Поведение грунтов при землетрясениях
Ишихара Кенджи
2006 г.
Книга выдающегося японского ученого, президента Международного общества по механике грунтов и геотехнике в 1997–2001 гг., профессора Токийского университета науки К. Ишихары посвящена вопросам работы песчаных и глинистых грунтов при сейсмических нагрузках. Книга имеет практическую направленность. Приведены примеры испытаний грунтов на динамическую нагрузку в полевых и лабораторных условиях с применением современных методик и аппаратуры. Описывается механизм разжижения и текучести песчаных грунтов при землетрясениях.Книга предназначена для специалистов-геотехников, научных работников, проектировщиков зданий и сооружений в условиях сейсмической нагрузки
Оглавление
СОДЕРЖАНИЕ
К читателям............................................................................................................................5
Предисловие...........................................................................................................................6
Предисловие к русскому изданию.......................................................................................7
Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.............................................9
1.1. Диапазон деформаций.................................................................................................9
1.2. Различия между статическими и динамическими условиями нагружения..........10
1.3. Зависимость деформационных характеристик от сдвиговых деформаций .........12
Глава 2. ХАРАКТЕРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
В ТИПИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПРИЛОЖЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ........16
2.1. Циклические напряжения во время землетрясений ...............................................16
2.2. Динамические нагрузки от транспорта ...................................................................21
2.3. Динамические нагрузки от морских волн...............................................................24
Список литературы .............................................................................................................27
Глава 3. ОПИСАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
ГРУНТА ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ ..........................................................28
3.1. Линейная вязкоупругая модель................................................................................30
3.2. Нелинейная циклично-независимая модель ...........................................................42
Список литературы .............................................................................................................55
Глава 4. ПРИБОРЫ И МЕТОДИКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ....................................................................................56
4.1. Прибор для испытаний на трехосное сжатие..........................................................56
4.2. Прибор для испытаний на простой сдвиг ...............................................................59
4.3. Прибор для испытаний на сдвиг при кручении......................................................60
4.4. Резонансные испытания колонн ..............................................................................62
4.5. Метод распространения волны в лабораторных испытаниях ...............................72
4.6. Испытания на циклическое нагружение
с точными измерениями деформации ......................................................................74
Список литературы .............................................................................................................76
Глава 5. ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПУТЕМ НАБЛЮДЕНИЯ
ЗА РАСПРОСТРАНЕНИЕМ ВОЛН ..................................................................................78
5.1. Исследование грунтов отраженными волнами.......................................................78
5.2. Исследование грунтов преломленными волнами...................................................81
5.3. Прямой и обращенный сейсмический каротаж (Uphole and downhole methods)....84
5.4. Метод межскважинного просвечивания (Crosshole method).................................86
5.5. Метод испытания подвесным зондом .....................................................................88
5.6. Спектральный анализ поверхностных волн (SASW) .............................................94
Список литературы ...........................................................................................................105
Глава 6. МОДУЛИ СДВИГА ПРИ ДЕФОРМАЦИЯХ МАЛОЙ АМПЛИТУДЫ........107
6.1. Модули сдвига при деформациях малой амплитуды,
определенные в ходе лабораторных испытаний ...................................................107
6.2. Зависимость модуля сдвига при деформациях малой амплитуды от времени........ 129
6.3. Модули сдвига при деформациях малой амплитуды
по данным полевых испытаний.............................................................................. 133
6.4. Вычисление модуля сдвига по полевым испытаниям на зондирование ......... 141
6.5. Коэффициент Пуассона водонасыщенных грунтов............................................. 143
Список литературы ........................................................................................................... 146
Глава 7. ЗАВИСИМОСТЬ МОДУЛЯ СДВИГА
И КОЭФФИЦИЕНТА ДЕМПФИРОВАНИЯ ОТ ДЕФОРМАЦИИ.............................. 149
7.1. Модуль деформации и коэффициент демпфирования,
определенные из лабораторных испытаний.......................................................... 149
7.2. Оценка свойств грунта в полевых отложениях .................................................... 164
7.3. Факторы, влияющие на уменьшение модуля
и характеристики демпфирования.......................................................................... 171
Список литературы ........................................................................................................... 174
Глава 8. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ
НА УМЕНЬШЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ......................................... 176
8.1. Классификация схем нагружения.......................................................................... 177
8.2. Деформационные характеристики грунтов
при кратковременном нагружении......................................................................... 180
