RU2592038C2 - Khrustalev method of determining mechanical parameters of material medium in mass - Google Patents

Khrustalev method of determining mechanical parameters of material medium in mass Download PDF

Info

Publication number
RU2592038C2
RU2592038C2 RU2014133913/28A RU2014133913A RU2592038C2 RU 2592038 C2 RU2592038 C2 RU 2592038C2 RU 2014133913/28 A RU2014133913/28 A RU 2014133913/28A RU 2014133913 A RU2014133913 A RU 2014133913A RU 2592038 C2 RU2592038 C2 RU 2592038C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
medium
coefficient
pressure
array
determined
Prior art date
Application number
RU2014133913/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014133913A (en
Inventor
Евгений Николаевич Хрусталёв
Original Assignee
Евгений Николаевич Хрусталёв
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Николаевич Хрусталёв filed Critical Евгений Николаевич Хрусталёв
Priority to RU2014133913/28A priority Critical patent/RU2592038C2/en
Publication of RU2014133913A publication Critical patent/RU2014133913A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592038C2 publication Critical patent/RU2592038C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to "Physics of material contact interaction" of ponderable medium in its mass and at edges of slopes in natural and disturbed state. At depth h in ponderable material mass, determining on collected samples of medium in laboratory conditions parameters angle φstr internal friction, cstr - specific adhesion and γstr - specific weight of medium. Calculating based on relationships
Figure 00000050
Figure 00000051
γ h = p b t g φ h + c h h
Figure 00000052
- respectively parameters for internal friction, specific adhesion and specific weight of medium at depth of testing in structurally disturbed state, where pb=(γstrh-cstr)ctgφstr - natural pressure at depth h. Determining value of tangential natural pressure at depth h as px=pystrh or px=pyh(h). Determining parameters of coefficient of total lateral pressure of medium at rest ζ 0 s t r = t g φ s t r ,
Figure 00000053
at failure of natural structure of mass ζ 0 h = t g φ h ,
Figure 00000054
in walls of open basin
Figure 00000055
and in walls of an open basin with a deformed structure
Figure 00000056
Coefficients of total relative transverse deformation of medium in mass are respectively defined by relationship
Figure 00000057
Figure 00000058
and side walls of open basin,
Figure 00000059
Figure 00000060
where patm=1.033 kg/cm2 - normal atmospheric pressure on material medium γ h = p b t g φ h + c h h
Figure 00000061
- specific weight of medium with a deformed structure.
EFFECT: increased reliability and accuracy of determining physical parameters of soils.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия», конкретно к способу определения механических параметров связной материальной среды - коэффициента ее общего бокового давления ζ0 и ее общей относительной поперечной деформации ν0 (аналогично коэффициенту Пуассона для упругой среды).The invention relates to the field of “Physics of material contact interaction”, and specifically to a method for determining the mechanical parameters of a coherent material medium — its total lateral pressure coefficient ζ 0 and its total relative transverse deformation ν 0 (similar to the Poisson's ratio for an elastic medium).

Известен способ определения коэффициента общего бокового давления ζ0 материального массива, заключающийся в том, что на заданной глубине h массива определяют в заданной точке величину вертикального гравитационного (бытового) давления рб=pz от собственного веса вышележащих слоев среды и величину бокового горизонтального давления рху, например, с помощью задавливаемых плоских датчиков давления - мессдоз, коэффициент общего бокового давления среды определяют через выражение ζ0=px/pz=py/pz и набирают статистические данные о значении коэффициента ζ0 для различных видов материальной среды, а коэффициент общей относительной поперечной деформации материальной среды определяют по зависимости ν0xzуz0/(1+ζ0), где εxy и εz - относительные деформации среды в точке массива в горизонтальном и вертикальном направлении [1, 2].A known method for determining the coefficient of total lateral pressure ζ 0 of the material array, which consists in the fact that at a given depth h of the array determine the value of the vertical gravitational (household) pressure p b = p z of the own weight of the overlying layers of the medium and the value of the lateral horizontal pressure p x = p y, for example, using crushing flat pressure sensors - force cell, common side medium pressure ratio is determined through the expression of ζ 0 = p x / p z = p y / p z and gaining statistical significance of the data oeffitsienta ζ 0 for different types of material of the medium, and the coefficient of the total relative transverse deformation of the material of the medium is determined from the dependence of ν 0 = ε x / ε z = ε y / ε z = ζ 0 / (1 + ζ 0), where ε x = ε y and ε z are the relative deformations of the medium at the point of the array in the horizontal and vertical directions [1, 2].

Испытание материальной среды в массиве с помощью задавливаемых датчиков давления - мессдоз в вертикальном и горизонтальном направлении - трудоемкая операция, не позволяющая получать достоверные данные о давлениях в точке материального массива в вертикальном и горизонтальном направлении в связи с нарушениями естественного природного состояния массива при задавливании датчиков давления и при бурении, при необходимости, опробируемой скважины.Testing the material environment in the array with the help of pressure sensors for pressure measurement - vertical and horizontal pressure doses is a laborious operation that does not allow reliable data on the pressures at the point of the material array in the vertical and horizontal directions due to disturbances in the natural state of the array when the pressure sensors are crushed and when drilling, if necessary, the tested well.

Статистические принимаемые для расчета данные о коэффициенте ζ0 и ν0 являются весьма отдаленными от действительных и имеют широкий разброс для одной разновидности среды.The statistical data for the calculation of the coefficients ζ 0 and ν 0 are very remote from the real ones and have a wide spread for one kind of medium.

