Динамические воздействия на грунт

Всякое изменение нагрузки действующей на сооружения и основания, сообщает им ускорения, приводящие к появлению колебаний. Последние распространяются от точки приложения нагрузки в виде волн, уносящих с собой от источника колебаний энергию, и передают её от точки к точке среды, в которой волны движутся. При поглощении или отражении телом волн они оказывают на него динамическое воздействие - передают ему силовые импульсы. Амплитуды и частоты колебаний, скорости их распространения и затухания со временем и с расстоянием от источника воздействия зависят не только от характера нагружения, но и от физико-механических свойств среды.

Перемещения при колебаниях и волновых воздействиях сооружений и их оснований и возникающие в них динамические силы и напряжения могут вызывать деформации и повреждения, приводить к значительным и неравномерным осадкам и кренам фундаментов. Удары и колебания, особенно при сильных взрывах и землетрясениях, могут настолько понижать прочность грунтов, что значительные их массы теряют устойчивость и обрушиваются, а водонасыщенные пески могут переходить в разжиженное состояние и растекаться.

Динамические нагрузки, возникающие при работе неуравновешенных машин, возбуждают колебания фундаментов, на которые они установлены. Последние, в свою очередь, становятся источниками сотрясений, которые, распространяясь на значительные расстояния через грунт, передаются окружающим зданиям и сооружениям. Колебания фундаментов машин могут оказывать вредное влияние на работу самих машин, на осуществляемые с их помощью технологические процессы и на организм обслуживающего персонала. Под влиянием распространяющихся через грунт сотрясений нередко усиливается развитие осадок зданий и сооружений, а также деформаций конструкций. Поэтому учет динамических нагрузок при проектировании фундаментов машин совершенно необходим.

Сейсмические воздействия. Как известно, земная кора неоднородна и состоит из скальных массивов, разделенных трещинами; эти массивы различны по механическим свойствам. Медленные относительные смещения массивов, приводя к накоплению деформаций, которые в силу неравномерности достигают предельного состояния на локальных участках или (по установившейся терминологии) в очагах землетрясений. Здесь происходят разрывы земной коры; освобождающаяся при этом потенциальная энергия деформации переходит в кинетическую энергию упругих волн, распространяющихся по всему земному шару и проявляющихся на земной поверхности в виде кратковременных интенсивных колебаний, называемых землетрясением.

Возникающие при землетрясении силы взаимодействия между колеблющимся грунтом и возведенными на нём строениями представляют сейсмическое воздействие, при котором в конструкции сооружений появляются инерционные усилия («инерционные сейсмические нагрузки»); эти усилия могут вызвать повреждения или даже разрушения строений. Для определения сейсмического воздействия необходимо знать в. общем случае смещение, скорость и ускорение колебательного движения.

Сотрясения грунта, обусловленные движением транспорта, по сравнению с сотрясениями, вызываемыми сейсмическими силами землетрясений, весьма слабые. Однако вследствие длительности воздействия они могут быть причиной осадок оснований и вибротекучести дисперсных грунтов, так как при длительном действии сотрясений и возрастании ускорения колебаний сопротивление сдвигу дисперсных грунтов, особенно несвязных, значительно уменьшается, а изменение коэффициента пористости грунтов с возрастанием колебаний увеличивается, обусловливая виброуплотнение грунтов.

Действие взрыва вызывает в грунтах быстропротекающие механические процессы: возникновение взрывной газовой камеры в весьма короткие промежутки времени (иногда в тысячные доли секунды), давящей на окружающий ее грунт с огромной силой (порядка десятков тысяч мегапаскалей), обусловливает зарождение и движение взрывных волн, изменяющих во времени напряженное состояние массива грунта и движение частиц его со скоростью, меняющейся от нескольких тысяч метров в секунду до нуля.