Механизмы процессов консолидации песчаных грунтов при вибрационном воздействии

особенностями региона. В перспективе до 2020 года прогнозируется удвоение спроса на грузовые и пассажирские перевозки. Однако, реализация этого спроса сдерживается низким уровнем развития материально-технической базы железнодорожного транспорта.

Основные направления развития транспортного комплекса Вьетнама - обновление и модернизация подвижного состава, ре-

конструкция мостов, строительство новых железнодорожных путей и станций. Реализация инвестиционной программы развития железнодорожного транспорта Вьетнама в перспективе до 2020 года предполагает объем финансирования 990 млрд. донг, в том числе 680 млрд. донг (70%) составят государственные субсидии и 310 млрд. донг (30 %) - внешние (заемные) источники.

МЕХАНИЗМЫ ПРОЦЕССОВ КОНСОЛИДАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПРИ ВИБРАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Долгов Д.В., к.т.н.

В статье рассматриваются механизмы процессов консолидации песчаных грунтов при вибрационном воздействии.Для песчаного грунта с пылевидной фракциейавтор предлагает трехфазную модель: твердая фаза (основная фракция песка) —псевдожидкость (пылевидные частицы) - жидкость (вода).

Ключевые слова: песчаный грунт; фракционный состав; вибрационное воздействие.

THE MECHANISMS OF THE CONSOLIDATIONPROCESSES OF SANDY SOILS DURING VIBRATION EXPOSURE

Dolgov D.V., candidate of Technics.

In the article the mechanisms of consolidation of sandy soils during vibration exposure are discerned. For the sandy soil with a dust grain size the author proposes three-phase model: the solid phase (the main fraction of sand) - pseudo-liquid (particulate) - liquid (water).

Keywords: sandy soil; grain size; vibration exposure.

Существующие на данный момент технологии строительства автодорог предусматривают неприемлемо длительные периоды выдержки консолидации природного основания (ПО) до полугода. В настоящее время объективно назрела необходимость существенного снижения этого временного интервала, то есть ускорения технологии консолидации. Вместе с тем, должна быть решена и другая задача - обеспечения требуемых параметров уплотнения ПОпри резком сокращении технологических интервалов уплотнения.

Дляэтого следует рассмотреть несколько вопросов:

- анализ перспективных методовконсолидации грунтов, к числу которых относится вибрационное воздействие;

- изучение механизмов консолидации грунтов, позволяющих создавать качественно новые технологии.

В настоящей работе рассматриваются вопросы механизмов и моделирования консолидации песчаных грунтов[6].

Данные по эксплуатации сооруженийи экспериментальные ис-следованияза динамическими воздействиями на грунты позволили установить, что деформации наиболее значительны в тех случаях, когда основанием служат песчаные грунты.

Из всехвидов грунтов - песчаные, суглинки, глинистые и др. -песчаные представляют собой наиболее простой случай с точки зрения перспективы исследования механизмов консолидации. Причина этого состоит в том, что в песках наблюдается сравнительно слабое взаимодействие между частицами, тогда как в глинистом грунте этот фактор имеет очень большое значение.

Согласно Н.Н. Маслову, на уплотнение песчаных грунтовзна-чительное влияние оказывает вибрационное воздействие, напри-мер,со стороны проходящего автотранспорта. Так, в ряде случаев амплитуда колебаний земляного полотна составляет 0,1 мм и выше, что при частоте 10-15 Гц отвечает ускорению до 1000 мм/с2[5].

По данным [3], влияние характеристик строения и напряженного состояния песков на их поведение при динамическом воздей-ствииисследовано неравномерно. Так,подробно изучено влияние влажности, плотности сложения и величины эффективных напряжений на динамическую устойчивость песков. С увеличением последних сопротивление песков динамическому воздействию увеличивается. Влияние влажности также описывается однозначно: мак-

симальная динамическая устойчивость характерна при прочих равных условиях для капиллярно увлажненных песков, средняя - для сухих и минимальная - для водонасыщенных. С другой стороны, к спорным и малоизученнымпроблемам относится вопрос о роли коэффициента бокового давления покоя песков на их реакцию при динамическомнагружении.

