Изучение влияния расположения армирующих железобетонных элементов на восприятие основанием сейсмических нагрузок

Введение. Армирование грунтов широко применяется при строительстве зданий и сооружений в сложных геологических условиях, особенно с помощью вертикальных элементов. Расчеты армированных оснований на практике проводятся по различным методам, в том числе численному. Выполнено много исследований поведения грунта при армировании сваями и его влияния на осадку, однако взаимодействие грунтов и армирующих элементов не до конца изучено. Выбор расположения элементов и оценка влияния разжижения грунтов на эффективность армирования при сейсмических воздействиях остаются актуальными задачами.

Материалы и методы. Исследуется влияние различных схем расположения армирующих свай на поведение грунтового массива и осадку фундамента при сейсмических нагрузках. С помощью программы PLAXIS 2D рассматриваются три варианта расположения свай, включая традиционные и альтернативные схемы. При расчете также применяются различные модели грунтов — UBC3D-PLM и HS Small для моделирования нижнего и верхнего слоя грунта в зависимости от его характеристик.

Результаты. Полученные результаты показывают, что все три выбранные расчетные схемы получают существенный прирост осадок в процессе прохождения землетрясения. Различные способы расположения свай значительно влияют на деформации и осадки фундаментной плиты, а также на расположение точек разжижения грунтов при сейсмических нагрузках.

Выводы. Изменяя параметры свайного армирования, есть возможность управлять размерами и местоположением зон разжижения, а при необходимости защитить некоторые зоны от реализации этого процесса. Представленные результаты могут способствовать разработке и развитию эффективных методов строительства в сейсмоопасных районах.

1. Khazaleh M.A. The effect of soil reinforcement on strength of the soil // Sustainable Energy and Environment Review. 2023. Vol. 1. Issue 1. Pp. 68–79. DOI: 10.59762/seer924712041120231103144956

2. Tulebekova A., Tanyrbergenova G., Zhankina A., Baizakova G. Effectiveness of reinforcement on soil subsidence // Bulletin of L.N. Gumilyov Eurasian National University. Technical Science and Technology Series. 2023. Vol. 142. Issue 1. Pp. 107–115. DOI: 10.32523/2616-7263-2023-142-1-107-115

3. Damians I.P., Rimoldi P., Miyata Y., Detert O., Uelzmann S., Hoelzel M. et al. Summary of the Soil Reinforcement Technical Committee Special Session (IGS TC-R) // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 368. P. 03010. DOI: 10.1051/e3sconf/202336803010

4. Iman M., Harwadi F. The sand column utilizing for clay soil reinforcement // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Vol. 1083. Issue 1. P. 012033. DOI: 10.1088/1755-1315/1083/1/012033

5. Zhang D.-W., Liu S.-C., Lin W.-F., Shi H.-B., Mao Z.-L. Field test on soft ground with liquefiable silt interlayer reinforced by jet-grouted mixing piles // Journal of Traffic and Transportation Engineering. 2022. Vol. 22. Pp. 103–111. DOI: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2022.01.008

6. Budianto E., Pamuttu D., Hairulla H., Pasalli D. Geotextile reinforcement model laboratory test on silt soil // Technium: Romanian Journal of Applied Sciences and Technology. 2023. Vol. 17. Pp. 46–51. DOI: 10.47577/technium.v17i.10045

7. Basar E.E. Effects of microgrid reinforcement on soil strength // Engineering and Technology Journal. 2023. Vol. 08. Issue 10. DOI: 10.47191/etj/v8i10.02

8. Ouria A., Heidarli E., Karamzadegan S. A laboratory study of the influence of reinforcement stiffness and the size of soil particles on soil pull-out strength. 2023. DOI: 10.22060/CEEJ.2023.21922.7853

9. Liu W., Zhan Y., Zheng S., Li J., Qiu Y., Wei D. et al. Deformation characteristics and control methods of deep foundation pit excavation in watery sandy soil area // Advances in Frontier Research on Engineering Structures. 2023. DOI: 10.3233/ATDE230196

10. Shalchian M.M., Arabani M. A review of soil reinforcement with planetary fibers // Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2022. Vol. 22. Issue 4. Pp. 4496–4532. DOI: 10.1007/s42729-022-01052-y

11. Тер-Мартиросян З.Г., Струнин П.В. Усиление слабых грунтов в основании фунда-ментных плит с использованием технологии струйной цементации грунтов // Вестник МГСУ. 2010. № 4–2. С. 310–315. EDN RTSQUJ.

