Анкерные свойства грунтов-аналогов дисперсных отложений небесных тел земной группы

В.А.Королев

Анкерные свойства относятся к классу физико-механических свойств грунтов и характеризуют способность грунта удерживать при выдергивании из него предметы различной формы: анкеры, балки, стержни и т.п. Изучение этих свойств особенно важно при инженерно-геологической оценке грунтов, рассматриваемых в качестве оснований или среды для различных анкерных устройств, мачт, опор, и других конструкций систем инженерной защиты. Особое значение их изучение имеет также при разработке анкерных устройств-якорей подводных донных аппаратов, а также автоматических космических посадочных аппаратов, которые необходимо жестко закреплять на поверхности при посадке. В этой связи нами проводились разносторонние исследования анкерных свойств песчано-гравийных грунтов - модельных смесей грунтов-аналогов дисперсных поверхностных отложений небесных тел Земной группы: Марса, Луны и Фобоса.

Искусственные грунты-аналоги представляли собой песчаные, пылевато-песчаные и песчано-гравийные смеси различного гранулометрического состава, близкого к поверхностным дисперсным отложениям указанных небесных тел. Опыты проводились на специальном крупногабаритном стенде, в который помещался анализируемый грунт. При этом в стенде создавались модельные одно- и многослойные грунтовые толщи, мощностью до 1,5 м.

Испытательный стенд был оборудован специальным устройством для создания и определения усилия выдергивания из грунта помещаемого в него анкера. В качестве анкеров испытывались специальные металлические зонды-якори различной формы и размеров. Зонд-анкер с тонким металлическим тросом помещался в толщу изучаемого грунта на разную глубину, под разными углами и т.п., после чего выдергивался из грунта, и при этом определялось выдергивающее усилие. Для устранения и уменьшения влияния силы тяжести (величина которой пренебрежимо мала на небольших небесных телах типа Фобоса) выдергивание зонда проводилось в горизонтальном направлении. Опыты велись с пятикратной повторностью для каждого вида испытаний и затем обрабатывались статистически.

В результате проведенных исследований было изучено влияние целого ряда факторов на анкерные свойства песчано-гравийных грунтов, а именно: гранулометрического состава грунтов, плотности их сложения, строения многослойной грунтовой толщи, формы зонда-анкера, угла его наклона к поверхности, угла выдергивания зонда-анкера и др. Установлены зависимости усилий выдергивания анкеров разной формы от величины их заглубления в грунты разного гранулометрического состава. Показано, что с уменьшением дисперсности и увеличением плотности сложения грунтов величина выдергивающих усилий возрастает, т.е. параметры анкерных (удерживающих) свойств грунтов увеличиваются. В многослойных толщах грунтов наибольшие параметры анкерных свойств обусловливаются за счет более плотного и менее дисперсного слоя.

Кроме того, установлено влияние размера и формы зонда-анкера на формирование вокруг него зоны обтекания, образующейся при перемещении частиц грунта в ходе выдергивания анкера. Выявлено, что объем зоны обтекания грунта вокруг анкера зависит от формы анкера, его размеров и их соотношения с размером частиц грунта. Показано, что определяющим в формировании анкерных свойств песчано-гравийных грунтов является их внутреннее трение. Получены статистически-обоснованные параметры усилий выдергивания зондов-анкеров разной формы для различных типов песчано-гравийных грунтов-аналогов, которые могут использоваться для оценки анкерных свойств грунтов.