Несущая способность и осадки глинистых оснований при блочных циклических нагружениях

Введение. Имеющиеся методики оценки несущей способности по деформациям оснований в основном учитывают единичные статические нагрузки небольшой длительности или циклические нагрузки с неизменными значениями на протяжении всего периода эксплуатации. Практически не изучено влияние нестационарных циклических нагрузок на поведение грунтов глинистого основания. Исследования выполнены для разработки метода расчета осадки несущей способности глинистых оснований при блочных циклических нагружениях.

Материалы и методы. Проведены экспериментальные исследования глинистых оснований в устройствах трехосного сжатия кубической и призматической формы и лотковых испытаний, а также теоретические исследования по определению осадки и несущей способности глинистых оснований при воздействии различных режимов нагружения.

Результаты. На основе существующего расчета базовой несущей способности и осадков, а также изучения поведения глинистого грунта при циклических нагрузках получено уравнение в компактной форме, которое позволяет учитывать характеристики деформации глинистого грунта, значительно снижая сложность и точность расчета. Используемая разработка методов расчета несущей способности и осадки глинистых оснований при блочных циклических нагрузках находится на достаточно высоком уровне.

Выводы. Предложен новый подход к оценке несущей способности глинистых оснований при блочных циклических нагрузках, разработан инженерный метод расчета осадок глинистых оснований. Этот метод основан на использовании метода послойного суммирования и учитывает изменение пространственного напряженно-деформированного состояния и механических свойств грунтов в процессе блочного циклического нагружения.

1. Augeard E., Ferrier E., Michel L. Mechanical behavior of timber-concrete composite members under cyclic loading and creep // Engineering Structures. 2020. Vol. 210. P. 110289. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.110289

2. Karim H.H., Samueel Z.W., Jassem A.H. Behaviour of soft clayey soil improved by fly ash and geogrid under cyclic loading // Civil Engineering Journal. 2020. Vol. 6. Issue 2. Pp. 225–237. DOI: 10.28991/cej-2020-03091466

3. Wang Y., Wan Y., Wan E., Zhang X., Zhang B., Zhong Y. The pore pressure and deformation behavior of natural soft clay caused by long-term cyclic loads subjected to traffic loads // Marine Georesources and Geotechnology. 2021. Vol. 39. Issue 4. Pp. 398–407. DOI: 10.1080/1064119X.2019.1707915

4. Fu Z., Wang G., Song W., Yu Y., Wei P., Wu T. Deformation behavior of saturated soft clay under cyclic loading with principal stress rotation // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Issue 19. P. 8987. DOI: 10.3390/app11198987

5. Wichtmann T., Tafili M., Staubach P., Macha-ček J. Soil behaviour under cyclic loading-experiments, constitutive modelling and numerical applications // 10th European Conference on Numerical Methods in Geotechnical Engineering. 2023. DOI: 10.53243/NUMGE2023-435

6. Shah S.A., Asif A.R., Ahmed W., Islam I., Wase-em M., Janjuhah H.T. et al. Determination of dynamic properties of fine-grained soils at high cyclic strains // Geosciences. 2023. Vol. 13. Issue 7. P. 204. DOI: 10.3390/geosciences13070204

7. Civelekler E. Using GIS for the allowable soil bearing capacity estimation according to the Terzaghi (1943) equation in Eskişehir city center, Türkiye // International Journal of Engineering and Geosciences. 2023. Vol. 8. Issue 3. Pp. 310–317. DOI: 10.26833/ijeg.1212584

8. Karkush M.O., Ahmed M.D., Sheikha A.A.H., Al-Rumaithi A. Thematic maps for the variation of bearing capacity of soil using SPTs and MATLAB // Geosciences. 2020. Vol. 10. Issue 9. P. 329. DOI: 10.3390/geosciences10090329

9. Cheng H., Zhang H., Liu Z., Wu Y. Prediction of undrained bearing capacity of skirted foundation in spatially variable soils based on convolutional neural network // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Issue 11. P. 6624. DOI: 10.3390/app13116624

10. Adunoye G.O., Kareem S.P., Odetola H.M. Experimental investigation on the bearing capacity of selected soils in ayedaade local government Area, Osun State, Nigeria // International Journal of Civil Engineering, Construction and Estate Management. 2023. Vol. 11. Issue 1. Pp. 45–57. DOI: 10.37745/ijcecem.14/vol11n14557

11. Dasho D.K., Aga B.B. Comprehensive characterization of soils with analytical and numerical simulation for bearing capacity and settlement requirements of the footing // Advances in Materials Science and Engineering. 2023. Vol. 2023. Pp. 1–15. DOI: 10.1155/2023/2290515

12. Sychkina E.N., Ofrikhter I.V., Ponomaryov A.B. Bearing capacity equations of piles in weathered claystone and sandstone // Magazine of Civil Engineering. 2020. № 5 (97). P. 9704. DOI: 10.18720/MCE.97.4. EDN GTXKVR.

