title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Реологическое поведение глинистых грунтов при нагружении и последующей разгрузке в условиях одномерного уплотнения

Реологическое поведение глинистых грунтов при нагружении и последующей разгрузке в условиях одномерного уплотнения

Реологическое поведение глинистых грунтов при нагружении и последующей разгрузке частично рассмотрено выше, однако, учитывая сложность и важность вопроса, остановимся на нем несколько подробнее. Сложность вопроса обусловлена влиянием множества природных и внешних факторов на реологические свойства глинистых грунтов, а важность — необходимостью выяснения природы мгновенных деформаций. Природными факторами, влияющими на указанное поведение грунтов, являются все их физические свойства, а к числу внешних факторов в первую очередь следует отнести величину и продолжительность действия уплотняющей нагрузки.
При рассмотрении примера, приведенного на рис. 45, было показано, что уплотнение грунта под действием внешней нагрузки оказывает весьма существенное влияние на реологические свойства, что выражается проявлением остаточных мгновенных и ползучих деформаций. Было сказано также, что, если исключить влияние факторов уплотнения и упрочнения грунта во времени, то как мгновенные, так и ползучие деформации будут полностью обратимыми. Проверка высказанного предположения автором книги осуществлена исследованием реологического поведения многих разновидностей глинистых грунтов под действием мгновенно приложенных и удаленных нагрузок через различные интервалы времени. Опыты проведены как при однократном, так и многократном — циклическом приложении и удалении нагрузок различной величины.
Графики испытания образцов-близнецов глины 4—57, подвергнутых месячному предварительному уплотнению под o1,0=0,2 МПа при приложении и удалении давления 0,05 МПа через t=10 с; 60 с; 1 ч и 24 ч после момента загружения, приведены на рис. 49. На этих графиках видно, что при продолжительности действия нагрузки 10 с, как и во всех других аналогичных экспериментах, мгновенная деформация является обратимой — упругой. Увеличение времени действия нагрузки приводит к проявлению и постепенному возрастанию остаточных мгновенных и ползучих деформаций. В частности, при t = 24 ч доля остаточной мгновенной деформации составляет 80% от начальной. Некоторое, правда, небольшое изменение мгновенных деформаций наблюдается и при t = 60 с. Однако, поскольку это изменение по абсолютной величине находится в пределах точности измерения деформаций (0,001 мм), его можно частично отнести к точности замера, а частично — к точности фиксации мгновенных деформаций, которые всегда содержат небольшую долю ползучести.

Пример циклического приложения ступеней нагрузки на образцы грунта после их предварительного уплотнения под давлением 0,7 МПа приведен на рис, 50. Здесь полностью повторяется рассмотренная выше картина деформирования. А именно, при t=10 и 60 с мгновенные деформации практически полностью обратимы для всех значений ступеней давления: о1=0,05; 0,1; 0,15 и 0,2 МПа, а при t=1 ч они вначале полностью необратимы, однако по мере накопления деформации и дальнейшего упрочнения грунта остаточная часть мгновенных деформаций постепенно уменьшается вследствие перехода материала в упругоуплотненное состояние. Этого нельзя сказать относительно ползучих деформаций, которые почти всегда содержат некоторую необратимую составляющую.

