title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Историческая справка о глинистых грунтах

Историческая справка о глинистых грунтах

Основы реологии были заложены в 1687 г. И. Ньютоном, открывшим закон движения идеально вязкой жидкости, названной позже ньютоновской, в отличие от паскалевской, не обладающей внутренним трением — вязкостью. И. Ньютоном было установлено существование линейной зависимости между скоростью течения и сопротивлением этому течению идеально вязкой жидкости. Ж. Пуазейль в 1840 г. впервые осуществил точное измерение вязкости жидкостей по их движению через капиллярные трубки, а Д. Стокс в 1949 г. определил параболическое распределение скорости движения вязкой жидкости и рассмотрел задачу о движении (падении) твердого шара в вязкой жидкости и установил закон этого движения (закон Стокса).
В. Вебер в 1841 г., а Ф. Кольрауш в 1863—1888 гг. исследовали механическое поведение твердых тел во времени — упругое последействие (ползучесть) и релаксацию напряжений. Л. Больцман на основании результатов упомянутых опытов в 1874 г. предложил теорию определения длительных деформаций на макроскопическом уровне с учетом наследственности деформаций ползучести. Теория Л. Больцмана в 1912—1913 гг. получила развитие в работах В. Вольтерра и стала основой широко распространенной теории наследственной ползучести многих реальных материалов.
Д. Максвелл в работе «О динамической теории газов», опубликованной в 1867—1868 гг., рассмотрел теорию релаксации напряжений в реальных телах и высказал соображение об отсутствии принципиальной разницы между жидкостями и твердыми телами. Он выдвинул идею о сочетании в реальных телах свойств двух сред: а) идеально упругой среды Гука; б) идеально вязкой среды Ньютона и получил выражение реологического уравнения состояния упруговязкого (максвеллова) тела.
Используя высказанную в 1878 г. Кельвином идею о вязкости твердых тел, В. Фохт в 1880—1882 гг. предложил реологическое уравнение состояния ползучего нереалаксирующего (кельвинова) тела, не обладающего способностью мгновенного деформирования. Аналогичным образом Д. Пойтинг и Д. Томсон в 1902 г. получили уравнение более сложного тела, обладающего (в отличие от тела Кельвина) свойством мгновенного деформирования и релаксацией напряжений. Они же для наглядности сочетания упругих и вязких свойств материала впервые воспользовались структурными моделями идеальных тел, получившими широкое применение в реологии. В последующем было предложено много реологических моделей для более сложных тел. К. Гогенэмзер и В. Прагер в 1932 г. получили общее реологическое уравнение линейного упруговязкого тела, обобщающее все ранее предложенные уравнения состояния идеальных упруговязких тел.
Г. Греска в 1868 г. и Б. Сен-Венан в 1870 г. рассмотрели условие деформирования идеального жесткопластического (сенвенанова) тела, а Л. Прандтль в 1928 г. — идеального упругопластического тела.
Ф. Шведов в 1889—1900 гг. на основе исследования релаксационных процессов в коллоидных растворах желатина, Е. Бингам — течения суспензии глин, а Е. Бингам и Г. Грин — масляных красок в 1916—1919 гг. получили (независимо друг от друга) реологические уравнения состояния идеальных упруговязкопластических тел. В 1922 г. Е. Бингам опубликовал свою известную монографию «Текучесть и пластичность» и ввел в употребление термин «реология». По его инициативе в 1928 г. было организовано американское реологическое общество, а в 1929 г. — на третьем симпозиуме по пластичности в США термин «реология» был принят официально.
Основоположником реологии в современном понимании этого слова считается Е. Бингам. Однако следует заметить, что задолго до него Ф. Шведов опубликовал свои работы, которые своевременно не привлекли должного внимания исследователей ввиду их публикации во французском журнале, бывшем библиографической редкостью.
Реологические проблемы проникли во все области науки и техники. Ими начали интересоваться специалисты, работающие в самых различных областях науки (механике, физике и физико-химии), а также технологии, занимающиеся производством металлов, пластмасс, красок, смазок, бетонов, цементов и т.д. Как после, так и до официального признания реологии как науки было выполнено огромное число исследований в этой области вообще, экспериментальной реологии в частности. Результаты этих исследований изложены во многих журналах и монографиях, доложены на нескольких международных реологических конгрессах.
Следует заметить, что в реологических свойствах различных материалов качественно много общего, поэтому использование опыта, накопленного при испытании одного материала, для другого является весьма полезным, даже необходимым как в смысле разработки методики экспериментирования, так и для теоретических разработок. В этой связи следует отметить, что изучение и использование результатов, полученных при исследовании реологических свойств металлов, пластмасс, бетона, древесины и ряда дисперсных систем значительно помогло преодолеть существенное отставание реологии грунтов вообще, глинистых в особенности, успешно решить многие сложные проблемы. Это в первую очередь относится к учету ползучести скелета глинистых грунтов при решении задач уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов. Поэтому, чтобы успешно решать задачи, стоящие перед реологией глинистых грунтов, необходимо следить за успехами, достигнутыми в реологии самых различных материалов, а в первую очередь бетона — материала, который по своему строению и свойствам в наибольшей степени близок к глинистым грунтам.
Сопоставляя бетон и глинистые грунты, основоположник механики грунтов К. Терцаги писал: «По результатам сделанных до сих пор исследований связанные грунты можно сравнить с бетоном, в котором песок и пыль играют роль скелета, а коллоидный ил — роль цемента». К. Терцаги показал идентичность всех характерных особенностей глинистых грунтов и бетона с единственной той разницей, что в грунте упругое последействие (ползучесть) наблюдается легче. Именно поэтому для понимания механизма деформирования глинистых грунтов во времени, закономерностей их реологических свойств и разработки теории ползучести представляют большой интерес исследования, выполненные в области ползучести, прочности и релаксаций напряжений в бетоне. Среди работ по ползучести бетона следует особо отметить работы Г.Н. Маслова и Н.X. Арутюняна, которые сыграли большую роль в деле исследования и разработки теории наследственной ползучести не только бетона и железобетона, но и других стареющих во времени материалов, в частности глинистых грунтов.
В заключение отметим, что реологические свойства глинистых грунтов в зависимости от их состояния (плотности, влажности и структурной прочности) изменяются в весьма широких пределах — от ньютоновской идеально вязкой жидкости до твердого тела, обладающего жесткой пластичностью Сен-Венана. Поэтому для исследования их реологических свойств представляют большой интерес не только реологические свойства перечисленных выше твердых тел, но и неньютоновских (аномальных) жидкостей, характеризуемых переменной вязкостью — нелинейной зависимостью между напряжениями и скоростями течения (деформирования с постоянной скоростью, установившейся ползучестью), обусловленной временем и историей приложения нагрузки. К неньютоНовским жидкостям относятся также упруговязкие и упруговязкопластичные структурированные жидкости.

title-icon Подобные новости