Mechanical characteristics of soil under static and dynamic strains are determined experimentally. Their accuracy and reliability depends on quasi-static nature of strain process in soil. The independence of experimental results on the wave processes is ensured. Laboratory devices of dynamic loading (DDL) have been used to determine the laws of dynamic strain and mechanical characteristics of soil. The quasi-static nature of strain process in soil on DDL is achieved solving the wave problem corresponding to experiment. Plane wave propagation in soil is considered; its statement is adequate to experiment on DDL. To describe the dynamic strain of soil, the G.M. Lyakhov elastic-viscoplastic model has been adopted. The system of differential equations in partial derivatives of hyperbolic type, describing the wave process, has been solved by the method of characteristics and finite difference method in an implicit scheme. The changes in wave parameters over time for different sections of soil layer have been obtained by numerical solution. The effect of layer thickness on wave parameters and on quasi-static process is shown by experiments. Quantitative and qualitative influence of mechanical characteristics of soil on wave parameters is determined. Analyzing results, it has been established that the main factors determining the quasi-static process are the parameters of dynamic load and the thickness of soil layer in DDL. The dependence of mechanical characteristics of soil on quasistatic nature of dynamic strain in DDL is shown. Conditions to ensure the quasi-static process of strain in soil sample under dynamic compression on DDL are obtained.

Механические характеристики грунтов при их статическом и динамическом деформировании определяются экспериментально. Точность и достоверность определения механических характеристик грунтов при динамических нагружениях зависит от квазистатичности процесса деформирования грунта. Для этого необходимо обеспечит независимости результатов опытов от волновых процессов в грунте при воздействии на нее динамических нагрузок. Существуют лабораторные установки динамических нагружений (УДН) для проведения опытов по определению законов динамического деформирования, и на их основе механических характеристик грунтов. Проверка квазистатичности процесса динамического деформирования грунта в УДН, достигается решением соответствующей к постановке эксперимента волновой задачи. В связи с этим, рассмотрена задача о распространении плоской волны в грунте, постановка которой адекватно к постановке эксперимента на УДН. Для описания динамическое деформирование грунтов принять упруго-вязкопластическая модель Г. М. Ляхова. Система дифференциальных уравнений в частных производных гиперболического типа, описывающая волновой процесс в грунте, решена методом характеристик с последующим применением численного метода конечных разностей по неявной схеме. Численным решением получены изменения параметров волн (напряжения, деформация и скорости частиц) по времени для разных сечений грунтового слоя. Показаны влияния толщины слоя грунта в УДН на параметры волн, следовательно, на квазистатичность процесса динамического деформирования грунтов в экспериментах. Определены также, степени количественного и качественного влияния механических характеристик грунта на параметры волн. На основе анализа полученных результатов установлена, что главными факторами определяющими квазистатичность волнового процесса являются – толщина грунтового слоя в УДН и параметры динамической нагрузки. Показана зависимость механических характеристик грунта от квазистатичности динамического деформирования грунтового слоя в УДН. Получена на основе результатов численного решения волновой задачи и их анализа условия обеспечения квазистатичности процесса деформирования образца грунта при ее динамическом сжатии в УДН.

• 1. Introduction
• 2. Methods
  • 2.1. Statement of theoretical problem corresponding to the experiment on the DDL
  • 2.2. Method and algorithm for solving the problem of dynamic compression of soil on the DDL
  • 2.3. Validation of the algorithm and program for problem solution
• 3. Results and Discussion
  • 3.1. Results of calculations of wave parameters and patterns of strain of loess soil samples, placed in the DDL
  • 3.2. Quasistatic nature of the process of soil strain on the DDL
• 4. Conclusions

Инженерно-строительный журнал / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2017-. — Периодичность: 8 раз в год. — Выходит с 2017 г. (с № 5). — Электрон. журнал. — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Текст: электронный

Инженерно-строительный журнал / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2017-. № 1 (85), 2019. — 1 файл (14,9 Мб). — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/j19-231.pdf>.