title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Методика определения закономерностей мгновенных компрессионных деформаций

Методика определения закономерностей мгновенных компрессионных деформаций

Зависимость ес,о—о1 глинистых грунтов определяется параллельным испытанием нескольких образцов-близнецов под действием постоянных нагрузок различной величины, приложенных «мгновенно» — за предельно короткое время, с фиксацией «мгновенных» деформаций. Применение этой схемы испытания образцов обусловлено необходимостью исключения влияния истории загружения на результаты опыта.
Методы изготовления, подготовки и схемы испытания образцов (за исключением количества и порядка загружения) при определении мгновенных ес,о и ползучих eсt деформаций глинистых грунтов не отличаются от определения конечных деформаций, подробно изложенных ранее. Образцы-близнецы загружают различными постоянными давлениями о1, величины которых изменяются от 0,01 до 0,4 МПа. Выбор величины о1 зависит от состояния испытываемого грунта и нагрузки, передаваемой от сооружения его основанию. Результаты испытания каждого образца-близнеца записывают в отдельный лабораторный журнал (табл. 15). При обработке результатов испытаний учитывают данные тарировки деформации прибора. По опытным данным вычисляют относительные мгновенные компрессионные деформации ес,о и относительные деформации компрессионной ползучести еct. В лабораторный журнал заносятся также определенные до и после опыта показатели физических свойств испытанного грунта.

Изложенная выше методика определения зависимости напряжение— мгновенная компрессионная деформация свободна от недостатков, присущих методикам нагружения и последующей разгрузке образца К. Терцаги, Д.Д. Баркана, Р.З. Ляндреса и др. Она одновременно полностью согласуется как с истинным поведением глинистых грунтов под длительным действием «мгновенно» приложенных нагрузок, так и с принятым в теориях ползучести расчленением деформаций на мгновенную и ползучую части.
Особо отметим, что здесь и в дальнейшем под условным термином «мгновенная нагрузка» следует понимать однократно приложенную нагрузку, возрастание которой, по В.А. Флорину, от нуля до своего конечного значения происходит с предельной скоростью, при которой она еще может рассматриваться как постепенно возрастающая. При этом под термином «начальное» напряженное состояние земляной среды принимается состояние, соответствующее моменту окончания предельно быстрого возрастания нагрузки, которое определяется без учета сил инерции. Под термином «мгновенная деформация» будем понимать деформацию, фиксированную в момент окончания «мгновенного» приложения нагрузки.

При определении зависимости напряжение — мгновенная компрессионная деформация глинистых грунтов технически наиболее сложным является фиксация мгновенных деформаций. Во многих случаях в силу очень быстрого развития процесса ползучести (в особенности у грунтов слабых, сильносжимаемых) в течение первых нескольких десятков секунд фиксация мгновенных деформаций является не только сложной, но иногда даже невозможной. Поэтому в начальной стадии изучения рассматриваемого вопроса за мгновенную была принята деформация при t = 30 или 60 с после момента приложения нагрузки и названа «псевдомгновенной». Однако, поскольку применение этих деформаций в качестве мгновенных приводило к значительным погрешностям, автором книги были использованы пятисекундные деформации, названные «условно-мгновенными».
Как видно на рис. 46, кривые напряжение — компрессионная деформация, построенные для t — 5 и 60 с на основании семейства кривых общая деформация — время суглинка 3248 нарушенного сложения (табл. 16),существенно отличаются друг от друга. Причем, если при t = 5 с эта зависимость с достаточной точностью выражается линейным законом, при t = 60 с она явно нелинейная.

В дальнейшем исходя из необходимости наибольшего приближения к истинным значениям мгновенных деформаций фиксировались не только условно-мгновенные, но и мгновенные деформации при t=0. Для преодоления трудностей, связанных с фиксацией мгновенных деформаций, применялось предварительное уплотнение всех образцов-близнецов под действием некоторой постоянной нагрузки. Как показали опыты автора книги, предварительное уплотнение образцов давлениями порядка 0,025—0,05 МПа, даже слабых грунтов в виде пасты текучей консистенции, приводит к значительному снижению темпов развития деформации в начальные моменты времени после приложения нагрузки, что позволяет достаточно точно фиксировать мгновенные деформации. Это наглядно видно на кривой AB изменяемости условно-мгновенных деформаций (рис. 47) при последовательном приложении равных ступеней по 0,025 МПа через определенные интервалы времени. Этому способствует также уменьшение величины нагрузки.
В качестве примера на рис. 48 приведены результаты определения семейства кривых общая деформация — время глины 3363 нарушенного сложения (см. табл. 16) для различных постоянных напряжений и кривых напряжение — деформация для различных фиксированных моментов времени.
На основании анализа большого экспериментального материала, полученного автором книги при испытании нескольких десятков различных глинистых грунтов нарушенного и природного сложения, установлено: 1) зависимость напряжение — мгновенная компрессионная деформация (t=0) предварительно уплотненных образцов-близнецов с достаточной точностью можно считать линейной до 0,1—0,2 МПа; 2) зависимость напряжение — условномгновенная компрессионная деформация (t=5 с) слабых, сильно-сжимаемых глинистых грунтов в большинстве случаев является нелинейной при o1 > 0,025 0,05 МПа; 3) расхождение между мгновенными и условно-мгновенными деформациями в основном колеблется в пределах 10—25%, а между мгновенными и псевдо-мгновенными (t = 30—60 с) доходит до 100% и более; 4) отмеченное выше расхождение, которое обусловлено как ползучими свойствами грунтов к началу испытания, так и величиной нагрузки (см. рис. 48), по мере уплотнения постепенно снижается, даже исчезает. В частности, у очень плотных и прочных глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции мгновенные и условно-мгновенные деформации практически равны.

