astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2023-4-26-33ast-55Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONМетодика определения механических характеристик вязкоупругих грунтовMethod for determining the mechanical characteristics of viscoelastic soilsГладковА. Е.GladkovA. E.

Гладков Артем Евгеньевич, обучающийся кафедры строительных конструкций

Artem E. Gladkov, Student at the Department of Building Structures

МальцеваТ. В.MaltsevaT. V.

Мальцева Татьяна Владимировна, д-р физ.-мат. наук, профессор, профессор кафедры строительной механики

Tatyana V. Maltseva, D. Sc. in Physics and Mathematics, Professor, Professor at the Department of Structural Mechanics

ИсаковаН. П.IsakovaN. P.

Исакова Наталья Петровна, ассистент кафедры физики и приборостроения

Natalya P. Isakova, Assistant at the Department of Physics and Instrumentation

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202328122023042633Copyright © Гладков А.Е., Мальцева Т.В., Исакова Н.П., 20232023Гладков А.Е., Мальцева Т.В., Исакова Н.П.Gladkov A.E., Maltseva T.V., Isakova N.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/55

Экспериментальные исследования процессов в грунтовом основании под нагрузкой показывают, что грунты проявляют вязкоупругие свойства. Представлена методика определения механических характеристик вязкоупругого грунта. Из экспериментальных данных испытания образца на ползучесть получена функция ползучести грунта. Далее численно-аналитическим методом ломаных определена функция релаксации грунта. Представление функции ползучести в виде ломаной линии позволило получить функцию релаксации (обратную функцию к функции ползучести в изображениях по Лапласу – Карсону) как решение задачи вязкоупругости. На основании известного изображения искомого оригинала функции релаксации в виде ломаной линии осуществлен переход от изображения к оригиналу по методу ломаных, который сведен к системе линейных алгебраических уравнений относительно искомых параметров функции релаксации. Для определения функции релаксации по данной методике нет необходимости ставить эксперимент с образцом грунта на релаксацию, что позволяет экономить на проведении лабораторного эксперимента. Предложенный алгоритм представляет интерес при проектировании объектов строительства на слабых грунтовых основаниях с учетом вязкоупругих свойств грунта. 

Experimental studies of processes in soil foundations under load show that soils exhibit viscoelastic properties. The article presents the method for determining the mechanical characteristics of viscoelastic soil. One of the functions, for example, the soil creep function, is obtained from the experimental data of testing a sample for creep. Next, the soil relaxation function was determined using the numerical-analytical method of broken lines. The representation of the creep function in the form of a broken line made it possible to obtain the relaxation function (the inverse function to the creep function in Laplace – Carson images) as a solution of the viscoelasticity problem. Based on the known image of the desired original of the relaxation function in the form of a broken line, a transition from the image to the original was made using the broken line method, which is reduced to a system of linear algebraic equations regarding the desired parameters of the relaxation function. To determine the relaxation function using the proposed method, there is no need to experiment with a soil sample for relaxation. This saves on laboratory experiments. The proposed algorithm is of interest when designing construction projects on weak soil foundations, taking into account the viscoelastic properties of the soil.

