Виброкомпрессия грунтов

Грунты и основания гидротехнических сооружений

профессор, д.т.н. П.Л.Иванов /избранные главы/

Виброкомпрессия грунтов.

Вибрационные воздействия или часто повторяющиеся импульсы могут вызывать существенное уплотнение достаточно рыхлых несвязных грунтов. Как уже отмечалось, несвязные грунты мало уплотняются при статических нагрузках. Если в основании сооружения залегали рыхлые несвязные грунты, то и после постройки сооружения со статическими нагрузками они остаются в рыхлом состоянии. Только динамические воздействия способны вызвать интенсивное уплотнение несвязного грунта, существенные осадки сооружений, а в ряде случаев потерю их устойчивости и раз-рушение.
Необходимым условием существенного уплотнения несвязных грунтов является разрушение их структуры динамическими воздействиями. Возможность разрушения структуры несвязных грунтов, т.е. возникновение взаимных смещений частиц и нарушение их устойчивости, в основном определяется: интенсивностью динамического воздействия, начальным статическим напряженным состоянием и плотностью сложения грунта.
Влияние этих факторов ярко отражается на результатах виброкомпрессионных испытаний песчаных грунтов. Испытания производятся в условиях невозможности бокового расширения грунта, помещая компрессионные приборы (см. рис. 1.22) на вибростолы (см. рис. 1.20), создающие инерционные воздействия различной интенсивности.
В результате испытаний строятся виброкомпрессионные кривые (рис. 1.54) связи коэффициента пористости h с ускорением колебаний h=Aw² (А — амплитуда w — частота колебаний) при различных статических сжимающих напряжениях s. Первые виброкомпрессионные кривые были получены Д. Д. Барканом и О. А. Савиновым.
При отсутствии пригрузки (s=0) рыхлый песок по мере увеличения ускорения колебаний уплотняется, приближаясь к своему максимально плотному сложению (e_min), причем каждой величине ускорения колебания соответствует своя предельно достигаемая плотность сложения. В этом случае, если начальный коэффициент пористости е₁, (рис. 1.54) меньше, чем в рыхлом состоянии (е_max). то существенное разрушение структуры непригруженного грунта начинается после достижения ускорениями колебаний критического значения h_кр и на виброкомпрессионной кривой отмечается характерный горизонтальный участок (ab на рис. 1.54).
При наличии статической нагрузки s на виброкомпрессионных кривых также наблюдается наличие горизонтальных участков, соответствующих отсутствию разрушения структуры и уплотнения грунта.
Таким образом, каждой величине статической нагрузки и начального коэффициента пористости соответствует своя величина критического ускорения колебания h_кр при достижении которого начинается разрушение структуры и уплотнение грунта.
С увеличением нагрузки s и уменьшением начального коэффициента пористости величина критических ускорений увеличивается. Как показали эксперименты (рис. 1.55), связь между критическим ускорением колебаний и статической нагрузкой близка к линейной (Н. Н. Маслов, О. А. Савинов).  Такое влияние пригрузки объясняется тем, что при разрушении структуры динамические воздействия преодолевают силы трения между частицами, а статическая сжимающая нагрузка вызывает повышение давления в контактах между частицами, увеличивая, таким образом, сопротивление их смещению. В этом заключается полезная роль пригрузок, уменьшающих или полностью ликвидирующих возможность разрушения структуры даже рыхлых несвязных грунтов.