title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Закономерности мгновенных деформаций одновременного уплотнения

Закономерности мгновенных деформаций одновременного уплотнения

Деформация скелета глинистых грунтов во времени разбивается на мгновенную и ползучую (3:1), которые при исследовании закономерностей их деформирования рассматриваются раздельно, хотя между собой тесно связаны и представляют отдельные этапы одного общего процесса.
Во многих теориях ползучести — старения, упрочнения упруго-ползучего тела в числе основных предпосылок принимается условие линейной зависимости между напряжениями и мгновенными деформациями, т. е. считается, что в момент времени t = 0, когда деформации ползучести еще не успели проявиться, деформация тела подчиняется закону Гука (2.4). В теории упруго-ползучего тела считается также, что модуль мгновенной (упругой) деформации является переменной величиной, зависящей от возраста материала (бетона). Справедливость допущения линейной зависимости между напряжениями и мгновенными деформациями экспериментально подтверждена для бетонов, пластмасс, древесины и других материалов. Наряду с этим в теории пластической наследственности Ю.Н. Работнова связь между напряжениями и мгновенными деформациями металлов считается нелинейной и подобной зависимости напряжение — деформация ползучести.
Из изложенного следует, что в целях применения различных теорий к описанию процесса ползучести скелета глинистых грунтов для решения задач уплотнения необходимо экспериментально проверить справедливость указанных выше предпосылок и, учитывая специфические их особенности, по-новому истолковать некоторые понятия и определения, используемые в смежных областях науки.
Исследование закономерностей мгновенных деформаций имеет двоякое значение. Оно, во-первых, необходимо для определения зависимости напряжение — мгновенная деформация, модуля мгновенных деформаций и изменяемости последнего под действием различных факторов, а во-вторых, — для выделения ползучести из общей деформации грунта во времени. Точность определения деформаций ползучести зависит от точности определения мгновенных деформаций. Следовательно, исследование закономерностей мгновенных деформаций является неизбежным промежуточным звеном при изучении закономерностей ползучести скелета глинистых грунтов. Эти исследования имеют также самостоятельное значение. Они необходимы для решения задач, связанных с воздействиями на глинистые грунты динамических нагрузок.
Для определения зависимости между напряжениями и упругими деформациями К. Терцаги подвергал одноосному сжатию грунтовые кубы размерами 2х2х2 и 5х5х5 см по предложенной им методике нагружения и последующей разгрузки при трехминутном интервале приложения и удаления ступеней нагрузки. Сопоставляя кривые напряжение — деформация грунта и бетона, К. Терцаги установил идентичность всех их характерных особенностей. Вместе с тем в отличие от положения, принятого в то время Бахом, Шюле и др., согласно которому деформация бетона не полностью подчиняется закону Гука, а модуль упругости является переменной величиной, он пришел к выводу о постоянности модуля упругости глинистых грунтов. При определении модуля упругости грунтов К. Герцаги использовал обратимую часть деформаций, представленную петлями гистерезиса, а вывод о постоянстве модуля упругости грунтов был сделан на основании «параллельности» друг другу этих петель.
В дальнейшем К. Терцаги несколько пересмотрел свою позицию в этом вопросе. Учитывая нелинейный характер зависимости напряжение — деформация, он совместно с Р. Пеком пришел к выводу, что в отличие от совершенно упругих тел деформация глинистого грунта не может быть выражена одним модулем упругости, а выражается начальным касательным Ei, секущим Еe и гистерезисным Eh модулями, которые равны тангенсам углов наклона соответствующих прямых к осям деформаций, показанным на рис. 44 пунктирными линиями.
Сравнивая модуль упругости E упругих тел с модулем пластических (общих) деформаций глинистых грунтов, H.М. Герсеванов (1937 г.) показал существенное различие этих понятий и установил, что модуль деформации последних является переменной величиной, зависящей от их плотности, которая, в свою очередь, зависит от величины нагрузки. Для определения зависимости между напряжениями и деформациями глинистых грунтов H.М. Герсеванов ввел понятие об абсолютном модуле деформации Ea, представляющем собой отношение бесконечно малого приращения напряжения к бесконечно малой относительной деформации, принимающего различные значения в различных точках кривой o1—ec. С целью определения Ea использовалась кривая напряжение — общая деформация, поэтому модуль общей деформации был назван пластическим. Наиболее важным положительным результатом этих исследований является введение понятия о переменном модуле деформаций, зависящем от состояния материала в момент приращения напряжения, а недостатком — пренебрежение фактором времени, оказывающим весьма существенное влияние на деформации глинистых грунтов.
Для определения упругих постоянных Д.Д. Баркан и Р.З. Ляндерс упругие перемещения определяли путем многократных нагружений и разгрузок образцов при разных значениях уплотняющих нагрузок, а модуль упругости — как отношение напряжений к величине упругих перемещений, полученных по разности показаний мессур при нагрузке и последующей разгрузке грунта. Поскольку при нагружении и последующей разгрузке изменяются физические и механические свойства грунта за счет необратимых деформаций, то очевидно, что полученные из разных циклов нагружения разгрузки упругие перемещения являются не сопоставимыми между собой. He менее существенным недостатком этого метода является пренебрежение фактором времени.