8.3. Деформационные характеристики грунтов под воздействием
циклического нагружения....................................................................................... 186
8.4. Оценка циклического уменьшения жесткости..................................................... 189
8.5. Пороговые деформации циклического уменьшения жесткости......................... 196
8.6. Пороговые деформации и эталонная деформация............................................... 199
Список литературы ........................................................................................................... 202
Глава 9. ПРОЧНОСТЬ СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ В УСЛОВИЯХ
КРАТКОВРЕМЕННОГО И ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ................................ 204
9.1. Виды нагрузок при динамических испытаниях грунтов ..................................... 204
9.2. Определение динамической прочности грунта.................................................... 206
9.3. Условия кратковременного нагружения............................................................... 211
9.4. Комбинированное статическое и циклическое нагружение ............................... 212
9.5. Приложение непериодической нагрузки .............................................................. 219
Список литературы ........................................................................................................... 232
Глава 10. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЕСКА ЦИКЛИЧЕСКОМУ НАГРУЖЕНИЮ........... 234
10.1. Моделирование природного напряженного состояния
в лабораторных испытаниях................................................................................ 234
10.2. Механизм разжижения грунта ............................................................................. 236
10.3. Определение разжижения или циклического разуплотнения........................... 246
10.4. Сопротивление циклической нагрузке чистого восстановленного песка..... 249
10.5. Циклическое сопротивление песка in situ........................................................... 254
10.6. Циклическое сопротивление пылеватых песков................................................ 255
10.7. Циклическое сопротивление гравелистых грунтов ........................................... 257
10.8. Влияние К0 на сопротивление песка разжижению............................................. 261
10.9. Циклическое сопротивление песка при непериодическом
сейсмическом нагружении................................................................................... 264
10.10. Влияние обжимающих напряжений и начального
касательного напряжения на сопротивление песка разжижению .................... 272
Список литературы ........................................................................................................... 275
Глава 11. ПОВЕДЕНИЕ ПЕСЧАНОГО ГРУНТА
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МОНОТОННОЙ НАГРУЗКИ................................................277
11.1. Явления текучести и нетекучести образцов песка
в недренированных условиях ..............................................................................277
11.2. Характеристики сжимаемости песка и методы подготовки образцов..............280
11.3. Устойчивое состояние песка ................................................................................283
11.4. Квазиустойчивое состояние .................................................................................287
11.5. Квазиустойчивое состояние пылеватых песков .................................................292
11.6. Остаточная прочность песка, содержащего тонкие частицы ............................299
11.7. Оценка остаточной прочности .............................................................................303
11.8. Воздействие текстуры на остаточную прочность ..............................................306
11.9. Влияние вида деформации на остаточную прочность.......................................310
Список литературы ...........................................................................................................311
Глава 12. ОЦЕНКА СОПРОТИВЛЕНИЯ РАЗЖИЖЕНИЮ ГРУНТА
С ПОМОЩЬЮ ЗОНДИРОВАНИЯ НА ПЛОЩАДКЕ...................................................313
12.1. Соотношения, основанные на полевых исследованиях.....................................313
12.2. Соотношения, основанные на лабораторных испытаниях ................................319
12.3. Влияние тонких частиц на циклическую прочность..........................................322
12.4. Соотношения для гравелистых грунтов..............................................................326
Список литературы ...........................................................................................................332
Глава 13. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАЗЖИЖЕНИЯ.........................................................335
Список литературы ...........................................................................................................342
Глава 14. ОСАДКА СЛОЕВ ПЕСКА ВСЛЕДСТВИЕ РАЗЖИЖЕНИЯ.......................343
14.1. Основные концепции и методики........................................................................343
14.2. Оценка осадки........................................................................................................348
Список литературы ...........................................................................................................351
Глава 15. УСЛОВИЯ ТЕКУЧЕСТИ И НЕТЕКУЧЕСТИ
И ОСТАТОЧНАЯ ПРОЧНОСТЬ .....................................................................................352
15.1. Условия текучести для SPT и CPT-испытаний...................................................352
15.2. Зависимость между остаточной прочностью
и сопротивлением пенетрации.............................................................................363
Список литературы ...........................................................................................................367
Глава 16. НАЧАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ РАЗЖИЖЕНИЯ
И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕКУЧЕСТИ ГРУНТА................................................................368
16.1. Анализ результатов лабораторных испытаний
для определения прочности в полевых условиях ..............................................368
16.2. Начальные условия разжижения и последующей текучести грунта................371
