Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

MULTI-DIMENSIONAL CONSOLIDATION OF SOILS CONSIDERING NON-LINEAR CREEP

Dasibekov A. 1 Yunusov A.A. 2 Korganbayev B.N. 2 Yunusova A.A. 3 Surganova M.W. 1
1 Intelleet phyzikal and math School im. N. Nazarbaeva
2 International humanitarian-technical University
3 Eurasian humanitarian Institute
1014 KB
In the present paper, the compaction of the soil massif in the form of a parallelepiped with a confining layer at depth h and with waterproof walls 2?1 and 2?2. On the top surface of the parallelepiped with sides 2a and 2b instantly applied uniformly distributed load with intensity q. Thus uprugosti of the soil obeys the nonlinear theory G.N. Maslov – N.X. Arutyunyan [1]. Of all the existing formulas adopted for the function that reflects the nonlinear dependence between stresses and strains is selected the power function of the voltage with an indicator. It is possible to obtain an analytical solution of a spatial problem of consolidation uprugosti multi-phase soils. Formulas for computing the sum of the principal stresses, changes in pore pressure and the residue compacted layer of soil for any moment of time.
seal the soil mass
consolidation
solution for the space problem

Для практики интересен случай уплотнения трехфазных грунтов конечной глубины, где может находиться водопроницаемый слой. Кроме того наличие ограничивающих стенок может иметь самостоятельный интерес. В связи с этим, рассмотрим процесс уплотнения грунтового массива в виде параллелепипеда с водоупором на глубине h и с водонепроницаемыми стенками 2?1 и 2?2. На верхней части поверхности этого параллелепипеда со сторонами 2а и 2b мгновенно приложена равномерно распределенная нагрузка с интенсивностью q. При этом упругоползучее свойство грунта подчиняется нелинейной теории Г.Н. Маслова – Н.Х. Арутюняна [1].

Решение задачи сводится к совместному исследованию следующей системы уравнений:

dasi1.wmf (1)

dasi2.wmf

dasi3.wmf, (2)

dasi4.wmf. (3)

где функция dasi5.wmf, входящая в (2), находится из выражения

dasi6.wmf; (4)

dasi7.wmf – коэффициент мгновенного уплотнения; dasi8.wmf – коэффициент объемного сжатия; dasi9.wmf – средний коэффициент пористости; dasi10.wmf – коэффициент бокового давления; к – коэффициент фильтрации; dasi11.wmf – объемный вес воды; dasi12.wmf, dasi13.wmf – определяет соответственно сумму главных напряжений и давлении в поровой жидкости для стабилизированного состояния грунта; p – давление в поровой жидкости; dasi14.wmf – параметры ползучести.

Выражения (2), (3) подставив в (1), находим

dasi15.wmf (5)

где

dasi16.wmf;

dasi17.wmf.

dasi18.wmf; dasi19.wmf; dasi20.wmf при dasi21.wmf (6)

Полученное уравнение (5) при (6) дает возможность определить сумму главных напряжений в уплотняемом грунте, который обладает нелинейной ползучестью. Однако для определения искомой функции dasi22.wmf, кроме граничных условий необходимо быть задано начальное условие. Оно имеет вид:

dasi23.wmf (7)

где dasi24.wmf – напорная функция для начального момента времени. Она применительно к двухфазной грунтовой среде была получена С.Р. Месчяном [4], которая запишется следующим образом:

dasi25.wmf

dasi26.wmf, (8)

где

dasi27.wmf

Таким образом, исследуемая задача сводится к решению уравнения (5), решение которого удовлетворяет начальному (7) и заданным граничным условиям.

Ввиду наличия малого параметра dasi29.wmf в основном нелинейном уравнений (5), решение его представим в виде бесконечного ряда, т.е.

dasi30.wmf, (9)

где dasi31.wmf – некоторая непрерывная функция, подлежащая определению.

Подставляя (8) и (2) в (5) и приравнивая коэффициентов при одинаковых степенях dasi32.wmf, получим следующую систему интегро-дифференциальных уравнений:

dasi33.wmf (10)

dasi34.wmf (11)

dasi35.wmf (12)

dasi36.wmf (13)

где

dasi37.wmf (14)

dasi38.wmf; (15)

dasi39.wmf (16)

dasi40.wmf (17)

Граничные условия данной задачи, имея в виду (9), можно представить так:

dasi41.wmf (18)

dasi42.wmf (19)

dasi43.wmf. (20)

Далее займемся определением неизвестных функции dasi44.wmf

Вначале решим уравнение (10) при граничных (18),(19) и начальном (20) условиях. Это решение получим в виде:

dasi45.wmf (21)

Здесь функция dasi46.wmf – определяется по формуле (8);

dasi47.wmf. (22)

Величины dasi48.wmf соответствуют корням характеристического уравнения вида:

dasi49.wmf,

где

dasi50.wmf.

Функция dasi51.wmf в (22) определяется из следующего выражения

dasi52.wmf

Аналогичным образом можно решить и другие уравнения системы (10)-(17). Причем вид решения n-го уравнения, удовлетворяющего краевым условиям исследуемой задачи, имеет вид:

dasi53.wmf (23)

где функции

dasi54.wmf. (24)

Функция dasi55.wmf в (24) определяется из следующего выражения

dasi56.wmf (25)

Тогда сумму главных напряжений (9), согласно выражений (21)-(25) определим из следующей зависимости

dasi57.wmf

dasi58.wmf

dasi59.wmf (26)

где функция dasi60.wmf в (26) определяется из выражения (24).

Давление в поровой жидкости, согласно [2] находится из формулы

dasi61.wmf. (27)

При этом расчетную формулу для осадки уплотняемого массива представим в виде

dasi62.wmf (28)

где

dasi63.wmf

Таким образом, формулы (26)–(28) дают возможность определить сумму главных напряжений, давление в поровой жидкости и осадок уплотняемого грунтового слоя с учетом нелинейной его ползучести. Решение этой задачи в такой постановке дает, что многие задачи теории консолидации многофазных грунтов могут быть решены с учетом их только физически нелинейности, сохранив геометрическую линеаризацию. При этом задачи сводятся к неоднородным краевым задачам консолидации упругоползучих грунтов и их решения безусловно представляют большие трудности. Однако знание собственных значений некоторых собственных функций, соответствующих однородной задачи позволяет решать и неоднородные задачи.

Из всех существующих формул, принятых за функцию, отражающую нелинейную зависимость между напряжениями и деформациями степенная функция от напряжения с целым показателем позволит построить аналитические решения для ряда задач консолидации упругоползучих однородных и неоднородных многофазных грунтов.

Следует заметить, что подобные задачи в другой постановке исследованы в [2, 3].