Представляют определенный интерес результаты испытания образцов (которые вначале были уплотнены в течение многих месяцев под давлением 0,7 МПа, а затем разгружены до 0,3 МПа) при однократном приложении о1=0,2 МПа и последующем ее снятии через различные интервалы времени, В отличие от примеров, приведенных на рис. 49 и 50, в этом случае мгновенные и ползучие деформации практически полностью обратимы даже тогда, когда продолжительность действия нагрузки равна 24 ч. Это обусловлено значительным повышением прочности грунта и говорит о том, что деформация переуплотненного грунта полностью протекает за счет структурно-адсорбционных деформаций.
Пример, дающий определенное представление об изменяемости мгновенных деформаций при длительном воздействии уплотняющей нагрузки, приведен на рис. 51. Как видно на этом рисунке, испытание образцов в течение 210 дней настолько упрочнило грунт, что начальная мгновенная деформация уменьшилась во много раз в результате уплотнения и упрочнения во времени.
В отличие от старения бетона, которое характеризуется только процессом твердения цементного камня вследствие протекания внутренних физико-химических процессов, изменяемость состояния глинистых грунтов может быть вызвана как уплотнением в результате структурно-адсорбционных и структурных деформаций во времени (ползучесть скелета), так и фактором времени в том смысле, как он понимается в теории ползучести бетона. Если первый из указанных факторов связан с величиной и длительностью действия нагрузки, то второй — со временем протекания физико-химических процессов в грунте, т. е. проявлением новых структурных связей в виде сцепления упрочнения без изменения, плотности. Очевидно, что «старение» в прямом его понимании обусловлено (кроме прочих равных условий) начальным состоянием плотности и влажности глинистого грунта.
Таким образом, при кратковременных воздействиях уплотняющих давлений до 0,2 МПа, когда исключена возможность заметного изменения плотности и старения во времени глинистого грунта, мгновенные деформации являются полностью обратимыми — упругими. Это значит, что в соответствии с терминологией теории упруго-ползучего тела мгновенные деформации могут быть названы упруго-мгновенными. Полученные результаты еще раз подтверждают то справедливое замечание Т. Алфрея, что «упругая деформация является мгновенной».
Мгновенная компрессионная деформация глинистых грунтов, которая проявляется в момент приложения нагрузки (в отличие от подобных деформаций других тел, обусловленных уменьшением и увеличением межатомных расстояний), протекает в результате упругого деформирования их структурных элементов и структурного каркаса в целом, газосодержащей воды, свободного и защемленного в ультрапорах коллоидных оболочек газа (по данным В.М. Веселовского), а также изгиба глинистых частиц пластинчатой формы (по Тан Тьег-ки). Доля упруго-мгновенных деформаций в общем процессе уплотнения глинистых грунтов во времени невелика и в большинстве случаев едва достигает 10%. В тех случаях, когда внешняя нагрузка не в состоянии в момент приложения преодолеть структурную прочность грунта, как и в других твердых телах, упруго-мгновенная деформация может оставаться неизменной и после этого момента, в определенное время — до начала процесса ползучести скелета.
Если мгновенная компрессионная деформация является полностью обратимой — упругой, очевидно — модуль этой деформации является показателем упругих свойств глинистых грунтов при одномерном уплотнении. Следовательно, модуль упругости грунта при компрессии тождественно совпадает с модулем мгновенных компрессионных деформаций Ес,0 = Eс,е. Поэтому модуль упругости глинистых грунтов при одномерном уплотнении можно определить по методу, изложенному ранее. Значения этих модулей на один-два порядка выше модулей общих деформаций, определяемых по данным их общих (конечных) деформаций.
На рис. 52 показаны графики зависимостей напряжение — мгновенная деформация (показаны в нижних левых углах) и напряжение — обратимая мгновенная деформация (показана в верхнем правом углу) глины 4—57, полученные загружением и разгрузкой через 212—215 дней образцов-близнецов нарушенного сложения в одном ее состоянии при о1 = 0,025; 0,05; 0,075 и 0,1 МПа. Образцы-близнецы предварительно уплотнены под давлением 0,05 МПа в течение шести дней. Экспериментами установлено, что изучаемые соотношения (независимо от состояния глинистых грунтов) с достаточной точностью подчиняются линейному закону. Это значит, что свойства упруго-мгновенного деформирования образцов-близнецов при практически равных длительностях действия различных нагрузок изменяются одинаково. В рассматриваемом примере возрастание начального упруго-мгновенного модуля компрессионной деформации примерно равно пяти.

Модуль обратимой мгновенной деформации, определяемый по экспериментальной кривой о1—е'с,0 (см. рис. 52), характеризует упругие свойства грунта в момент разгрузки при данном определенном его состоянии. Следовательно, для определения упругих характеристик глинистого грунта в некотором его состоянии можно применять не только методику загружения образцов-близнецов, но и методику их мгновенной разгрузки. Это вполне оправданно, поскольку при кратковременном действии нагрузки мгновенные и обратимые мгновенные деформации равны.
Об изменяемости во времени упруго-мгновенных деформаций глинистых грунтов и их модулей под действием постоянных нагрузок можно получить представление методом разгрузки их через разные промежутки времени. В примере, приведенном на рис. 53, образцы-близнецы диатомитовой глины 5—57 попарно разгружены после уплотнения под действием о1=0,025 МПа в течение t=10 с; 60 с; 1 ч; 24 ч и 7 дней. Как видно на рис. 53, в результате семидневного уплотнения начальный модуль упругомгновенной компрессионной деформации грунта изменился в пределах от 31 до 165 МПа.

title-icon Подобные новости