Если многие авторы единодушно считают, что с увеличением амплитуды нагрузки при прочих равных условиях динамическая устойчивость песков снижается, то вопрос о влиянии частоты воздействия остается до сих пор дискуссионным.

Анализспециальнойлитературы о поведении грунтов при динамических воздействиях, выполненный в [4],показал, что результаты исследований и выводы исследователей чрезвычайно противоречивы. Так, природа изменения прочности и плотности грунта,-по данным одних авторов,объяснялась изменениемкоэффициента внутреннего трения и сцепления грунта, причем решающим фактором выступало ускорение колебаний. В то же времядругие авторы полагают, чтоизменение сопротивления грунтов сдвигу при вибрациях происходит не за счет изменения угла внутреннего трения, который остается почти таким же, как и при статических воздействиях, а в связи с кратковременным изменением напряженного состояния.

Необходимо отметить работы Е.А. Вознесенского [1], который для оценки реакции грунтов на динамическое воздействие предложил термин «динамическая неустойчивость» грунта, под которой понимается повышение вероятности разрушения грунта при дина-мическомнагружении по сравнению со статическими условиями. Длительные пульсирующие нагрузки, особенно при небольших амплитудах деформации, не позволяют плотному водонасыщенному песку мобилизовать значительное сопротивление сдвигу и приводят к медленной переупаковке зерени внезапному разжижению грунта, начинающемуся в пределах сформировавшихся ослабленных зон.

Песок является неразжижаемым только при очень высокой плотности сложения - более 70-80%.

Одним из процессов, происходящих в песчаных грунтах, является суффозия- перемещение и вынос мелких частиц песка под воздействием фильтрационного потока по порам, образованным структурой из более крупных частиц. Такой процесс называется механической суффозией в отличие от химической суффозии, когда под воздействием фильтрационного потока происходит растворение легко- и среднерастворимых химических соединений, находящихся в грунте.

В результате суффозии происходит увеличение пористости

Рис. 1.Зависимость деформации от среднего эффективного напряжения для песка средней крупности

грунта иобразование ослабленных зон, в которых при длительном суффозионномпроцессе происходит разрушение структуры грунта. Различают два вида механической суффозии - внешнюю и внутреннюю.

Вопросы механизмов консолидации песчаных грунтов представлены в [3].

Авторами [3] создана методика,опробованная на песках разной крупностив составе водонасыщенных образцов разной плотности в режиме монотонного консолидированно-недренированного трехосного сжатия с одинаковыми параметрами в каждом опыте.

На основе экспериментальных данныхвыделены три стадии деформирования (рис. 1):

1) практически упругое сжатие воды и скелета, деформации не превышают 0,1% (участок АБ);

2) образование локальных зон малых смещений, слияние которых приводит к формированию зон сдвига (БВ). При этом деформации в зависимости от начальной плотности песка могут достигать и первых процентов;

3) дальнейшее деформирование песка в пределах сформировавшихся зон сдвига (ВГ).

Установлено, что для динамической устойчивости этих грунтов критической является концентрация 10% для пылевидныхчас-тиц. Их превышение катастрофически снижает динамическую устойчивость песков и делает практически непригодными для устройства земляного полотна в условиях высокого увлажнения.

На основе исследования гранулометрического состава песков-составлена классификация намывных песковпо динамической устойчивости для целей автодорожного строительства[3].

При исследовании реальных грунтов возникает проблема полноценного описания их свойств и характеристик. Представляется, что эта проблема значительно затрудняет сопоставление данных, полученных разными авторами на грунтах, относящихся к одной

группе - песчаные, глинистые, суглинки и др., -но сильно отличающихся друг от друга по совокупности характеристик. В связи с этим, значительный интерес представляет другая методология исследований, состоящая в создании модельных объектов, которые могут быть воспроизведены и перепроверены другими исследователями.

Такой подход реализован в [2], где было изучено вибрационное уплотнениегрунта, состоящего изсмеси дисперсных частиц окиси алюминия и кремния.