Известен способ определения механических параметров материальной среды в массиве на заданной глубине h, заключающийся в том, что по результатам предварительных исследований на глубине h массива среды ненарушенной структуры получают параметр угла φстр ее внутреннего трения и удельное сцепление сстр, отличающийся тем, что значение коэффициента общего бокового давления определяют по зависимости Й. Яки ζ 0 = 1 sin φ c т p 1 + sin φ c т p ( 1 + 2 3 sin φ c т p )

Figure 00000001
для песчаных грунтовых сред с удельным сцеплением сстр≈0 и по зависимости Г.А. Спальвинга для связных глинистых грунтовых сред - ζ0=[1+2(tgφстрстрб)]-1, где рб - гравитационное (бытовое) давление, при этом коэффициент общего бокового давления среды определяют как отношение горизонтального к вертикальному давлению ζ0=px/pz=py/pz на заданной глубине h материального массива, а значение коэффициента общей относительной поперечной деформации материальной среды определяют по зависимости ν0xzyz0/(1+ζ0), где εxy и εz - относительные деформации среды в точке массива в горизонтальном и вертикальном направлении [3].A known method for determining the mechanical parameters of the material medium in the array at a given depth h, which consists in the fact that according to the results of preliminary studies at an depth h of the medium array of the undisturbed structure, the angle parameter φ p of its internal friction and specific adhesion with p are obtained, characterized in that the coefficient value total lateral pressure is determined by the dependence of Y. Yaki ζ 0 = one - sin φ c t p one + sin φ c t p ( one + 2 3 sin φ c t p )
Figure 00000001
for sandy soil environments with specific adhesion with p ≈ 0 and according to G.A. Spalving for cohesive clayey soil is ζ 0 = [1 + 2 (tgφ p + s p / p b )] -1 , where p b is gravitational (household) pressure, and the coefficient of the total lateral pressure of the medium is determined as the ratio of horizontal to vertical pressure ζ 0 = p x / p z = p y / p z at a given depth h of the material array, and the value of the coefficient of the total relative transverse deformation of the material medium is determined by the dependence ν 0 = ε x / ε z = ε y / ε z = ζ 0 / (1 + ζ 0 ), where ε x = ε y and ε z are the relative deformations of the medium at the array point in the horizontal and vertical directions and [3].

Недостатком известного способа определения коэффициента ζ0 является ограниченность применения зависимостей Й. Яки и Г.Л. Спальвинга соответственно только для чистых песков и глинистых грунтовых сред. Эти зависимости не учитывают истинного значения гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды, которое следует предварительно получить на основании дополнительных тщательных опытов.The disadvantage of this method of determining the coefficient ζ 0 is the limited use of the dependencies J. Yaki and G.L. Spalving, respectively, only for clean sands and clayey soil. These dependencies do not take into account the true value of gravitational (everyday) pressure in the mass of the material medium, which should be obtained first on the basis of additional thorough experiments.

Из положений «Физики материального контактного взаимодействия» известно, что любая материальная среда характеризуется через физические параметры ее угла «φ» внутреннего трения и удельного сцепления «с» как в структурированном, так и в нарушенном состоянии, тогда технический результат по способу определения механических параметров материальной среды в массиве, заключающемуся в том, что предварительно определяют на заданной глубине h массива физические параметры прочности среды ненарушенной структуры - угол φстр внутреннего трения и удельное сцепление - сстр, коэффициент общего бокового давления среды определяют по зависимости ζ0=px/pz=py/pz, где рх=py - боковое горизонтальное давление, а pz - вертикальное давление на глубине h, коэффициент относительной поперечной деформации среды определяют по зависимости ν0xzуz0/(1+ζ0), где εxy и εz - относительная деформация среды в точке массива в горизонтальном и вертикальном направлении, достигается тем, что на заданной глубине h материального массива определяют удельный вес γстр структурированной среды и рассчитывают величину ее бокового горизонтального гравитационного давления как рхуcтph, коэффициент общего бокового давления структурированной среды определяют по зависимости ζ 0 c т p = t g φ c т p

