Материал: 1390

1. МЕТОД ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТОВ

1.1. Сущность метода [10]

Метод основан на определении сопротивления грунта погружению зонда с коническим наконечником под действием последовательно возрастающего количества ударов груза постоянной массы, свободно падающего с заданной высоты.

Определение степени уплотнения грунтов методом динамического зондирования следует производить с помощью динамического плотномера (рис.1) при глубине контроля до 30 см и забивного зонда при глубине контроля более 30 см от поверхности земляного сооружения.

5

Сначала определим среднее напряжение 1 на наклонных площадках грунтового конусообразного тела.

На боковую поверхность грунтового конусообразного тела действует равнодействующая нормальная сила

где АК – площадь боковой поверхности грунтового конуса; d – диаметр стержня; l – образующая грунтового конуса:

Сила трения, обусловливающая появление на боковой поверхности грунтового конуса касательных напряжений , рассчитывается по формуле

Силами трения на боковой поверхности стержня ввиду малости пренебрегаем. При погружении стержня в грунт работу совершают силы тяжести стержня, падающего груза, нормальная сила N и сила трения F. Силой тяжести грунтового конусообразного тела ввиду малости пренебрегаем.

Определим работу сил интегрированием, используя рис.2:

где m = m1 + m2 – соответственно массы падающего груза 1 и стержня 2 (m1 = 2,5 кг, m2 = 1,12 кг); FБ – сила трения на цилиндрической поверхности тела 2.

FБ f 2d z.

По числу ударов СУД, необходимых для заглубления стержня на глубину SZ = 100 мм, определяют среднюю величину перемещения стержня в грунте за один удар:

6

тельных ударов применим теорему об изменении кинетической энергии

где Т – кинетическая энергия системы в конце процесса погружения, Т = 0; ТП – полезная кинетическая энергия, затрачиваемая на погружение стержня в грунт.

Полная кинетическая энергия, приобретаемая свободно падающим грузом массой m1 перед ударом о неподвижный стержень, рассчитывается по формуле

Подставляя в теорему об изменении кинетической энергии (10) полученные выражения (11), (13), (9), найдём

mg 10,5 d2 2 fd0,5 zK TП 0. zK

Для решения этого уравнения зададим соотношение напряженийБ 2 1, тогда

По формуле (15) составлена табл.2 нормальных напряжений 1 на наклонных площадках грунтового конусообразного тела, которые показаны в круглых скобках для случая Б 0. Установим связь нор-

мальных напряжений 1 на наклонных площадках с нормальными

7

вертикальными напряжениями z в плоскости контакта торца стержня с грунтом.

Составляя уравнения равновесия сил (см. рис.3), действующих на грунтовое конусообразное тело, и выражая силы через напряжения, окончательно найдём z = 2 1.

Рис.3. Равновесие грунтового конусообразного тела (а); диаграмма зависимости нормальных напряжений σz от перемещения стержня zi за один удар

Контактные напряжения z под плоским торцем стержня равны удвоенным нормальным напряжениям 1 на наклонных площадках поверхности грунтового конусообразного тела.

В табл.2 приведены также значения коэффициента динамичности Kд, представляющего собой отношение динамической силы к статической силе, равной весу ударной части

Кд z A. m1g

На рис. 3,б показана диаграмма зависимости нормальных напряжений z от перемещения стержня zi за один удар, которая показывает, что напряжения z = z max под плоским донышком стержня в табл. 2 являются напряжениями, характеризующими прочность грунта по пределу текучести. Диаграмма напряжений свидетельствует о том, после достижения состояния предела текучести грунт течёт перед конусообразным телом в радиальном направлении от оси стержня, освобождая пространство для его погружения.

8

Таблица 2

Классификация грунтов по категориям прочности, дополненная значениями нормальных напряжений

на горизонтальных площадках при положительных температурах (категории 1 – 4), для мёрзлых грунтов (5-я категория)

Согласно диаграмме напряжений для грунтов при забивке стержня упругая деформация zi имеет малую величину по сравнению с перемещением zi за один удар, которой можно пренебречь.

Теперь покажем влияние на напряжения z боковых сил трения на цилиндрической поверхности стержня 2. Зададим Б 0,05, тогда

2 0,05 1.

По выражению (14) вычислены значения напряжений 1 и z , которые в табл. 2 показаны без круглых скобок. Выполненные расчёты показывают, что силы бокового трения влияют на z только для рыхлых грунтов.

Динамический плотномер при заглублении в грунт совершает поступательное движение. Это даёт основание применить для расчёта процесса заглубления стержня в грунт основное уравнение динамики материальной точки

где Fzk проекции сил ударника на ось Z.

Подставляя в правую часть основного уравнения динамики (14) выражения для сил N, F и силы тяжести, после преобразования полу-

9