Экспериментальные данные (рис. 2) позволили авторам [2] установить диапазоны технологических параметров, при которых достигается максимальная плотность упаковки частиц грунта.

Принципиальным представляется вопрос о роли фракционного состава при динамической устойчивости песков. По данным [3],пылевидные частицы оказывают значительное влияние на возникновение динамической неустойчивости песков, однако объяснение этого явления не приводится.

На наш взгляд, здесь может иметь место следующая картина.

Если принять тот факт, что пылевидная частица имеет диаметр в 100 раз меньше средней частицы песка, то при 5%-ной массовой концентрации пылевидных частиц на каждую среднего размера частицу приходится более 50000 пылевидных частиц. Пылевидные частицы, таким образом, образуют особую среду-псевдожидкую фазу, характеризующуюся крайне высокой подвижностью (скоростью диффузии). В этой среде облегчается трение между частица-миосновнойфракции грунта, и деформационно-пластическиепока-затели грунта увеличиваются.

Другой аспект влияния пылевидных частиц связан с их особыми поверхностными характеристиками. Уже при массовой доле 5% удельная поверхность пылевидной фракциипревышает тот же параметр основной фракции на восемь десятичных порядков. Из этого следует, что пылевидные частицы играют исключительную роль

Рис. 2. Зависимость плотности сыпучего материала от ряда параметров: 1 - величинывибрационного ускорения (а); силыРвибрационного воздействия с частотой: 2а - 32 Гц; 2б - 50 Гц; 3 -времени?вибрационного воздействия; 3а -Р = 3кН; 3б -Р= 6

кН/ =50 Гц

в таких процессах, как взаимодействие с жидкой фазой (водой), реологические, химические и физико-химические эффекты.

Таким образом, для песчаного грунта с пылевидной фракцией-предлагается трехфазная модель: твердая фаза (основная фракция песка) -псевдожидкость (пылевидные частицы) - жидкость (вода).

Литература:

1. Вознесенский Е.А. Динамическая неустойчивость грунтов / Е.А. Вознесенский. - М.: Эдиториал УРСС, 1999. - 263 с.

2. ГендлинаЛ.И., ЛевенсонС.Я., ЕременкоЮ.И., ВидановВ.В. Результаты исследования процесса уплотнения дисперсных материалов вибрационным способом // Горный информационно-анали-

тический бюллетень. - 2011. - № 8.

3. Кушнарева Е.С. Устойчивость водонасыщенных песков при динамическом воздействии: Диссертация ... кандидата геолого-ми-нералогических наук. - М., 2008. - 265 с.: ил.

4. Латыпов А.И. Исследование динамической прочности песчаных грунтов методом автоколебаний: диссертация ... кандидата технических наук. - Екатеринбург, 2011. - 166 с.: ил.

5. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. - М: Высш. школа, 1982. - 511 с.

6. Пьянков С.А. Механика грунтов: учебное пособие / С.А. Пьянков, З.К. Азизов; Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 103 с.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОГРУЗО-РАЗГРУЗОЧНЫХ РАБОТ В ПОРТУ НА ПРИМЕРЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕНАЛИВНОГО ПРИЧАЛА

Устинов В.В., Зеленков Г.А.

Статья посвящена анализу существующих технологических процессов погрузо-разгрузочныхработ (ПРР) с целью выявления недоработок в системе порта негативно влияющих на пропускную способность причалов, терминалов и портов в целом. Даны предложения по работе системы грузообработки судов в порту, основанные на включении в единую электронную базу данных всех участников-испол-нителей технологии ПРР с правом ввода начала и окончания действий по своим обязательствам в циклических процессах и их элементах.

Ключевые слова: погрузо-разгрузочные работы, пропуская способность, нефтеналивной причал.

SYSTEM ANALYSIS OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF LOADING AND UNLOADING AT THE PORT ON THE EXAMPLE OF OIL-LOADING TERMINAL OPERATION

Ustinov V., Zelenkov G.

