Menu

Основные этапы развития теории консолидации грунтов

Явления консолидации водонасыщенных грунтов — это процесс сближения частиц грунта, уменьшения объема пор, сопровождаемый отжатием из них воды. Поэтому теория консолидации грунтов может рассматриваться как задача неустановившейся фильтрации в деформируемой среде.

Постановка задачи теории консолидации как задачи фильтрации в среде с переменной пористостью принадлежит советским ученым и является естественным обобщением теории фильтрации и механики грунтов. В 1922 г. П. Н. Павловским в капитальном труде «Теория движения грунтовых вод под гидротехническими сооружениями» было впервые дано уравнение неустановившейся фильтрации при переменной пористости и проницаемости грунта. Впервые частные задачи консолидации слоя грунта (одномерная задача) были решены в 1925 г. К- Терцаги. В Советском Союзе первой в области консолидации земляных масс была работа Н. М. Герсеванова «Динамика грунтовой массы» (1933—1937), в которой была приведена неполная система уравнений пространственной задачи.

Существенным этапом развития теории консолидации грунтов явилось опубликование в 1938 г. В. А. Флориным работ, содержащих полную постановку плоской и пространственной задач консолидации трехфазного грунта, основанной на расчетной модели линейно деформируемой среды (так называемая модель объемных сил). Позднее в 1941 г. подобную модель консолидирующегося грунта предложил М. А. Био.

В 1947—1948 гг. В. А. Флориным была дана постановка плоской и пространственной задач консолидации в предположении модели грунта (названной им «основной расчетной»), допускающей принятие любых деформационных свойств скелета грунта. Все это позволило ему в 1950—1960 гг. предложить учет наличия защемленного газа, ползучести скелета грунта, начального градиента напора, структурной прочности грунта, переменности характеристик пористости и водопроницаемости грунта, любых конструктивных особенностей сооружения, постепенности его возведения и др. Все основные работы В. А. Флорина в области консолидации грунтов обобщены им в двух монографиях [33, 34]. Эта глава книги в основном базируется на работах В. А. Флорина.

Дальнейшее развитие решения задач консолидации на основе модели объемных сил В. А. Флорина и широкого учета реологических свойств грунтов получили в работах Ю. К- Зарецкого [9]. Основная расчетная модель В. А. Флорина была использована в исследованиях Л. В. Горелика [8], А. Л. Гольдина, М. Ю. Абелева, 3. Г. Тер-Мор- тиросяна [37] и др. На основе этой же модели П. Л. Ивановым решались задачи консолидации водонасыщенных песчаных грунтов с учетом необратимых деформаций виброползучести скелета грунта [10, 11].

Из зарубежных авторов следует отметить работы Н. И. Карилло, Р. Е. Гибсона, И. Манделя, Тан Тьонг-Ки и др. На различных этапах развития теории консолидации определенный вклад внесли работы Д. Е. Польшина, Я - М. Мачерета, С. А. Роза, М. Н. Гольдштейна, В. Г. Короткина и др.

Широкое практическое применение теория консолидации получила в связи со строительством высоких плотин с глинистыми ядрами, таких, как Чарвакская, Нурекская и Рогунская. Методы теории консолидации широко применяют при оценке устойчивости и емкости хранилищ отходов горнообогатительных комбинатов (хвостохранилища, шламонакопители и др.), при строительстве сооружений на «слабых» грунтах, например защитных сооружений Ленинграда от наводнений. Не меньшее значение задачи консолидации приобретают в связи с возведением сооружений и созданием установок в шельфовой зоне океанов. В настоящее время не один проект гидротехнического сооружения, имеющего в своем составе глинистые или рыхлые несвязные грунты, не обходится без расчетной оценки процессов их консолидации.

В заключение этого параграфа несколько слов о терминологии. В литературе по механике грунтов в последние годы бытует термин «фильтрационная консолидация». Под этим термином понимается случай консолидации грунтов без учета реологических свойств скелета грунта (т. е. в предположении мгновенной деформируемости скелета). Зтот термин неудачен и его не надо применять, так как любой процесс консолидации в грунте сопровождается фильтрацией воды, большей или меньшей по интенсивности.

Так же в принципе неудачно, но иногда удобно, деление всего процесса консолидации на два этапа: «первичную» и «вторичную консолидацию». Время уплотнения грунта на первом этапе принимается зависящим только от процессов фильтрации отжимаемой воды, а на этапе «вторичной консолидации» определяется только свойствами ползучести скелета грунта. Как хорошо известно,яв
ления ползучести скелета грунта оказывают существенное влияние на весь процесс уплотнения грунта, в том числе и начальное распределение давлений в по- ровой воде. Поэтому такое деление может приводить к ошибкам и его нет смысла применять, тем более что современный аппарат решений задач теории консолидации позволяет учесть влияние ползучести скелета грунта на любом этапе уплотнения.

Основой успеха в решении физически сложных задач консолидации послужило принятие К. Терцаги, Н. М. Герсевановым и особенно

В. А. Флориным трехкомпонентной модели грунта. Поэтому в предлагаемом иногда рассмотрении в задачах консолидации трехфазного грунта, как условного двухфазного (квазидвухфазного) и тем более однофазного (квазиоднофазного), нет необходимости и в ряде случаев это может приводить к ошибкам и уж безусловно является шагом назад.

 

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:5370 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8483 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:5230 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Загальні відомості про будову землі та о…

На сьогодні гірничі роботи проводять на глибинах до 1000-1500 м. В Європі є деякі копальні, глибина яких сягає близько 2000 м, в ПАР та Індії на окремих рудниках розробку провадять...

25-09-2011 Просмотров:5490 Механіка гірських порід

Форма землі й визначення положення точок…

Форма Землі. Думка про те, що Земля має форму кулі, уперше висловив в VI. в. до н.е. давньогрецький учений Піфагор, а довів це й визначив радіус Землі єгипетський математик і...

29-05-2011 Просмотров:10497 Інженерна геодезія

Основні схеми взаємодії елементів

ОСНОВНІ СХЕМИ ВЗАЄМОДІЇ ЕЛЕМЕНТІВ ОЗБРОЄННЯ ДОЛОТА З ГІРСЬКОЮ ПОРОДОЮ За принципом взаємодії з гірською породою усі механічні породоруйнуючі інструменти для буріння свердловин можна розділити на три класи: ріжуче-сколююючі, дроблячі і дробляче-сколюючі.   а...

25-09-2011 Просмотров:4215 Механіка гірських порід