вязкоупругие свойства грунтагрунтовое основаниефункции ползучести и релаксацииметод ломаныхviscoelastic properties of soilsoil foundationcreep and relaxation functionsbroken line methodReferencesNguyen, P. D. The dependence of the strength properties of soil on its physical state / P. D. Nguyen. – DOI 10.5862/ MCE.35.3. – Текст : непосредственный // Magazine of Civil Engineering. – 2012. – No. 35 (9). – P. 23–28.Nguyen, P. D. (2012). The dependence of the strength properties of soil on its physical state. Magazine of Civil Engineering, 35(9), pp. 23-28. (In English). DOI 10.5862/MCE.35.3.Liu, E. L. An elastoplastic model for saturated freezing soils based on thermo-poromechanics / E. L. Liu, Y. M. Lai, H. Wong, J. L. Feng. – DOI 10.1016/j.ijplas.2018.04.007. – Текст : непосредственный // International Journal of Plasticity. – 2018. – No. 107. – P. 246–285.Liu, E. L., Lai, Y. M., Wong, H., & Feng, J. L. (2018). An elastoplastic model for saturated freezing soils based on thermo-poromechanics. International Journal of Plasticity, (107), pp. 246-285. (In English). DOI 10.1016/j. ijplas.2018.04.007.Sabri, M. M. Soil-structure interaction: theoretical research, in-situ observations, and practical applications / M. M. Sabri, K. G. Shashkin. – DOI 10.34910/MCE.120.5. – Текст : непосредственный // Magazine of Civil Engineering. – 2023. – No. 120 (4). – P. 12005.Sabri, M. M., & Shashkin, K. G. (2023). Soil-structure interaction: theoretical research, in-situ observations, and practical applications. Magazine of Civil Engineering, (120(4)), pp. 12005. (In English). DOI 10.34910/MCE.120.5.Mishra, A. Analysis of creep settlement of pile groups in linear viscoelastic soil / A. Mishra, N. R. Patra. – DOI 10.1002/nag.2976. – Текст : непосредственный // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. – 2019. – No. 43 (1). – P. 2288–2304.Mishra, A., & Patra, N. R. (2019). Analysis of creep settlement of pile groups in linear viscoelastic soil. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, (43 (1)), pp. 2288-2304. (In English). DOI 10.1002/ nag.2976.Liu, J. C. One-dimensional consolidation of visco-elastic marine clay under depth-varying and time-dependent load / J. C. Liu, G. H. Lei, X.-D. Wang. – DOI 10.1080/1064119X.2013.877109. – Текст : непосредственный // Marine Georesour Geotechnol. – 2015. – No. 33 (4). – P. 337–347.Liu, J. C., Lei, G. H., & Wang, X.-D. (2015). One-dimensional consolidation of visco-elastic marine clay under depth-varying and time-dependent load. Marine Georesour Geotechnol, (33(4)), pp. 337-347. (In English). DOI 10.1080/1064119X.2013.877109.Wang, L. Semi-analytical solution for one-dimensional consolidation of fractional derivative viscoelastic saturated soils / L. Wang, D. Sun, P. Li, Yi Xie. – DOI 10.1016/j.compgeo.2016.10.020. – Текст : непосредственный // Computers and geotechnics. – 2017. – No. 83 (1). – P. 30–39.Wang, L., Sun, D., Li, P., & Xie, Yi. (2017). Semi-analytical solution for one-dimensional consolidation of fractional derivative viscoelastic saturated soils. Computers and geotechnics, (83(1)), pp. 30-39. (In English). DOI 10.1016/j. compgeo.2016.10.020.Experiment study of lateral unloading stress path and excess pore water pressure on creep behavior of soft soil / W. Huang, K. Wen, D. Li [et al.]. – DOI 10.1155/2019/9898031. – Текст : непосредственный // Advances in Civil Engineering. – 2019. – Vol. 2019. – P. 9898031.Huang, W., Wen, K., Li, D., Deng, X., Jiang, H., & Amini, F. (2019). Experiment study of lateral unloading stress path and excess pore water pressure on creep behavior of soft soil. Advances in Civil Engineering, 2019, p. 9898031. (In English). DOI 10.1155/2019/9898031.Experimental research on consolidation creep characteristics and microstructure evolution of soft soil / J. Yuan, Y. Gan, J. Chen [et al.]. – DOI 10.3389/fmats.2023.1137324. – Текст : непосредственный // Structural Materials. – 2023. – No. 10. 1137324.Yuan, J., Gan, Y., Chen, J., Tan, S., & Zhao, J. (2023). Experimental research on consolidation creep characteristics and microstructure evolution of soft soil. Structural Materials, 10:1137324. (In English). DOI 10.3389/ fmats.2023.1137324Мальцева, Т. В. Математическая теория водонасыщенного грунта / Т. В. Мальцева. – Тюмень : Вектор Бук, 2012. – 240 с. – ISBN 978-5-91409-279-2. – Текст : непосредственный.Maltseva, T. V. (2012). Matematicheskaya teoriya vodonasyshchennogo grunta [Mathematical theory of watersaturated soil]. Tyumen, Vector Buk Publ., 240 p. (In Russian). ISBN 978-5-91409-279-2.Мальцев, Л. Е. Теория вязкоупругости для инженеров-строителей / Л. Е. Мальцев, Ю. И. Карпенко. – Тюмень : Вектор Бук, 1999. – 239 с. – Текст : непосредственный.Maltsev, L. E., & Karpenko, Yu. I. (1999). Teoriya vyazkouprugosti dlya inzhenerov-stroiteley [Viscoelasticity theory for civil engineers]. Tyumen, Vector Buk Publ., 239 p. (In Russian).Колтунов, М. А. Ползучесть и релаксация / М. А. Колтунов. – Москва : Высшая школа, 1976. – 278 с. – Текст : непосредственный.Koltunov, M. A. (1976). Polzuchest' i relaksatsiya [Creep and relaxation]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 278 p. (In Russian).Безухов, Н. М. Основы теории упругости, пластичности и ползучести / Н. М. Безухов. – Москва : Высшая школа, 1968. – 538 с. – Текст : непосредственный.Bezukhov, N. M. (1986). Osnovy teorii uprugosti, plastichnosti i polzuchesti [Fundamentals of the theory of elasticity, plasticity and creep]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 538 p. (In Russian).Maltseva, T. V. Deformed state of the bases buildings and structures from weak viscoelastic soils / T. V. Maltseva, E. R. Trefilina, T. V. Saltanova. – DOI 10.18720/MCE.95.11. – Текст : непосредственный // Magazine of Civil Engineering. – 2020. – No. 95 (3). – P. 119–130.Maltseva, T. V., Trefilina, E. R., & Saltanova, T. V. (2020). Deformed state of the bases buildings and structures from weak viscoelastic soils. Magazine of Civil Engineering, (95(3)), pp. 119-130. (In English). DOI 10.18720/MCE.95.11.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.