Figure 00000002
при pzб+ccтpctφстр, где гравитационное бытовое давление рб=(γcтph-сстр)ctgφстр, а для массива материальной среды с нарушенной структурой от динамического или статического воздействия определяют удельный вес среды нарушенной структуры γ н = p б t g φ н + c н h
Figure 00000003
, боковое давление рх=pyнh, коэффициент общего бокового давления определяют по зависимости ζ 0 н = t g φ н
Figure 00000004
, где φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр, снстр[2-tgφн/tgφстр] - соответственно угол внутреннего трения и удельное сцепление среды с нарушенной структурой при вертикальном давлении pzбнctgφн; при этом замеряют атмосферное давление ратм или его принимают нормальным по величине ратм=1,033 кГ/см2 и в стенках открытой вертикальной выработки в массиве структурированной среды коэффициент общего бокового давления определяют по зависимости
Figure 00000005
, а в стенках открытой вертикальной выработки в массиве среды с нарушенной структурой коэффициент общего бокового давления определяют по зависимости
Figure 00000006
, при этом определяют удельный вес структурированной среды γстр, а коэффициент общей относительной поперечной деформации структурированной среды в массиве рассчитывают по зависимости
Figure 00000007
, коэффициент общей относительной поперечной деформации материальной среды с нарушенной структурой рассчитывают по зависимости
Figure 00000008
, на открытой боковой поверхности выработки в массиве структурированной среды определяют ее удельный вес γстр и рассчитывают коэффициент ее общей относительной поперечной деформации по зависимости
Figure 00000009
, а в стенках открытой вертикальной выработки в массиве с нарушенной структурой определяют коэффициент общей относительной поперечной деформации по зависимости
Figure 00000010
.From the provisions of the “Physics of Material Contact Interaction” it is known that any material medium is characterized through the physical parameters of its angle “φ” of internal friction and specific adhesion “c” both in a structured and broken state, then the technical result is by the method of determining the mechanical parameters of the material of the medium in the array, which consists in preliminarily determining at a given depth h of the array the physical parameters of the strength of the medium of the undisturbed structure — the angle φ p of internal friction and specific adhesion - with p , the coefficient of the total lateral pressure of the medium is determined by the dependence ζ 0 = p x / p z = p y / p z , where p x = p y is the lateral horizontal pressure and p z is the vertical pressure at depth h, the coefficient of relative transverse deformation of the medium is determined by the dependence ν 0 = ε x / ε z = ε y / ε z = ζ 0 / (1 + ζ 0 ), where ε x = ε y and ε z is the relative deformation of the medium at the point of the array in horizontal and vertical direction is achieved in that at a predetermined depth h of material of the array define the proportion γ p and structured medium calcd yvayut value her side as a horizontal gravitational pressure p x = p y = γ pg h, the total lateral structured medium pressure coefficient is determined depending on ζ 0 c t p = t g φ c t p
Figure 00000002
when p z = p b + c pg p ctφ where gravitational domestic pressure p b = (γ pg with h-p) ctgφ page, and the array material medium with broken structure of a dynamic or static exposure determined proportion of the disturbance structure γ n = p b t g φ n + c n h
Figure 00000003
, lateral pressure p x = p y = γ n h, the coefficient of total lateral pressure is determined by the dependence ζ 0 n = t g φ n
Figure 00000004
, where φ n = arcsin [2sinφ p / (1 + sin 2 φ p )] - φ p , s n = s p [2-tgφ n / tgφ p ] - respectively, the angle of internal friction and the specific adhesion of the medium with the broken structure at vertical pressure p z = p b + s n ctgφ n ; in this case, atmospheric pressure p atm is measured or it is assumed to be normal in value p atm = 1.033 kg / cm 2 and in the walls of an open vertical working out in an array of structured medium, the coefficient of total lateral pressure is determined by the dependence
Figure 00000005
, and in the walls of open vertical excavation in an array of medium with a disturbed structure, the coefficient of total lateral pressure is determined by the dependence
Figure 00000006
, while determining the specific gravity of the structured medium γ p , and the coefficient of the total relative transverse deformation of the structured medium in the array is calculated according to
Figure 00000007
, the coefficient of the total relative transverse deformation of a material environment with a broken structure is calculated according to
Figure 00000008
, on the open side surface of the mine in the array of structured medium, determine its specific gravity γ p and calculate the coefficient of its total relative transverse deformation according to
Figure 00000009
, and in the walls of the open vertical excavation in an array with a disturbed structure, the coefficient of the total relative transverse deformation is determined by the dependence
Figure 00000010
.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - график р=ƒ(τ) предельного состояния связной упругопластичной материальной среды, на фиг. 2 - график р=ƒ(τ) предельного состояния связной упругоэластичной среды с выраженной анизотропией сжимаемости.The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 is a graph p = ƒ (τ) of the limiting state of a cohesive elastoplastic material medium, in FIG. 2 is a graph of p = ƒ (τ) of the limiting state of a connected elastically elastic medium with pronounced compressibility anisotropy.

Рассматривая график р=ƒ(τ) предельного состояния Ш. Кулона связной упругопластичной материальной среды (фиг. 1) в природном (естественном) напряженно-деформированном состоянии, определяем вертикальное гравитационное (бытовое) давление в точке на глубине h массива среды как рб=(γcтph-сстр)ctgφстр и давление связности среды рв= -ccтpctgφстр, противодействующее растяжению среды за краями точки.Considering the graph p = ƒ (τ) of the limiting state of S. Coulomb a cohesive elastoplastic material medium (Fig. 1) in a natural (natural) stress-strain state, we determine the vertical gravitational (household) pressure at a point at a depth h of the medium array as p b = (γ pg with h-p) ctgφ p and the pressure p in the connected medium = -c pg ctgφ page which counteracts stretching of the medium-edged point.

Таким образом, природное вертикальное давление в точке на глубине h будет равно pzбвcтph·ctgφстр. Тангенциальное природное давление в точке на глубине h равно τбхуcтph, тогда коэффициент общего бокового давления упругопластичной среды определяется как

Figure 00000011
.Thus, natural vertical pressure at a point at a depth h is equal to p z = p a p b = γ pg h · ctgφ p. The tangential natural pressure at a point at a depth of h is τ b = p x = p y = γ ctp h, then the coefficient of the total lateral pressure of the elastoplastic medium is defined as
Figure 00000011
.

Исходя из зависимости ν00/(1+ζ0) находим, что коэффициент общей относительной поперечной деформации материальной среды в массиве равен ν=tgφстр/(1+tgφстр).Based on the dependence ν 0 = ζ 0 / (1 + ζ 0 ) we find that the coefficient of the total relative transverse deformation of the material medium in the array is ν = tgφ p / (1 + tgφ p ).