13. Xia H., Zhou M., Niu F., Zhang X., Tian Y. Combined bearing capacity of bucket foundations in soft-over-stiff clay // Applied Ocean Research. 2022. Vol. 126. P. 103299. DOI: 10.1016/j.apor.2022.103299

14. Yang C., Zhu Z., Xiao Y. Bearing capacity of ring foundations on sand overlying clay // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. Issue 13. P. 4675. DOI: 10.3390/app10134675

15. Zhao X., Fu Z., Yang Q., Geng D., Wang Z. Study on bearing capacity performance and influence factors of phyllite soil blended with red clay // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1637. Issue 1. P. 012033. DOI: 10.1088/1742-6596/1637/1/012033

16. Benmoussa S., Benmebarek S., Benmebarek N. Bearing capacity factor of circular footings on two-layered clay soils // Civil Engineering Journal. 2021. Vol. 7. Issue 5. Pp. 775–785. DOI: 10.28991/cej-2021-03091689

17. Hataf N., Nabipour N., Sadr A. Experimental and numerical study on the bearing capacity of encased stone columns // International Journal of Geo-Engineering. 2020. Vol. 11. Issue 1. DOI: 10.1186/s40703-020-00111-6

18. Bhardwaj A., Sharma R.K. Bearing capacity evaluation of shallow foundations on stabilized layered soil using ABAQUS // Studia Geotechnica et Mechanica. 2023. Vol. 45. Issue 1. Pp. 55–71. DOI: 10.2478/sgem-2022-0026

19. He P., Newson T. Undrained capacity of circular shallow foundations on two-layer clays under combined VHMT loading // Wind Engineering. 2023. Vol. 47. Issue 3. Pp. 579–596. DOI: 10.1177/0309524x-221142276

20. Fadhil A., Mandeel S.A.H., Mekkiyah H.M. Bearing capacity of square footing resting on layered soil // Al-Qadisiyah Journal for Engineering Sciences. 2020. DOI: 10.30772/qjes.v13i4.700

21. Samy M., Abdelfattah A., Fayed A., Sorour T., Elshawaf M. Prediction of the settlement associated with construction on soft clay improved using rigid inclusions considering the installation effect // Engineering Research Express. 2023. Vol. 5. Issue 1. P. 015071. DOI: 10.1088/2631-8695/acc3de

22. Мирсаяпов И.Т., Шараф Хани Х.М. Экспериментальные исследования несущей способности и осадки оснований фундаментов глинистых грунтов при блочных режимных циклических нагружениях // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 1 (47). С. 175–182. EDN ZCTFHN.

23. Мирсаяпов И.Т., Шараф Х.М.А. Осадка оснований фундаментов глинистых грунтов при блочных циклических нагружениях // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 3 (65). С. 18–25. DOI: 10.52409/20731523_2023_3_18. EDN BOODTM.

24. Mirsayapov I.T. Method of Calculating the Strength of Clay Soils Under Triaxial Regime Loading // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Pp. 150–159. DOI: 10.1007/978-3-030-80103-8_16

25. Mirsayapov I.T., Sharaf H.M.A. Experimental studies of bearing capacity and settlement of foundations on clays under regime block cyclic loading // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 890. P. 012134. DOI: 10.1088/1757-899X/890/1/012134

26. Koroleva I. Assessment of clay soils strengthening under triaxial cyclic loading // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 274. P. 03025. DOI: 10.1051/e3sconf/202127403025

27. Mirsayapov I.T., Sharaf H.M.A. Features of clay soil deformation under triaxial block regime cyclic loading, taking into account the formation of micro and macro-cracks // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1928. Issue 1. P. 012038. DOI: 10.1088/1742-6596/1928/1/012038

28. Mirsayapov I., Sharaf H.M.A. Studies of clay soils under triaxial block cyclic loading // XV International Scientific Conference “INTERAGROMASH 2022”. 2023. Pp. 2378–2386. DOI: 10.1007/978-3-031-21432-5_259

29. Mirsayapov I.T., Sharaf H.M.A. Bearing capacity and settlement of foundations on clayey soils under regime block cyclic loading // Smart Geotechnics for Smart Societies. 2023. Pp. 1345–1350. DOI: 10.1201/9781003299127-197

30. Al-Saidi A., Al-Juari K.H., Fattah M.Y. Reducing settlement of soft clay using different grouting materials // Journal of the Mechanical Behavior of Materials. 2022. Vol. 31. Issue 1. Pp. 240–247. DOI: 10.1515/jmbm-2022-0033