Определение сопротивления среды при внедрении в нее жесткой сваи

Традиционно сопротивление среды при внедрении в нее жесткой недеформируемой сваи оценивалось с помощью квадратичной функции скорости проникания. В данной работе эту величину предлагается связывать не со скоростью, а с глубиной проникания сваи (или внедряемого в среду инструмента в виде жесткого стрежня), то есть со смещением. При этом оно может быть упругим, упругопластическим, иметь характер запредельного деформирования, когда сопротивление падает с ростом глубины. Для определения сопротивления материала предлагается использовать уравнение движения пробойника, из которого при интегрировании восстанавливаются время, глубина проникания при известных массе внедряемого тела и его начальной скорости. Сопротивление или реакция среды в работе оценивается через абсолютное его значение (другой путь – через нахождение площади под кривой изменения сопротивления среды от глубины проникания). В качестве критерия эффективности внедряемого в грунт инструмента предлагается использовать величину сопротивления среды, при этом действие инструмента будет считаться более эффективным, если для одной и той же глубины погружения эта величина будет наименьшей. Приводится обработка известных экспериментальных данных по внедрению сваи в грунт. За основу расчетов берутся следующие параметры: начальная скорость, время проникания, глубина проникания. Результатом обработки является зависимость сопротивления грунта от глубины внедрения сваи.

Чанышев А. И., Белоусова О. Е. Определение сопротивления среды при внедрении в нее жесткой сваи // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 9. – С. 5–14. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_9_0_5.

Работа выполнена в рамках проекта НИР (номер государственной регистрации 124020700085-5).

Чанышев Анвар Исмагилович¹ — д-р физ.-мат. наук, профессор, главный научный сотрудник, e-mail: a.i.chanyshev@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-5772-0648,
Белоусова Ольга Евгеньевна¹ — канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, e-mail: o.e.belousova@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-2014-8427,
¹ Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения РАН.

Чанышев А.И., e-mail: a.i.chanyshev@gmail.com.

1. Zhuravkov M., Lyu Y., Starovoitov E. Mechanics of solid deformable body. Singapore: Springer, 2023, pp. 63—68.

2. Rausche F. Combining static and dynamic loading test results of piles / Proceedings of the 10th International Conference on stress wave theory and testing of deep foundations. San Diego, CA, USA, 2018, pp. 520—541.

3. Коронатов В. А. Глубина погружения ударника в грунт при жесткой остановке и сравнение элементарной теории проникания с другими методами // Системы. Методы. Технологии. — 2023. — № 2 (58). — С. 38—45.

4. Коронатов В. А. Элементарная теория проникания ударника в твердые грунтовые среды при однократном ударе, с учетом возникающих трещин // Системы. Методы. Технологии. — 2021. — № 1 (49). — С. 25—33.

5. Бивин Ю. К. Внедрение твердых тел в бетон // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. — 2018. — № 1. — С. 57—63.

6. Баничук Н. В., Иванова С. Ю., Осипенко К. Ю. О пробивании слоистых структур твердым сферическим телом // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. — 2021. — № 2. — С. 63—71.

7. Агаханов Э. К., Хидиров С. Т., Габибулаев Г. Г. Напряженное состояние оснований зданий и сооружений // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. — 2020. — Т. 47. — № 3. — С. 101—110.

8. Котов В. Л., Брагов А. М., Баландин В. В., Константинов А. Ю., Баландин В. В. Двусторонние оценки силы сопротивления прониканию конуса в мерзлый грунт // Прикладная механика и техническая физика. — 2021. — Т. 62. — № 1 (365). — С. 125—133.

9. Модин И. А., Кочетков А. В., Повереннов Е. Ю. Численное моделирование деформирования гранулированного слоя при сжатии // Проблемы прочности и пластичности. — 2022. — Т. 84. — № 2. — С. 236—246.

10. Ле В. Т. Деформирование слоистых композитных пластин при низкоскоростном контакте с жестким индентором // Инженерный журнал: наука и инновации. — 2023. — № 10 (142). — С. 1—13.

11. Баймурзин Д. А., Богданова А. П., Мухаметшин А. Р., Носов Ю. О. Решение частной задачи Герца о внедрении сферического индентора в упругое полупространство // Математическое моделирование в естественных науках. — 2024. — Т. 1. — С. 16—19.

12. Yang S., Liu J., Zhang M., Wang Y. Analytical solution and field test of critical bearing capacity and settlement of pile tip // Stavební obzor — Civil Engineering Journal. 2020, vol. 29, no. 1.

13. Гольдсмит В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел. — М., 1965. — 448 с.

14. Eslami A., Lotfi S., Eslami M. M. Pile shaft capacity from cone penetration test records considering scale effects // International Journal of Geomechanics. 2020, vol. 20, no. 7, article 04020073.

15. Котов В. Л., Баландин Вл. Вл., Линник Е. Ю., Баландин Вл. В. Численный анализ методики прямого эксперимента при внедрении полусферического ударника в песчаный грунт // Проблемы прочности и пластичности. — 2022. — № 73. — С. 51—57.

16. Баландин В. В., Брагов А. М., Крылов С. В., Цветкова Е. В. Экспериментально-теоретическое изучение процессов проникания сфероконических тел в песчаную преграду // Вычислительная механика сплошных сред. — 2010. — Т. 3. — № 2. — С. 15—23.

17. Alvarez C., Sellountou E. A., Rausche F. State of the art dynamic load testing of ACIP piles in the Americas / 10th International Conference on Stress Wave Theory and Testing Methods for Deep Foundations. 2019, pp. 81—96. DOI: 10.1520/STP161120170186.

18. Танг М. В., Динг Ю. Ч. Исследование процесса разрушения горной породы взрывом с помощью высокоскоростной видеосъемки // ФТПРПИ. — 2019. — № 4. — С. 67—73.

19. Мухин А. А., Чуркин А. А., Филиппов К. А., Гаврютина А. В. К вопросу о применении метода испытания свай динамической нагрузкой с использованием принципов волновой теории удара // Геотехника. — 2020. — Т. XII. — № 2. — С. 70—87.