Рассматривая график (фиг. 2) р=ƒ(τ) предельного состояния связной упругоэластичной материальной среды, например, неосушенной торфяной залежи с высокой степенью анизотропии АЕвг=0,4 сжимаемости в вертикальном и горизонтальном направлении, определяем вертикальное природное гравитационное (бытовое) давление на глубине h как рб=R=ccтpcosφстр/(1-sinφстр) при соответствующем тангенциальном напряжении в точке на этой же глубине τ=px=py=pбtgφстрстр.Considering the graph (Fig. 2) p = ƒ (τ) of the limiting state of a connected elastically elastic material medium, for example, an undried peat deposit with a high degree of anisotropy A Е = Е в / Е г = 0.4 compressibility in the vertical and horizontal direction, we determine the vertical natural gravitational (household) pressure at a depth h like p b = R = c ctp cosφ p / (1-sinφ p ) with the corresponding tangential stress at a point at the same depth τ = p x = p y = p b tgφ p + s page

Давление связности среды рв= -ccтpctgφстр, тогда природное вертикальное давление в точке на глубине h будет равно pzб=ccтpcosφстр/(1-sinφстр)+ccтpctgφстр=ccтpctgφстр/(1-sinφстр). Коэффициент общего бокового давления упругоэластичной среды определяется как

Figure 00000012
Connected to the pressure medium p = -c pg ctgφ page, then the natural vertical pressure at a point at a depth h is equal to p p z = b = c cosφ pg p / (1-sinφ p) + c pg ctgφ p = c p pg ctgφ / (1-sinφ pg .). The coefficient of the total lateral pressure of an elastic medium is defined as
Figure 00000012

а коэффициент ν00/(1+ζ0)=tgφстр/(1+tgφстр).and the coefficient ν 0 = ζ 0 / (1 + ζ 0 ) = tgφ p / (1 + tgφ p ).

Пример 1 реализации способа. 1) В процессе бурения скважины в грунтовом материальном массиве, состоящем из суглинка, были отобраны образцы грунта с глубины h1=90 см и h2=280 см, лабораторный анализ которых позволил установить угол их внутреннего трения φстр1стр2=23° и удельное сцепление сстр1стр2=0,2 кГ/см2 при удельном весе γстр1стр2=0,002 кГ/см3. Величина гравитационного (бытового) давления на глубинах 90 см и 280 см имеет значение рб1=(γcтph1стр)ctgφстр=(0,002·90-0,2)ctg23°=-0,0471 кГ/см2, рб2=(γcтph2стр)ctgφстр=(0,002·280-0,2)ctg23°=-0,8481 кГ/см2. Коэффициент общего бытового давления рассчитываем по зависимости

Figure 00000013
, а коэффициент общей относительной поперечной деформации суглинка определяем по зависимости
Figure 00000014
. Статистические справочные данные имеют значения ζ0=0,11…0,82, ν0=0,30…0,40 для текучепластичных суглинков [1]. На глубине h3стрстр=0,20/0,002=100 см при бытовом давлении рб=(γcтph3стр)ctgφстр=(0,002·100-0.2)ctg23°=0, значение ζ03=tg23°=0,4245, ν03=tg23°/(1+tg23°)≈0,3.Example 1 of the implementation of the method. 1) In the process of drilling a well in a soil material massif, consisting of loam, soil samples were taken from depths h 1 = 90 cm and h 2 = 280 cm, laboratory analysis of which made it possible to establish the angle of their internal friction φ str1 = φ str2 = 23 ° and specific adhesion with str1 = with str2 = 0.2 kg / cm 2 with a specific gravity of γ str1 = γ str2 = 0.002 kg / cm 3 . The magnitude of the gravitational (domestic) pressure at the depth of 90 cm and 280 cm is set to p b1 = (γ pg h 1 -c p) ctgφ p = (0,002 · 90-0,2) ctg23 ° = -0,0471 kg / cm 2 , p b2 = (γ ctp h 2 -s pg ) ctgφ pg = (0.002 · 280-0.2) ctg23 ° = -0.8481 kg / cm 2 . The coefficient of total household pressure is calculated according to
Figure 00000013
, and the coefficient of the total relative transverse deformation of loam is determined by the dependence
Figure 00000014
. Statistical reference data have values ζ 0 = 0.11 ... 0.82, ν 0 = 0.30 ... 0.40 for fluid-plastic loam [1]. At a depth h 3 = c p / γ p = 0.20 / 0.002 = 100 cm at the household pressure p b = (γ pg h 3 -c p) ctgφ p = (0,002 · 100-0.2) ctg23 ° = 0, the value ζ 03 = tg23 ° = 0.4245, ν 03 = tg23 ° / (1 + tg23 °) ≈ 0.3.

Произведем проверку полученных результатов. При ζ 01 c т p = ζ 02 c т p = 0,4245

Figure 00000015
теоретическое значение ν0101/(1+ζ01)=0,4245/(1+0,4245)=0,3, что соответствует результатам расчетов.We will verify the results. At ζ 01 c t p = ζ 02 c t p = 0.4245
Figure 00000015
theoretical value ν 01 = ζ 01 / (1 + ζ 01 ) = 0.4245 / (1 + 0.4245) = 0.3, which corresponds to the calculation results.

2) При землетрясении естественная структура суглинка на глубине h1=90 см нарушается до значения показателей: φн=arsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр=arcsin[2sin23°/(1+sin223°)]-23°=42,6843°-23°=19,6843° и снстр[2-tgφн/tgφстр]=0,2[2-tg19,6843°/tg23°]=0,2314 кГ/см2, γ н = p б t g φ н + с н h = 0,0471 t g 19,6843 ° + 0,2314 90 = 0,00238  кГ/см 3

Figure 00000016
. Коэффициент общего бокового давления становится равным ζ 01 н = t g φ н = t g 19,6843 ° = 0,3577
Figure 00000017
, а коэффициент общей относительной поперечной деформации среды ν 01 н = t g φ н / ( 1 + t g φ н ) = t g 19,6843 ° / ( 1 + t g 19,6843 ° ) = 0,2561
Figure 00000018
.2) During an earthquake, the natural structure of loam at a depth of h 1 = 90 cm is violated to the value of the indicators: φ н = arsin [2sinφ p / (1 + sin 2 φ p )] - φ p = arcsin [2sin23 ° / (1 + sin 2 23 °)] - 23 ° = 42.6843 ° -23 ° = 19.6843 ° and with n = c p [n-tgφ 2 / tgφ p] = 0.2 [2-tg19,6843 ° / tg23 °] = 0.2314 kg / cm 2 , γ n = p b t g φ n + from n h = - 0.0471 t g 19.6843 ° + 0.2314 90 = 0,00238 kg / cm 3
Figure 00000016
. The coefficient of total lateral pressure becomes equal ζ 01 n = t g φ n = t g 19.6843 ° = 0.3577
Figure 00000017
, and the coefficient of the total relative transverse deformation of the medium ν 01 n = t g φ n / ( one + t g φ n ) = t g 19.6843 ° / ( one + t g 19.6843 ° ) = 0.2561
Figure 00000018
.

