have been presented; permeability soils anisotropy influence on the elastic and elastic-creeping water saturated clayey heterogeneous soils strained-deformed state has been determined.

Main Constructive, Technical and Operational Specifications. The Research paper is mainly based on the theoretical investigations, that’s why it doesn’t need any constructive, or technical and operational specifications. The research problems are solved analytically and are to be covered by the numerical calculation formula.

Degree of Implementation. It is confirmed by the preliminary calculations and implementation acts of the ‘Yuzhkazproject’, Ltd in developing the foundations of the five- and ten storied dwelling houses, efficiency is more than 2 million 470 thousand Kazakh Tenge.

Implementation Recommendations or the Research Implementation Results. The research results may be recommended to the designing companies and research institutions for the calculation of the dams sub grades and cores, being in the difficult natural conditions. Some results, such as pore liquid pressure determination, soil skeleton stress, sealing arrays upper surface vertical movements, have been introduced in the ‘Yuzhkazproject’, Ltd and are used as a supplementary material in teaching theoretical disciplines ‘Theoretical Mechanics’, and ‘Strength of Materials’ in the South Kazakh State university named after M. Auesov learning process.

Sphere of Application. The research results may be applied in the mechanics of the deformable solids while determining the stressed- deformed condition of the sub grades in the difficult natural conditions. Besides, some points may be of interest for the researchers engaged in the theoretical problems of the soil and foundation mechanics.

Research Efficiency and Significance. The research is significant, because the research objective is not the infinite, but final heterogeneous soil strata, vertical drains, sandy, lime piles, possessing the elastic and elastic-creeping properties. Dimensional and axisymmetric problems of heterogeneous soils mechanics have been solved. These solutions have enabled us to determine the pore pressure, soil skeleton stress and vertical movements of the sealed heterogeneous water saturated clayey sub grades upper surface full points.

The solutions found provided for the following formula: calculations of the vertical drains, sandy, lime piles in the weak water saturated clayey soil.

Research Objective Development Forecast Assumptions.

The research results are scientifically innovative and are supplementing the already existing data in the mechanics of the deformable solids, referring to the dam sub grade and cores calculations. The research calculation methods provide for the evaluation of the stressed-deformed state of the elastic and elastic- creeping heterogeneous sub grades at a given structural utmost durability and pressure initial gradient.

The research suggests some new calculating formula for the pressure in the pore liquid determination, main stresses sum, and vertical movements of the sealed heterogeneous water saturated clayey sub grades upper surface full points.

Подписано в печать 27.08.2010 г. Формат 6084 1/16.

Объем 1,25 п.л. Печать офсетная. Заказ №1808. Тираж 100 экз.

Издательский центр ЮКГУ им. М.Ауезова

г. Шымкент, проспект Тауке-хана, 5