12. Desai C.S. Effects of driving and subsequent consolidation on behaviour of driven piles // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 1978. Vol. 2. Issue 3. Pp. 283–301. DOI: 10.1002/nag.1610020307

13. Hegg U., Jammilkowski M.B., Parvis E. Behavior of oil tanks on soft cohesive ground improved by vertical drains // Proceedings of 8-th ECSMFE. 1983. Issue 2. Pp. 627–632.

14. Kawasaki T. Deep mixing method using cement hardening agent // Proc. 8-th ECSMFE. Stockholm, 1981. Pp. 721–724.

15. Нуждин Л.В., Кузнецов А.А. Армирование грунтов основания вертикальными стержнями // Труды международного семинара по механике грунтов, фундаментостроению и транспортным сооружениям. 2000. С. 204–206. EDN UPNJAM.

16. Нуждин Л.В., Скворцов Е.П. Исследование динамического напряженно-деформированного состояния жестких вертикальных армоэлементов // Вестник ТГАСУ. 2003. № 1. С. 225–230.

17. Jones D.R.V., Dixon N. A comparison of geomebranes/geotextiles interface shear stregth by direct shear and ring shear // Proceeding of the Second European Geosynthetics Conference. Bologna, Italy, 2000. Vol. 2. Pp. 929–932.

18. Караулов А.М. Методика расчета вертикально армированного основания плитного фундамента // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. ПГАСА. Пенза : Изд-во ПГАСА, 2002. С. 66–69.

19. Караулов А.М. Практический метод расчета вертикально армированного основания ленточных и отдельно стоящих фундаментов транспортных сооружений // Вестник ТГАСУ. 2012. № 2 (35). С. 183–190.

20. Есипов А.В., Демин В.А., Ефимов А.А. Численные исследования осадок плитных фундаментов на грунтовом и армированном сваями основаниях // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6.

21. Chen Y., Cao W., Chen R.P. An experimental investigation of soil arching within basal reinforced and unreinforced piled embankments // Geotextiles and Geomembranes. 2008. Vol. 26. Issue 2. Pp. 164–174. DOI: 10.1016/j.geotexmem.2007.05.004

22. Han J., Gabr M.A. Numerical analysis of geosynthetic-reinforced and pile-supported earth platforms over soft soil // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2002. Vol. 128. Issue 1. Pp. 44–53. DOI: 10.1061/(asce)1090-0241(2002)128:1(44)

23. Сафин Д.Р. Исследование деформативности водонасыщенных глинистых грунтов, армированных вертикальными армирующими элементами // Известия КазГАСУ. 2008. № 2. С. 81–84.

24. Мариничев М.Б., Ткачев И.Г., Шлее Ю. Практическая реализация метода вертикального армирования неоднородного основания для компенсации неравномерной деформируемости грунтового массива и снижения сейсмических воздействий на надземное сооружение // Научный журнал КубГАУ. 2013. № 94 (10).

25. Есипов А.В., Демин В.А., Ефимов А.А. Численные исследования осадок плитных фундаментов на грунтовом и армированном сваями основаниях // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6.

26. Попов А.О. Расчет конечной осадки глинистых оснований, армированных вертикальными элементами // Magazine of Civil Engineering. 2015. № 4. С. 19–27. DOI: 10.5862/MCE.56.3

27. Мирсаяпов И.Т., Попов А.О. Экспериментально-теоретические исследования работы армированных грунтовых массивов // Известия КазГАСУ. 2008. № 2 (10).