Пример 2 реализации способа. 1) Почти вертикальные стенки береговых обрывов Днепровско-Бугского лимана вблизи города Очаков Николаевской области высотой h0>10 м составляют полутвердые глины и суглинки, которые на берегу по краям обрывов покрыты травяной растительностью. На береговой грунтовой поверхности обрывов наблюдаются скрытые и открытые трещины глубиной более 50 см и шириной до 1 см, а сам грунт перед обрывом имеет складчатую поверхность и волнистую линию уступов с перепадом высот >30 см на расстоянии l=10…15 м от края обрыва, при этом на боковой поверхности обрыва береговой линии закрытые трещины наблюдаются на глубину h≈0,5…0,7 м от горизонтальной поверхности и отпоры грунта стенок на глубине h01=8 м.Example 2 of the implementation of the method. 1) Almost vertical walls of the coastal cliffs of the Dnieper-Bug estuary near the city of Ochakov, Mykolayiv region with a height of h 0 > 10 m are semi-solid clay and loam, which are covered with grass vegetation on the banks along the edges of the cliffs. Hidden and open cracks with a depth of more than 50 cm and a width of up to 1 cm are observed on the coastal soil surface of the cliffs, and the soil itself has a folded surface and a wavy line of ledges with a height difference> 30 cm at a distance l = 10 ... 15 m from the edge of the cliff, while on the lateral surface of the cliff coastline, closed cracks are observed to a depth of h≈0.5 ... 0.7 m from the horizontal surface and the soil repels the walls at a depth of h 01 = 8 m.

При удельном весе грунтовой среды γстр=0,0027 кГ/см3 глубина обрыва, с которой наблюдается ее растяжение до горизонтальной поверхности, составляет величину hpстрстр=0,2403/0,0027=89 см при удельном сцеплении среды сстр=0,2403 кГ/см2.With the specific gravity of the soil medium γ p = 0.0027 kg / cm 3, the depth of the cliff with which it is stretched to a horizontal surface is h p = s p / γ p = 0.2403 / 0.0027 = 89 cm with a specific adhesion of the medium with pp = 0.2403 kg / cm 2 .

Угол внутреннего трения грунтовой среды береговых откосов ориентировочно составляет величину φcp=arctg(h01/l)=arctg(8…10/15)=28°…33,7°≈31°, тогда коэффициент общей относительной деформации будет равен ν0.89=tg31°/(1+tg31°)=0,3754 - на глубинах hp=89 см и h=10 м, а коэффициент общего бокового давления соответственно будет равен ζ0,8910=tg31°=0,6007 - соответственно при p б 0,89 = 0

Figure 00000019
, p x 0,89 = p y 0,89 = γ c т p h = 0,0027 89 = 0,2403  кГ/см 2
Figure 00000020
и p б 10 = ( γ c т p h c c т p ) c t g φ c т p = ( 0,0027 1000 0,2403 ) c t g 31 ° = 4,0936  кГ/см 2
Figure 00000021
, p x 10 = p y 10 = γ c т p h = 0,0027 1000 = 2,7  кГ/см 2
Figure 00000022
. При нормальном атмосферном давлении ратм=1,033 кГ/см2 на боковой поверхности стенок берегового обрыва коэффициент общего бокового давления будет равен ζ 0,89 а т м = γ c т p h t g φ c т p / ( γ c т p h + p а т м t g φ c т p c c т p ) = = 0,0027 89 t g 31 ° / ( 0,0027 89 + 1,033 t g 31 ° 0,2403 ) = 0,2326,
Figure 00000023
ζ 10 c т p = 0,0027 1000 t g 31 ° / ( 0,0027 1000 + 1,033 t g 31 ° 0,2403 ) = 0,5266
Figure 00000024
The angle of internal friction of the soil environment of the coastal slopes is approximately φ cp = arctan (h 01 / l) = arctan (8 ... 10/15) = 28 ° ... 33.7 ° ≈31 °, then the coefficient of total relative deformation will be ν 0.89 = tg31 ° / (1 + tg31 °) = 0.3754 - at depths h p = 89 cm and h = 10 m, and the coefficient of total lateral pressure, respectively, will be ζ 0.89 = ζ 10 = tg31 ° = 0.6007 - respectively, at p b 0.89 = 0
Figure 00000019
, p x 0.89 = p y 0.89 = γ c t p h = 0.0027 89 = 0.2403 kg / cm 2
Figure 00000020
and p b 10 = ( γ c t p h - c c t p ) c t g φ c t p = ( 0.0027 1000 - 0.2403 ) c t g 31 ° = 4.0936 kg / cm 2
Figure 00000021
, p x 10 = p y 10 = γ c t p h = 0.0027 1000 = 2.7 kg / cm 2
Figure 00000022
. At normal atmospheric pressure p atm = 1,033 kg / cm 2 on the lateral surface of the walls of the coastal cliff, the coefficient of total lateral pressure will be equal to ζ 0.89 but t m = γ c t p h t g φ c t p / ( γ c t p h + p but t m t g φ c t p - c c t p ) = = 0.0027 89 t g 31 ° / ( 0.0027 89 + 1,033 t g 31 ° - 0.2403 ) = 0.2326,
Figure 00000023
ζ 10 c t p = 0.0027 1000 t g 31 ° / ( 0.0027 1000 + 1,033 t g 31 ° - 0.2403 ) = 0.5266
Figure 00000024

при ν0,890/(1+ζ0)=0,2326/(1+0,2326)=0,1887 и ν10=0,5266/1,5266=0,3449.with ν 0.89 = ζ 0 / (1 + ζ 0 ) = 0.2326 / (1 + 0.2326) = 0.1887 and ν 10 = 0.5266 / 1.5266 = 0.3449.

