Комплексное изучение макро- и микростроения, как основа для прогноза прочности и деформационного поведения глинистых грунтовНИР

Integrated study the macro- and microstructure, as a basis for the prediction of the strength and deformation of clay soils

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Комплексное изучение макро- и микростроения, как основа для прогноза прочности и деформационного поведения глинистых грунтов
Результаты этапа: Проект ориентирован на выявление закономерностей изменения строения глинистых грунтов, учитывающих макро- и микроуровни организации минерального вещества, до, после и на различных стадиях прочностных и деформационных испытаний. Преимуществом проекта является комплексный подход к изучению строения глинистых грунтов на различных масштабных уровнях, а так же возможность изучения строения на различных стадиях деформирования и разрушения образцов глинистых грунтов. Проведенные исследования показали, что для получения корректной информации о строении грунтов необходимо проводить их изучение на разных масштабных уровнях. В соответствии с объявленными ранее целями на 2016 г. авторами был разработан метод оценки структуры грунтов комплексом РЭМ-µКТ и его реализация с помощью получения массива данных, объединяющего информацию о макро- и микроструктурных элементах и его анализа в ПО «СТИМАН». Для опробования данного метода была собрана коллекция глинистых грунтов, слагающих верхнюю часть геологического разреза на территории г. Москвы, а также проведены лабораторные определения их состава и свойств. Результаты анализа структуры глинистых грунтов разного возраста, генезиса и степени литификации показали, что разработанный метод позволяет выявить и количественно оценить категорию макропор, составляющих значительную часть порового пространства. Показано, что применение данной методики позволяет значительно повысить достоверность исследований структуры полидисперсных и часто неоднородных глинистых пород. Так же разработанная методика количественного анализа структуры глинистых грунтов комплексом РЭМ-µKT была применена для выявления закономерности иерархичности структуры грунтов по «твердым» структурным элементам. Предлагаемая расчетная методика дает более полное представление об организации вещества в глинистом грунте и позволяет изучать структурированность грунта такой, как она присутствует в естественном состоянии, т.е. не прибегая к разрушению более крупных структурных элементов: блоков, комков. Предложена методика и ее техническая реализация, позволяющая изучать строение образцов глинистых грунтов на различных стадиях деформирования при компрессионных испытаниях образцов малого диаметра. Применение данной методики для современных нелитифицированных гидротермальных глинистых грунтов показало, что в них после нагружения на фоне общего уменьшения пористости, происходит некоторый рост вклада пор с эквивалентным диаметром 10-100 мкм в общую пористость. Этот факт может быть обусловлен присутствием в таких грунтах блоков, обладающих различной прочностью структурных связей. Применение такого методического подхода позволит авторам на следующих этапах выполнения проекта выявить закономерности изменения строения при прочностных и деформационных испытаниях для различных типов глинистых грунтов.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Комплексное изучение макро- и микростроения, как основа для прогноза прочности и деформационного поведения глинистых грунтов
Результаты этапа: Проект ориентирован на выявление закономерностей изменения строения глинистых грунтов с применением комплексного подхода к изучению строения на различных масштабных уровнях, учитывающего макро- и микроуровни организации минерального вещества на различных стадиях деформирования и разрушения образцов глинистых грунтов. Проведены исследования изменения строения глинистых грунтов при их деформировании в условиях компрессионного и трехосного сжатия. Для численного описания изменения строения глинистых грунтов при их деформировании применена методика количественного анализа строения глинистых грунтов комплексом РЭМ-µKT, учитывающая макро- и микроуровни организации минерального вещества. Применение данной методики позволяет значительно повысить достоверность исследований строения полидисперсных и часто неоднородных глинистых пород. Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что основные изменения в строении глинистого грунта при трехосных испытаниях происходят на момент возникновения деформационной неустойчивости. К этим изменениям относятся перераспределение порового пространства и выраженная ориентация структурных элементов грунта. Дальнейшее деформирование грунта не изменяет пористость и соотношения количества пор различных категорий, но при этом ориентация структурных элементов увеличивается на протяжении всего процесса деформирования. Данные количественного анализа строения образцов глинистого грунта при компрессионных испытаниях после каждой ступени нагружения показывают, что при общем уменьшении пористости поры различных категорий не закрываются монотонно, а имеют различную скорость и порядок закрытия. Помимо отжатия воды из образца, в процессе компрессионного сжатия происходит перераспределение пор различных категорий. Даже при отсутствии существенной деформации в процессе нагружения в строении образца, тем не менее, происходит перераспределение вклада пор различных категорий, которое в абсолютных значениях существеннее, чем сокращение общей пористости.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Комплексное изучение макро- и микростроения, как основа для прогноза прочности и деформационного поведения глинистых грунтов
Результаты этапа: Проект ориентирован на выявление закономерностей изменения строения глинистых грунтов с применением комплексного подхода к изучению строения на различных масштабных уровнях, учитывающего макро- и микроуровни организации минерального вещества на различных стадиях деформирования и разрушения образцов глинистых грунтов. Основной задачей 3 этапа являлась определение степени влияния начальной консистенции на изменение строения глинистых грунтов при нарастании сжимающей нагрузки. Исследования проводились по предложенной ранее методике, позволяющей изучать строение образцов глинистых грунтов на различных стадиях деформирования при компрессионных испытаниях образцов малого диаметра. Экспериментальные исследования показали, что поры различных категорий в процессе сжатия глинистых грунтов не закрываются монотонно, а имеют различную скорость и порядок закрытия. Даже при отсутствии существенной деформации в процессе нагружения в строении образца происходит перераспределение вклада пор различных категорий в общую пористость, которое в процентах более значительно, чем сокращение общей пористости. Результаты компрессионных испытаний серии образцов на верхнем пределе пластичности условно можно разделить на две части. Первая соответствует нагрузкам от 0 до 0,15 МПа, и на этом участке образец сжимается относительно равномерно, достаточно быстро, при малых нагрузках закрываются макропоры, но их вклад в общую пористость изначально не превышает одного процента. Далее на этом участке сжатие происходит преимущественно за счёт закрытия крупных микропор (10-100 мкм). Более мелкие микропоры на этом этапе практически не участвуют в процессе деформации. Вторая часть соответствует нагрузкам от 0,15 до 0,4 МПа. На данном участке в процессе сжатия начинают закрываться ультрамикропоры (0.1-1 мкм) и мелкие микропоры (1-10 мкм). Образцы в серии на нижнем пределе пластичности в целом оказались менее сжимаемы, существенный вклад в процесс сжатия вносят макропоры и крупные микропоры, кроме того, отмечено, что макропоры (по данным томографии) сохраняются в образце на протяжении всего процесса деформирования, вплоть до нагрузок 0,3 МПа. При этом, поры менее 10 мкм не принимают участия в сжатии.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".