title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Основные направления экспериментальной реологии глинистых грунтов

Основные направления экспериментальной реологии глинистых грунтов

Начало научных поисков в области реологии глинистых грунтов совпало с выходом в свет известной книги К. Терцаги «Строительная механика грунтов», в которой были впервые рассмотрены вопросы исследования их деформаций во времени как при одноосном сжатии грунтовых кубов, так и в условиях отсутствия бокового расширения (одномерного уплотнения). В первом из отмеченных случаев деформация грунта во времени протекала при постоянной влажности и поэтому получила название «упругого последействия», а во втором — при изменении (уменьшении) влажности вследствие его уплотнения и была названа консолидацией.
В дальнейшем экспериментальные работы по реологии глинистых грунтов, которая начала формироваться как самостоятельное научное направление после III международного конгресса по механике грунтов и фундаментостроению (Цюрих, 1953 г.), развивались в следующих четырех направлениях: исследования деформаций (упругих, ползучих, пластических), объема (уплотнения), формы (сдвига), длительной прочности и релаксации напряжений.
Экспериментальные исследования объемных деформаций водонасыщенных и водоненасыщенных глинистых грунтов вообще, в том числе деформаций одномерного уплотнения, проводятся как без учета, так и с учетом фактора времени (ползучесть). Эти исследования предназначены для определения конечных и длительных осадок сооружений, фундированных на этих грунтах, построенных в их среде или возведенных из них в виде насыпей, дамб, плотин и т. д., для их расчета по предельным деформациям — по второму предельному состоянию.
В соответствии с основными предпосылками существующих теорий уплотнения, разработанных для прогноза длительных деформаций водонасыщенных глинистых грунтов в основаниях сооружений при одномерном, двумерном и трехмерном их уплотнении, указанные выше исследования проводятся как без выделения, так и с выделением деформации скелета. Для получения достоверных данных о деформационных свойствах глинистых грунтов особое внимание уделяется выявлению влияния на эти свойства генетических их особенностей (состава, строения, структуры, состояния и т. д.) и учету большого количества внешних факторов и в первую очередь — изменения напряжений, влажности и температуры.
Определение кратковременной (начальной) и длительной прочности связано с необходимостью расчета грунтовых оснований и сооружений из грунтовых материалов по их предельной прочности (по первому предельному состоянию).
Природа прочности, как и природа деформации объема глинистых грунтов, чрезвычайно сложна и поэтому ее исследование (с учетом многообразия факторов) является одним из основных в механике и реологии этих грунтов. Выполнено очень большое количество работ по исследованию кратковременной (начальной) и длительной прочности самых различных генетических типов водонасыщенных и водоненасыщенных глинистых грунтов природного и нарушенного сложения при одноосном сжатии и растяжении, трехосном сжатии, кручении полых и сплошных образцов, а также одноплоскостного и многоплоскостного среза, скашивания и т. д.
Исследования деформаций формоизменения (сдвига) глинистых грунтов при учете и без учета фактора времени представляют исключительно большой интерес для определения их напряженного состояния, конечных и длительных деформаций при решении задач уплотнения, расчета смещения подпорных сооружений и грунтовых масс под действием сдвиговых усилий по предельным деформациям сдвига — по второму предельному состоянию. Деформации изменения формы глинистых грунтов являются наиболее сложными из всех других, рассматриваемых в реологии грунтов, что определяет сложность методики. Помимо всех других внешних факторов, влияющих на деформации уплотнения, здесь приобретают первостепенное значение величина, режим и длительность действия касательных напряжений, изменяемость состояния грунта под действием уплотняющих давлений, температуры, усадки, набухания и т. д. В этой связи очень сложны и соотношения, описывающие процессы деформаций ползучести при сдвиге.
Исследование релаксаций напряжений в глинистых грунтах относится к числу методов, позволяющих сократить сроки реологических исследований для определения параметров ползучести материалов, в частности глинистых грунтов, при любых видах деформации объема и формы. Из-за сложности выполнения этих экспериментов количество работ, посвященных релаксационным исследованиям глинистых грунтов, весьма ограниченно. Исследование релаксаций напряжений в глинистых грунтах (и не только в них) является новым, но вместе с тем многообещающим, направлением в реологии.
Наряду с исследованием реологических свойств глинистых грунтов в смежных областях науки (инженерной геологии грунтоведении, физико-химической механике и др.) уделяется большое внимание вопросам природы их формирования и изменяемости свойств под действием различных природных и внешних факторов. Эти исследования позволяют не только расширить наши знания в вопросах природы деформаций и прочности глинистых грунтов, понимать наблюдаемые в природе и эксперименте явления, но и способствуют правильному определению основных исходных предпосылок теории ползучести и постановке соответствующих экспериментов.
О термине «ползучесть». Н.Н. Маслов под ползучестью глинистого грунта при сдвиге подразумевал пластическое течение, которое проявляется даже при обеспеченной начальной устойчивости сооружения, т. е. при напряжениях, не превышающих его прочность. Л.П. Перковский ползучесть глин при сдвиге характеризовал как медленную, но непрерывно нарастающую деформацию, а К. Герцаги и Р. Пек — как деформацию, протекающую с постоянной скоростью. Аналогичное толкование термина «ползучесть» можно найти у Н.А. Цытовича, Н.Н. Маслова, Е.И. Медкова и многих других. Поэтому не случайно, что до 1954 г. для описания ползучести глинистых грунтов пользовались моделями идеально вязкой жидкости Ньютона и упруговязкопластического тела Бингама.
Из сказанного выше следует, что до недавнего времени большинство специалистов под ползучестью глинистых грунтов подразумевали только деформацию, протекающую с постоянной скоростью — установившуюся ползучесть, течение. Tакое толкование явления ползучести, очевидно, является далеко не полным, соответствующим только одному из частных случаев длительного деформирования. В самом деле, даже в случае деформации сдвига, обусловливающей формоизменение и разрушение материала, наступлению стадии течения предшествует довольно длительная стадия неустановившейся — затухающей ползучести, которой в общем процессе деформирования никак нельзя пренебречь. Кроме того, не при всех напряжениях наступает вторая стадия ползучести — стадия течения. Вместе с тем явление ползучести присуще не только деформациям сдвига, но и деформациям изменения объема, при которых ползучесть является только затухающей.
Поэтому очевидно, что ползучестью глинистого грунта можно называть протекающие во времени затухающие и незатухающие деформации объема к формы под действием внешней постоянной нагрузки и всех влияющих на этот процесс факторов.

title-icon Подобные новости