На основании изложенного можно заключить, что базой для изучения закономерностей мгновенного деформирования глинистых грунтов 'При одномерном сжатии должны служить кривые напряжение — мгновенная деформация, а показателем деформационных свойств в данном их состоянии при t = 0— модуль мгновенной компрессионной деформации ec,о, который совпадает с начальным касательным модулем Et. Он совпадает также с абсолютным модулем деформации Ea только в начале загружения, т. е. при t = 0.
Модуль мгновенной компрессионной деформации определяется по следующему соотношению:

где h — начальная высота образца; Ahc,р — деформация предварительного уплотнения; Ahc,0 — абсолютная мгновенная деформация; еc,о — относительная мгновенная компрессионная деформация.
Мгновенные деформации, определяемые изложенным выше способом, содержат погрешности, вызванные суммированием с ними некоторой, правда, небольшой части деформации ползучести. Причем, чем выше величина нагрузки, тем ниже точность определения мгновенных деформаций. Это, разумеется, в основном относится к грунтам слабым, ползучие свойства которых ярко выражены даже при небольших значениях времени действия нагрузки. Поэтому при определении зависимости o1—еc,0 следует ограничиваться небольшими значениями нагрузок (до 0,1 МПа), что полностью оправдано тем, что в натуре нагрузки на грунты возрастают достаточно медленно и в каждом новом их состоянии они воспринимают небольшую постоянную нагрузку. Очевидно, что при этом следует учесть изменяемость модуля мгновенной компрессионной деформации грунтов вследствие уплотнения, приводящего к изменению их состояния.
Модули мгновенных компрессионных деформаций Ec,0 ряда глинистых грунтов нарушенного сложения (см. табл. 16), определенные по соотношению (5,1), приведены в табл. 17. В ней также приведены вычисленные по соотношению (3.23) модули мгновенных деформаций для одноосного сжатия E0 при u = 0,4.

Анализ данных табл. 17 показывает, что модули мгновенных компрессионных деформаций грунтов нарушенного сложения в виде пасты текучей и текучепластичной консистенции получены после предварительного уплотнения под действием 0,025 МПа одного порядка. В случае трехсуточного предварительного уплотнения образцов (для грунтов 4—57, 5—57 и 7—57) получены относительно высокие значения Ec,0, что можно объяснить как более длительным уплотнением их и упрочнением во времени, так и более точной фиксацией мгновенных деформаций при приложении относительно небольших давлений — 0,005; 0,0125 и 0,025 МПа.
Сопоставление приведенных в табл. 17 данных с результатами определения динамического модуля сдвига G0 = 2,0/6,0 МПа, полученными в 1957 г. Б.Ф. Рельтовым, показывает, что они одного порядка. Действительно, если от динамического модуля сдвига перейти к динамическому модулю одноосного сжатия E0 (принимая u = 0,4) получим, что E0=5,6/16,8 МПа. Такое совпадение данных, полученных статическим и динамическим методами испытания, вполне закономерно, поскольку при определении Ec,0 практически исключается влияние ползучести — основная причина обычно имеющегося расхождения между показателями упругости грунтов, определяемой указанными методами.
Для определения модуля мгновенной деформации глинистых грунтов Ю.П. Смолиным применена методика непрерывного загружения образца (поступающей в (подвешенный к рычагу сосуд воды с постоянной скоростью) с визуальной фиксацией деформаций через каждые 15 с. Экспериментальная кривая напряжение — деформация аппроксимирована многочленом второй степени. Определены модули условно-мгновенной (пятисекундной) и мгновенной (начальной) деформации, которые (как и в экспериментах автора книги) отличались друг от друга на 10—20%.

title-icon Подобные новости