Список литературы ...........................................................................................................374
Приложение. МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦОВ ..................................................376
Об авторе............................................................................................................................379
К читателям............................................................................................................................5
Предисловие...........................................................................................................................6
Предисловие к русскому изданию.......................................................................................7
Глава 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.............................................9
1.1. Диапазон деформаций.................................................................................................9
1.2. Различия между статическими и динамическими условиями нагружения..........10
1.3. Зависимость деформационных характеристик от сдвиговых деформаций .........12
Глава 2. ХАРАКТЕРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
В ТИПИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПРИЛОЖЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ........16
2.1. Циклические напряжения во время землетрясений ...............................................16
2.2. Динамические нагрузки от транспорта ...................................................................21
2.3. Динамические нагрузки от морских волн...............................................................24
Список литературы .............................................................................................................27
Глава 3. ОПИСАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
ГРУНТА ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ ..........................................................28
3.1. Линейная вязкоупругая модель................................................................................30
3.2. Нелинейная циклично-независимая модель ...........................................................42
Список литературы .............................................................................................................55
Глава 4. ПРИБОРЫ И МЕТОДИКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ....................................................................................56
4.1. Прибор для испытаний на трехосное сжатие..........................................................56
4.2. Прибор для испытаний на простой сдвиг ...............................................................59
4.3. Прибор для испытаний на сдвиг при кручении......................................................60
4.4. Резонансные испытания колонн ..............................................................................62
4.5. Метод распространения волны в лабораторных испытаниях ...............................72
4.6. Испытания на циклическое нагружение
с точными измерениями деформации ......................................................................74
Список литературы .............................................................................................................76
Глава 5. ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПУТЕМ НАБЛЮДЕНИЯ
ЗА РАСПРОСТРАНЕНИЕМ ВОЛН ..................................................................................78
5.1. Исследование грунтов отраженными волнами.......................................................78
5.2. Исследование грунтов преломленными волнами...................................................81
5.3. Прямой и обращенный сейсмический каротаж (Uphole and downhole methods)....84
5.4. Метод межскважинного просвечивания (Crosshole method).................................86
5.5. Метод испытания подвесным зондом .....................................................................88
5.6. Спектральный анализ поверхностных волн (SASW) .............................................94
Список литературы ...........................................................................................................105
Глава 6. МОДУЛИ СДВИГА ПРИ ДЕФОРМАЦИЯХ МАЛОЙ АМПЛИТУДЫ........107
6.1. Модули сдвига при деформациях малой амплитуды,
определенные в ходе лабораторных испытаний ...................................................107
6.2. Зависимость модуля сдвига при деформациях малой амплитуды от времени........ 129
6.3. Модули сдвига при деформациях малой амплитуды
по данным полевых испытаний.............................................................................. 133
6.4. Вычисление модуля сдвига по полевым испытаниям на зондирование ......... 141
6.5. Коэффициент Пуассона водонасыщенных грунтов............................................. 143
Список литературы ........................................................................................................... 146
Глава 7. ЗАВИСИМОСТЬ МОДУЛЯ СДВИГА
И КОЭФФИЦИЕНТА ДЕМПФИРОВАНИЯ ОТ ДЕФОРМАЦИИ.............................. 149
7.1. Модуль деформации и коэффициент демпфирования,
определенные из лабораторных испытаний.......................................................... 149
7.2. Оценка свойств грунта в полевых отложениях .................................................... 164
7.3. Факторы, влияющие на уменьшение модуля
и характеристики демпфирования.......................................................................... 171
Список литературы ........................................................................................................... 174
Глава 8. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ
НА УМЕНЬШЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ......................................... 176
8.1. Классификация схем нагружения.......................................................................... 177
8.2. Деформационные характеристики грунтов
при кратковременном нагружении......................................................................... 180
8.3. Деформационные характеристики грунтов под воздействием
циклического нагружения....................................................................................... 186
8.4. Оценка циклического уменьшения жесткости..................................................... 189
8.5. Пороговые деформации циклического уменьшения жесткости......................... 196