Кривая напряжение — общая деформация, которая является основой определения абсолютного модуля деформации, зависит от скорости приложения ступенчато-возрастающей нагрузки, т. е. от длительности действия отдельных ступеней. В зависимости от скорости (интервала) приложения ступеней нагрузки глинистый грунт может иметь множество кривых о1—ес, поэтому одна кривая никак не может полностью охарактеризовать его деформативные свойства. Очевидно, что для определения этих свойств грунтов с учетом фактора времени надо располагать целой гаммой кривых o1—ec от t = 0 до t = 00.
Кривая o1—ec, определяемая в момент времени t=0, характеризует связь между напряжениями и мгновенными компрессионными деформациями. При линейной ее зависимости по наклону кривой o1—еc,о к оси деформаций можно определить модуль мгновенной компрессионной деформации Ec,o — показатель деформационных свойств грунта в момент времени t=0. Вместе с тем модуль мгновенной компрессионной деформации глинистых грунтов является величиной переменной, зависящей от изменяемости их состояния.
О влиянии уплотнения на деформационные свойства глинистого грунта можно получить представление по кривой его механического поведения при нагружении и последующей разгрузке (рис. 45). На рис. 45 видно, что влияние уплотнения грунта во времени выражается существенным уменьшением мгновенной деформации е'c,0 в момент разгрузки по сравнению с моментом загружения еc,0. Следовательно, в результате накопления остаточных деформаций изменяется состояние грунта со всеми отсюда вытекающими последствиями.

С этой точки зрения представляют определенный интерес результаты испытания при одномерном уплотнении четырех образцов-близнецов суглинка 3454 (ps = 2760 кг/м3, р0,m = 1810 кг/м3, w0,m = 0,365, е0,m = 1,06) нарушенного сложения под действием последовательно приложенных двух ступеней нагрузки по 0,025 МПа с фиксацией мгновенных деформаций в моменты их приложения.
Для определения влияния фактора времени на мгновенные деформации образцов одна их пара выдержана под действием первой ступени нагрузки в течение 6 сут, а вторая — 1 ч. Как показывают результаты опытов (табл. 14), увеличение длительности уплотнения от 1 ч до 6 сут стало причиной восьмикратного уменьшения мгновенных деформаций. Поскольку возрастание деформаций образцов в течение 6 сут, после часового уплотнения, является незначительным, то указанное изменение мгновенных деформаций в основном обусловлено структурным упрочнением их в результате проявления сцепления упрочнения. Следовательно, изменение деформационных свойств глинистых паст текучей консистенции происходит не только в результате уплотнения, но и тиксотропного упрочнения во времени, практически при отсутствии объемных деформаций.
Способность глинистых грунтов изменять свои реологические свойства под действием различных факторов является одной из основных их специфических особенностей, которая должна быть учтена при исследовании деформационных свойств вообще и мгновенных деформаций в частности.


title-icon Подобные новости