This article analyzes the existing processes of loading and unloading (PRR) to detect flaws in the port adversely affect the capacity of the berths, terminals and ports in general. The offers on the system of cargo handling at the port based on the inclusion of a single electronic database of all participants in implementing the right technology PRR enter the start and end actions for its obligations in cyclic processes and their elements.

Keywords: cargo handling, passing ability, an oil jetty.

В транспортной системе порты занимают одно из важных мест, как сложные технологически многозвенные подсистемы, предназначенные для смены вида транспорта в кратчайшие сроки и по конкурентным ценам. В таких транспортных подсистемах, как правило, всегда имеют место непроизводительные простои судов и груза. Для решения задач по оптимизации производственных процессов направленных на повышение эффективности производства (в данном случае имеется ввиду эффективность технологического процесса погрузо-разгрузочных работ (ПРР) с транспортными судами в порту), необходимо, прежде всего, провести анализ выполняемых на сегодняшний день процессов в сравнении с договорными нормами на производство ПРР, в том числе в области безопасности объектов морского транспорта.

Так, согласно «Порядку взаимодействия ОАО «Черномортран-снефть», ЗАО «Морской портовый сервис» и ОАО «Новороссийский морской торговый порт» при совместной безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов нефтеналивного терминала «Шесхарис»» [6] (далее Порядок взаимодействия участников ПРР) в Приложении «Б» установлены следующие договорные нормы на производство ПРР (п.1-9).

1. Швартовка, отшвартовка танкера грузоподъемностью от 80

- до 150 тыс. тонн на обе операции 6 часов.

2. Оформление прихода и отхода судов - не более 3-х часов с момента начала работы комиссии.

Примечание: Через 10 минут начала работы комиссии по оформлению на прибытие, на борт судна допускаются: мастер по наливу, представитель химической лаборатории нефтебазы, сюрвейер по договору с ОАО «Черномортранснефть».

3. Шланговка или отшланговка одного стендера - 20 минут.

4. Осмотр танков - 40 минут для нефти (шланговка стендеров и осмотр танков совмещаются по времени с работой комиссии по приходу, отшланговка стендеров совмещается по времени с оформлением документов).

5. Подготовка судна и/или нефтебазы к наливу - 20 минут.

6. Налив нефтью на причале № 1 - средняя производительность налива не менее 10000 тонн/час, максимальная производительность по одному стендеру - 4500 м3/час, максимальная производительность налива 13500 м3/час;

7. Возможности приема балласта - не более 700 тонн/час.

8. Отбор проб, замер и подсчет груза для нефти - 2 часа, для нефтепродуктов - 2 часа 30 мин.; оформление, доставка документов экспедитором на борт судна и подписание документов капитаном после налива груза - 2 часа с момента получения данных об окончательном количестве и качестве груза.

9. Учет стояночного времени российских и иностранных судов оформляется таймшитом и ведется Нефтерайоном порта.

Следует отметить, что Порядок взаимодействия участников ПРР имеет ряд следующих недоработок по п.1-7:

1. Не отражено время, отводимое для лоцманской проводки на ввод/вывод судна в порт/из порта, несмотря на то, что швартовка, отшвартовка, перешвартовка при взимании лоцманского сбора рассматривается как самостоятельная операция внутрипортовой лоцманской проводки;

2. Норма на швартовку/отшвартовку указана общая, без разбивки данных циклических процессов ПРР на составляющие их элементы, лоцманскую проводку на ввод/вывод судна, работу буксиров (портовая буксировка, кантовка), работу швартовных бригад;

3. Не указано, с какого момента учитывается работа буксиров в швартовке/отшвартовке, с момента подхода к борту судна и поступления под управление капитаном буксируемого судна портовой буксировкой, или с момента их движения от места стоянки;

4. Время на оформление прихода/отхода составляет 3 часа с момента начала работы государственной досмотровой Комиссии (далее Комиссия), следовательно, Комиссия может начать работу спустя неопределенное время после окончания швартовки и/или после окончания погрузки;

5. Порядок взаимодействия участников ПРР, не согласован с буксирной компанией ОАО «Флот Новороссийского морского тор-