title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Закономерности конечных деформаций одновременного уплотнения глинистых грунтов

Закономерности конечных деформаций одновременного уплотнения глинистых грунтов

Компрессионные кривые. Результаты определения конечных деформаций образцов в условиях одномерного уплотнения (компрессии) К. Терцаги представил в виде кривых изменяемости коэффициента пористости е грунтов в зависимости от уплотняющего давления b1 (рис. 25), называемых компрессионными. В дальнейшем компрессионными были названы также кривые зависимости относительная компрессионная деформация ес — напряжение о1. Отметим, что под конечной деформацией понимается деформация, соответствующая моменту полной или условной ее стабилизации под действием данной нагрузки.
Компрессионные кривые имеют ветви уплотнения (компрессии) и разуплотнения (декомпрессии, набухания). Первая характеризует уменьшение, а вторая — возрастание пористости грунта (см. рис. 25) при нагружении и разгрузке образца соответственно.
Уплотнение глинистых грунтов зависит от состояния их структуры и в пределах обычно действующих давлений (0,1—1,0 МПа) является явно выраженным нелинейным и частично обратимым процессом. При всех равных условиях (влажность, пористость и т.д.) компрессионные кривые грунта природного и нарушенного сложений отличаются друг от друга. Величина упомянутого отличия зависит от степени его чувствительности. Деформация грунтов ненарушенного сложения, обладающих значительной структурной прочностью, практически начинается после некоторого напряжения о1,str, называемого пределом структурной прочности (см. рис. 25). Грунты, обладающие небольшой структурной прочностью, практически уплотняются при самых небольших нагрузках. Следовательно, при o1 < o1,str сжимаемость грунта пренебрежимо мала.

Конечная пористость водонасыщенных глинистых грунтов, обладающих значительной структурной прочностью, после полной разгрузки может быть как меньше, так и больше ее начального значения e0 (см. рис. 25). При о1 > o1,str уплотнение, вследствие нарушения природной структуры ненабухающих (нормально уплотненных и недоуплотненных) глинистых грунтов способствует их упрочнению и возникновению остаточных деформаций (еfs < е0). В то же время у набухающих глинистых грунтов наблюдается значительное увеличение объема, иногда превышающее величину начального уплотнения (еf8 > e0) вследствие впитывания большого количества воды в межчастичное пространство. В грунтах слабых и нарушенного сложения всегда наблюдаются значительные остаточные деформации (см. рис. 25). В этом случае уплотнение грунта всегда приводит к образованию новых, более прочных структурных связей, препятствующих заметному увеличению объема (декомпрессии) и возникновению значительных остаточных деформаций после разгрузки.
Для построения ветви уплотнения компрессионной кривой надо знать величину начального коэффициента пористости е0 грунта и иметь определяемые из опыта данные о сжимаемости Ahc,n образца толщиной h под действием различных по величине напряжения o1,n Коэффициент пористости еn грунта для некоторого его состояния, обусловленного действием данного нормального напряжения, определяется по следующему соотношению:

где еn — коэффициент пористости грунта при напряжении o1,n; ec,n — относительная компрессионная деформация образца под действием данного напряжения o1,n.
При построении ветви набухания компрессионной кривой коэффициент пористости en грунта при его разгрузке до o1,n определяется по выражению

где ef — коэффициент пористости грунта перед разгрузкой (в конце уплотнения); hf — высота образца перед разгрузкой, Ahc,n — деформация декомпрессии при разгрузке образца до данного напряжения o1,n.
С помощью соотношения (3.3) можно построить также ветвь уплотнения компрессионной кривой. В этом случае еf определяют по данным влажности, плотности частиц грунта после завершения его уплотнения. Входящие в (3.2) и (3.3) значения еc,n и e'e,n находят по компрессионной кривой, построенной в координатах o1—ec (рис. 26).
Аппроксимация кривых компрессии и декомпрессии. Для аппроксимации кривых компрессии и декомпрессии при o1 > o1,0 К. Терцаги предложил выражения (3.4) и (3.5), полученные от их изображения в полулогарифмической системе координат е—lgo1:

где е0 — коэффициент пористости грунта при бытовом давлении o1,0; е — коэффициент пористости при o1 > o1,0; Cc и Cs — коэффициенты компрессии и декомпрессии.
Выражения, аппроксимирующие кривые компрессии и декомпрессии, легко получить также из соотношений (3.2) и (3,3). Для этого следует выражение (3.2) записать в виде

где ec(o1) — определяемое из опыта выражение зависимости еc—о1.
Если кривую компрессии ec = ec(o1) (см. рис. 26) аппроксимировать степенной функцией вида (2.55), то из (3.6) можно получить следующее выражение для кривой e = e(o1) при o1 > o1,n (см. рис. 26):

Применение нелинейных выражений (3.4)—(3.7) компрессии и декомпрессии грунтов для расчета конечных осадок сооружений связано с определенными трудностями. Чтобы избежать их, рассматривают отдельные небольшие участки компрессионных кривых, которые без существенных погрешностей заменяют прямыми (см. рис. 26). Тогда связь между напряжениями и коэффициентом пористости грунта можно выразить простой линейной зависимостью

где mc — коэффициент сжимаемости.

и численно равен изменяемости коэффициента пористости Ae при единичном приращении напряжения Ao1 = 1.
Коэффициент сжимаемости, по величине которого можно оценить степень уплотняемости грунтов, изменяется в довольно широких пределах. При mc = 0,01 1/МПа грунт оценивается как мало-сжимаемый, при mc = 0,1 1/МПа грунт обладает средней сжимаемостью, а при mc = 1,0 1/МПа — чрезмерной сжимаемостью.
При линейном законе уплотнения (3.2) можно записать следующим образом:

откуда следует, что

где Eс — модуль компрессионной деформации, равный тангенсу угла а1 (см. рис. 26),
Закон уплотнения. Для получения изменяемости коэффициента пористости грунта при бесконечно малом приращении напряжения следует продифференцировать выражение (3.8). Тогда получим соотношение

называемые законом уплотнения грунтов, имеющее широкое применение в механике грунтов для решения многих теоретических проблем.
Напряженное состояние и деформирование элемента (образца) грунта при компрессии. Из условия равновесия элементарного параллелепипеда, подвергавшегося одномерному сжатию (см. рис. 20, а), следует, что

a учитывая условие невозможности его бокового расширения е2 = е3 = 0, будем иметь

где е2 и e3 — относительные деформации по направлениям главных осей 2 и 3; о1,о2, о3 — главные нормальные напряжения; p1 — равномерно-распределенная нагрузка.
При одномерном сжатии грунтовый элемент подвергается как деформации объема 0, так и изменению формы еi. Из (2.9) с учетом условия е2 = е3 = 0 следует, что относительная объемная деформация сжатия, которая согласно (2.147) вызывается действием шарового тензора напряжений

равна относительной компрессионной деформации еc:

Изменение формы элемента глинистого грунта при компрессии, которое вызывается действием интенсивности напряжений (2.151) при тху=туz=тzx= 0, оz=o1, ox=o2, oy=o3,

характеризуется величиной интенсивности деформаций

где E — коэффициент бокового давления;

В пределах линейной зависимости между напряжениями а1 и компрессионными деформациями ec=e1 коэффициенты бокового давления E и Пуассона u связаны следующими соотношениями:

Принимая, что деформация одномерного сжатия является линейной, т. е. коэффициент сжимаемости mc — величина постоянная, выражение (6.10) с учетом (6.16) принимает следующий вид:

откуда следует, что изменяемость коэффициента пористости еn в данной точке определяется величиной шарового тензора напряжений — суммой главных нормальных напряжений: To0 = o1 + o2 + o3. Это положение впервые установлено Н.М. Герсевановым и названо им принципом гидроемкости.
Зависимость между модулем общей деформации E и модулем общей компрессионной деформации Ec. Согласно (2.8) деформацию одномерного сжатия, с учетом (3.15) и (3.20), можно определить из выражения

откуда с учетом (3.12) следует, что:

Из (3.23) легко получить выражение для определения абсолютной деформации (сжимаемости) слоя грунта высотой h:

Согласно СНиП 11-15—74 b = 0,8.
Отметим, что E называется модулем общей деформации потому, что в деформациях уплотнения содержатся как упругие, так и остаточные (необратимые) составляющие.

title-icon Подобные новости