8.6. Пороговые деформации и эталонная деформация............................................... 199
Список литературы ........................................................................................................... 202
Глава 9. ПРОЧНОСТЬ СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ В УСЛОВИЯХ
КРАТКОВРЕМЕННОГО И ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ................................ 204
9.1. Виды нагрузок при динамических испытаниях грунтов ..................................... 204
9.2. Определение динамической прочности грунта.................................................... 206
9.3. Условия кратковременного нагружения............................................................... 211
9.4. Комбинированное статическое и циклическое нагружение ............................... 212
9.5. Приложение непериодической нагрузки .............................................................. 219
Список литературы ........................................................................................................... 232
Глава 10. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЕСКА ЦИКЛИЧЕСКОМУ НАГРУЖЕНИЮ........... 234
10.1. Моделирование природного напряженного состояния
в лабораторных испытаниях................................................................................ 234
10.2. Механизм разжижения грунта ............................................................................. 236
10.3. Определение разжижения или циклического разуплотнения........................... 246
10.4. Сопротивление циклической нагрузке чистого восстановленного песка..... 249
10.5. Циклическое сопротивление песка in situ........................................................... 254
10.6. Циклическое сопротивление пылеватых песков................................................ 255
10.7. Циклическое сопротивление гравелистых грунтов ........................................... 257
10.8. Влияние К0 на сопротивление песка разжижению............................................. 261
10.9. Циклическое сопротивление песка при непериодическом
сейсмическом нагружении................................................................................... 264
10.10. Влияние обжимающих напряжений и начального
касательного напряжения на сопротивление песка разжижению .................... 272
Список литературы ........................................................................................................... 275
Глава 11. ПОВЕДЕНИЕ ПЕСЧАНОГО ГРУНТА
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МОНОТОННОЙ НАГРУЗКИ................................................277
11.1. Явления текучести и нетекучести образцов песка
в недренированных условиях ..............................................................................277
11.2. Характеристики сжимаемости песка и методы подготовки образцов..............280
11.3. Устойчивое состояние песка ................................................................................283
11.4. Квазиустойчивое состояние .................................................................................287
11.5. Квазиустойчивое состояние пылеватых песков .................................................292
11.6. Остаточная прочность песка, содержащего тонкие частицы ............................299
11.7. Оценка остаточной прочности .............................................................................303
11.8. Воздействие текстуры на остаточную прочность ..............................................306
11.9. Влияние вида деформации на остаточную прочность.......................................310
Список литературы ...........................................................................................................311
Глава 12. ОЦЕНКА СОПРОТИВЛЕНИЯ РАЗЖИЖЕНИЮ ГРУНТА
С ПОМОЩЬЮ ЗОНДИРОВАНИЯ НА ПЛОЩАДКЕ...................................................313
12.1. Соотношения, основанные на полевых исследованиях.....................................313
12.2. Соотношения, основанные на лабораторных испытаниях ................................319
12.3. Влияние тонких частиц на циклическую прочность..........................................322
12.4. Соотношения для гравелистых грунтов..............................................................326
Список литературы ...........................................................................................................332
Глава 13. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАЗЖИЖЕНИЯ.........................................................335
Список литературы ...........................................................................................................342
Глава 14. ОСАДКА СЛОЕВ ПЕСКА ВСЛЕДСТВИЕ РАЗЖИЖЕНИЯ.......................343
14.1. Основные концепции и методики........................................................................343
14.2. Оценка осадки........................................................................................................348
Список литературы ...........................................................................................................351
Глава 15. УСЛОВИЯ ТЕКУЧЕСТИ И НЕТЕКУЧЕСТИ
И ОСТАТОЧНАЯ ПРОЧНОСТЬ .....................................................................................352
15.1. Условия текучести для SPT и CPT-испытаний...................................................352
15.2. Зависимость между остаточной прочностью
и сопротивлением пенетрации.............................................................................363
Список литературы ...........................................................................................................367
Глава 16. НАЧАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ РАЗЖИЖЕНИЯ
И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕКУЧЕСТИ ГРУНТА................................................................368
16.1. Анализ результатов лабораторных испытаний
для определения прочности в полевых условиях ..............................................368
16.2. Начальные условия разжижения и последующей текучести грунта................371
Список литературы ...........................................................................................................374
Приложение. МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦОВ ..................................................376
Об авторе............................................................................................................................379
5.19 МБ
Порядок:
от старых к новым