2) В случае землетрясения естественная структура грунта обрыва береговой линии будет нарушена до значений ее показателей на глубине h=89 см: φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр=arcsin[2sin31°/(1+sin231°)]-31°=54,5004°-31°=23,5004°, снстр[2-tgφн/tgφстр]=0,2403[2-tg23,5004°/tg31°]=0,3067 кГ/см2, γ н = p б t g φ н + с н h = 0,1037 t g 23,5004 ° + 0,3067 89 = 0,003  кг/см 3

Figure 00000025
, где гравитационное (бытовое) давление рб=(γcтph-сстр)ctgφстр=(0,002·89-0,2403)ctg31°=-0,1037 кГ/см2. Коэффициент общего бокового давления становится равным ζ 01 а т м н = γ н h t g φ н / ( γ н h + p а т м t g φ н с н ) = = 0,003 89 t g 23 ° ,5004 / ( 0,003 89 + 1,033 t g 23 ° ,5004 0,3067 ) = 0,2836,
Figure 00000026
а коэффициент общей относительной поперечной деформации ν 01 а т м н = γ н h t g φ н / [ γ н h ( 1 + t g φ н ) + p а т м t g φ н с н ] = = 0,003 89 t g 23 ° ,5004 / [ 0,003 89 ( 1 + t g 23 ° ,5004 ) + 1,033 t g 23 ° ,5004 0,3067 ] = 0,2209.
Figure 00000027
2) In case of earthquakes the natural structure of the soil breakage coastline will be broken up to the values of its parameters at the depth h = 89 cm: φ n = arcsin [2sinφ p / (1 + sin 2 φ p)] - φ p = arcsin [2sin31 ° / (1 + sin 2 31 °)] - 31 ° = 54,5004 ° -31 ° = 23,5004 °, s n = s p [2-tgφ n / tgφ p ] = 0,2403 [2-tg23,5004 ° / tg31 °] = 0.3067 kg / cm 2 , γ n = p b t g φ n + from n h = - 0.1037 t g 23,5004 ° + 0.3067 89 = 0.003 kg / cm 3
Figure 00000025
where the gravitational (household) pressure p b = (γ ctp h-s pg ) ctgφ pg = (0.002 · 89-0.2403) ctg31 ° = -0.1037 kg / cm 2 . The coefficient of total lateral pressure becomes equal ζ 01 but t m n = γ n h t g φ n / ( γ n h + p but t m t g φ n - from n ) = = 0.003 89 t g 23 ° , 5004 / ( 0.003 89 + 1,033 t g 23 ° , 5004 - 0.3067 ) = 0.2836,
Figure 00000026
and the coefficient of total relative transverse deformation ν 01 but t m n = γ n h t g φ n / [ γ n h ( one + t g φ n ) + p but t m t g φ n - from n ] = = 0.003 89 t g 23 ° , 5004 / [ 0.003 89 ( one + t g 23 ° , 5004 ) + 1,033 t g 23 ° , 5004 - 0.3067 ] = 0.2209.
Figure 00000027

Пример 3 реализации способа. Неосушенная торфяная залежь мощностью 3 м как эластичная материальная среда на глубине h=200 см имеет показатели: φстр=36°, сстр=0,22 кГ/см2 и γстр=0,0022 кГ/см2. Гравитационное давление на глубине h=2 м составляет величину рб=(γcтph-сстр)ctgφстр=(0,0022·200-0,22)ctg36°=0,3028 кГ/см2 при горизонтальном бытовом давлении pxуcтph=0,0022·200=0,44 кГ/см2 и давлении связности торфа рв=-ccтpctgφстр=-0,22·ctg36°=-0,3028 кГ/см2. Тогда коэффициент общего бокового давления на глубине h будет равен ζ 0 = p x = p y p б p в = 0,44 0,3028 + 0,3028 = 0,7265

Figure 00000028
. По предлагаемой зависимости ζ 10 c т p = t g φ c т p = t g 36 ° = 0,7265
Figure 00000029
, что соответствует расчетным показателям.Example 3 implementation of the method. An undried peat deposit with a thickness of 3 m as an elastic material medium at a depth of h = 200 cm has the following parameters: φ p = 36 °, s p = 0.22 kg / cm 2 and γ p = 0.0022 kg / cm 2 . Gravity pressure at a depth of h = 2 m is p b = (γ ctp h-s pg ) ctgφ pg = (0.0022 · 200-0.22) ctg36 ° = 0.3028 kg / cm 2 at horizontal household pressure p x = y = γ p pg h = 0,0022 · 200 = 0.44 kg / cm 2 and the pressure p in the connected peat = -c pg ctgφ p = -0,22 · ctg36 ° = -0,3028 kg / cm 2 . Then the coefficient of total lateral pressure at depth h will be equal to ζ 0 = p x = p y p b - p at = 0.44 0.3028 + 0.3028 = 0.7265
Figure 00000028
. According to the proposed dependency ζ 10 c t p = t g φ c t p = t g 36 ° = 0.7265
Figure 00000029
, which corresponds to the calculated indicators.

Коэффициент общей относительной поперечной деформации торфа на глубине h составляет величину ν=ζ0/(1+ζ0)=0,7265/1,7265=0,4208.The coefficient of the total relative transverse deformation of peat at depth h is ν = ζ 0 / (1 + ζ 0 ) = 0.7265 / 1.7265 = 0.4208.

Предлагаемое изобретение впервые через физические параметры удельного сцепления и угла внутреннего трения позволяет получать расчетные параметры ζ0 и ν0 с высокой степенью достоверности, определяемой точностью установления прочностных параметров исследуемой среды - φстр, сстр и φн, сн, а также определять параметр удельного веса среды нарушенной структуры γн.The present invention for the first time through the physical parameters of the specific adhesion and the angle of internal friction allows to obtain the calculated parameters ζ 0 and ν 0 with a high degree of reliability, determined by the accuracy of establishing the strength parameters of the medium under study - φ page, with page and φ n , with n , and also determine the parameter specific gravity of the disturbed structure γ n

Источники информацииInformation sources

1. Цитович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для вузов. - 3-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 1979. - С. 34-37, 168.1. Tsitovich N.A. Soil mechanics (short course): Textbook for high schools. - 3rd ed., Ext. - M.: Higher School, 1979. - S. 34-37, 168.

2. Голли А.В. Методика измерения напряжений и деформаций в грунтах: Учебное пособие. - Л.: ЛИСИ, 1984. - С. 50-53.2. Golly A.V. Methodology for measuring stress and strain in soils: a Training manual. - L .: LISI, 1984. - S. 50-53.

3. Глотов Н.М., Леонтьев А.И. и др. Основания и фундаменты транспортных сооружений: Учебник для вузов. - М.: Транспорт, 1995. - С. 160-161.3. Glotov N.M., Leontiev A.I. and other Foundations and foundations of transport facilities: Textbook for universities. - M .: Transport, 1995 .-- S. 160-161.

Claims (2)

1. Способ определения механических параметров материальной среды, заключающийся в том, что определяют на заданной глубине h массива физические параметры прочности среды ненарушенной структуры - угол φстр внутреннего трения и удельное сцепление - сстр, коэффициент общего бокового давления среды определяют по зависимости ζ0=px/pz=py/pz, где pz - вертикальное давление на глубине h, коэффициент относительной поперечной деформации среды определяют по зависимости ν0xzyz0/(1+ζ0), где εxy и εz - относительная деформация среды в точке массива в горизонтальном и вертикальном направлении, отличающийся тем, что на заданной глубине h материального массива определяют удельный вес γстр структурированной среды и рассчитывают величину ее бокового горизонтального гравитационного давления как px=pyстрh, коэффициент общего бокового давления структурированной среды определяют по зависимости
Figure 00000030
при pzб+cстрctgφстр, где гравитационное бытовое давление рб=(γстрh-сстр)ctgφстр, а для массива материальной среды с нарушенной структурой от динамического или статического воздействия определяют удельный вес среды нарушенной структуры
Figure 00000031
, боковое давление - px=pyнh, а коэффициент общего бокового давления определяют по зависимости
Figure 00000032
, где φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр, снстр[2-tgφн/tgφстр] - соответственно угол внутреннего трения и удельное сцепление среды с нарушенной структурой при вертикальном давлении pzб+cнctgφн, при этом замеряют атмосферное давление ратм или его принимают нормальным по величине ратм=1,033 кГ/см2 и в стенках открытой вертикальной выработки в массиве структурированной среды коэффициент общего бокового давления определяют по зависимости
Figure 00000033
, а в стенках открытой вертикальной выработки в массиве среды с нарушенной структурой коэффициент общего бокового давления определяют по зависимости
Figure 00000034
.
1. The method for determining the mechanical parameters of the material medium, which consists in determining physical parameters of the medium strength of the undisturbed structure at a given depth h of the array — the angle φ p of internal friction and the specific adhesion with p , the coefficient of the total lateral pressure of the medium is determined by the dependence ζ 0 = p x / p z = p y / p z , where p z is the vertical pressure at depth h, the coefficient of relative transverse deformation of the medium is determined by the dependence ν 0 = ε x / ε z = ε y / ε z = ζ 0 / (1 + ζ 0 ), where ε x = ε y and ε z is the relative deformation of the medium at the point array in the horizontal and vertical direction, characterized in that at a given depth h of the material array, the specific gravity γ p of the structured medium is determined and its lateral horizontal gravitational pressure is calculated as p x = p y = γ p h, the coefficient of the total lateral pressure of the structured medium is determined according to
Figure 00000030
at p z = p b + c p ctgφ p , where gravitational household pressure p b = (γ p h-s p ) ctgφ p , and for an array of a material medium with a disturbed structure, the specific gravity of the disturbed structure medium is determined from dynamic or static effects
Figure 00000031
, lateral pressure - p x = p y = γ n h, and the coefficient of total lateral pressure is determined by the dependence
Figure 00000032
, where φ n = arcsin [2sinφ p / (1 + sin 2 φ p )] - φ p , s n = s p [2-tgφ n / tgφ p ] - respectively, the angle of internal friction and the specific adhesion of the medium with the broken structure at vertical pressure p z = p b + c n ctgφ n , while the atmospheric pressure p atm is measured or it is taken to be normal in value p atm = 1,033 kg / cm 2 and the total lateral pressure coefficient is determined in the walls of the open vertical output in the array of structured medium addictions
Figure 00000033
, and in the walls of open vertical excavation in an array of medium with a disturbed structure, the coefficient of total lateral pressure is determined by the dependence
Figure 00000034
.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют удельный вес структурированной среды γстр, а коэффициент общей относительной поперечной деформации структурированной среды в массиве рассчитывают по зависимости
Figure 00000035
, коэффициент общей относительной поперечной деформации материальной среды с нарушенной структурой рассчитывают по зависимости
Figure 00000036
, на открытой боковой поверхности выработки в массиве структурированной среды определяют ее удельный вес γстр и рассчитывают коэффициент ее общей относительной поперечной деформации по зависимости
Figure 00000037
, а в стенках открытой вертикальной выработки в массиве с нарушенной структурой определяют коэффициент общей относительной поперечной деформации по зависимости
Figure 00000038
.
2. The method according to p. 1, characterized in that they determine the specific gravity of the structured medium γ p , and the coefficient of the total relative transverse deformation of the structured medium in the array is calculated by the dependence
Figure 00000035
, the coefficient of the total relative transverse deformation of a material environment with a broken structure is calculated according to
Figure 00000036
, on the open side surface of the mine in the array of structured medium, determine its specific gravity γ p and calculate the coefficient of its total relative transverse deformation according to
Figure 00000037
, and in the walls of the open vertical excavation in an array with a disturbed structure, the coefficient of the total relative transverse deformation is determined by the dependence
Figure 00000038
.
RU2014133913/28A 2014-08-18 2014-08-18 Khrustalev method of determining mechanical parameters of material medium in mass RU2592038C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014133913/28A RU2592038C2 (en) 2014-08-18 2014-08-18 Khrustalev method of determining mechanical parameters of material medium in mass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014133913/28A RU2592038C2 (en) 2014-08-18 2014-08-18 Khrustalev method of determining mechanical parameters of material medium in mass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014133913A RU2014133913A (en) 2016-03-20
RU2592038C2 true RU2592038C2 (en) 2016-07-20

Family

ID=55530591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014133913/28A RU2592038C2 (en) 2014-08-18 2014-08-18 Khrustalev method of determining mechanical parameters of material medium in mass

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2592038C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663253C2 (en) * 2016-11-11 2018-08-03 Евгений Николаевич Хрусталев Khrustalev method for determining specific gravity of array of material medium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1296898A1 (en) * 1985-05-12 1987-03-15 Северный Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института По Строительству Магистральных Трубопроводов Method of determining strength characteristics of ground
RU2265824C1 (en) * 2004-04-26 2005-12-10 Хрусталев Евгений Николаевич Method of determining permissible contact strength of soil base
RU2270990C2 (en) * 2004-04-26 2006-02-27 Евгений Николаевич Хрусталев Method of measuring carrying capacity of ground base and turf deposit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1296898A1 (en) * 1985-05-12 1987-03-15 Северный Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института По Строительству Магистральных Трубопроводов Method of determining strength characteristics of ground
RU2265824C1 (en) * 2004-04-26 2005-12-10 Хрусталев Евгений Николаевич Method of determining permissible contact strength of soil base
RU2270990C2 (en) * 2004-04-26 2006-02-27 Евгений Николаевич Хрусталев Method of measuring carrying capacity of ground base and turf deposit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Временные методические указания по расчету устойчивости эксплуатируемых насыпей и проектированию контрбанкетов.- Москва "Транспорт", 1979, с.15-22. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663253C2 (en) * 2016-11-11 2018-08-03 Евгений Николаевич Хрусталев Khrustalev method for determining specific gravity of array of material medium

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014133913A (en) 2016-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schwarz et al. Root reinforcement of soils under compression
Norris et al. Very high strains recorded in mylonites along the Alpine Fault, New Zealand: implications for the deep structure of plate boundary faults
Cornet et al. The hydromechanical behaviour of a fracture: an in situ experimental case study
Wartman et al. Shaking table modeling of seismically induced deformations in slopes
Li et al. Study of desiccation crack initiation and development at ground surface
Oh et al. Modelling the applied vertical stress and settlement relationship of shallow foundations in saturated and unsaturated sands
Price Role and character of seasonal peat soil deformation on the hydrology of undisturbed and cutover peatlands
Rempe et al. Damage and seismic velocity structure of pulverized rocks near the San Andreas Fault
Michlmayr et al. Sources and characteristics of acoustic emissions from mechanically stressed geologic granular media—A review
He et al. Liquefaction-induced lateral load on pile in a medium Dr Sand layer
Levatti et al. Numerical and experimental study of initiation and propagation of desiccation cracks in clayey soils
Shelley Some geotechnical properties to characterize Mexico City Clay
Passelègue et al. Development and recovery of stress‐induced elastic anisotropy during cyclic loading experiment on westerly granite
Nicotera et al. The hydro-mechanical behaviour of unsaturated pyroclastic soils: An experimental investigation
Brantut et al. Microstructural control of physical properties during deformation of porous limestone
Selvadurai et al. The Boussinesq–Mindlin problem for a non-homogeneous elastic halfspace
Gasc-Barbier et al. The role of natural thermal cycles on a limestone cliff mechanical behaviour
Soriano Camelo et al. Centrifuge modeling of the seismic behavior of soft clay slopes
Leshchinsky et al. Enhanced Rainfall‐Induced Shallow Landslide Activity Following Seismic Disturbance—From Triggering to Healing
Flores-Guzmán et al. Small-strain dynamic characterization of clayey soil from the Texcoco Lake, Mexico
Guo et al. Uncertainty analysis of seepage-induced consolidation in a fractured porous medium
RU2592038C2 (en) Khrustalev method of determining mechanical parameters of material medium in mass
Fu et al. Dynamic properties of saturated sand based on the in situ liquefaction test
RU2565390C2 (en) Method for determining gravity pressure and coefficients of general lateral pressure and general relative lateral distortion of soil and peat ground
Shynkarenko et al. Geotechnical characterization and stability analysis of subaqueous slopes in Lake Lucerne (Switzerland)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160920