title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Компрессионная ползучесть при переменной нагрузке

Компрессионная ползучесть при переменной нагрузке

В природных условиях нагрузки на грунты достигают своего наибольшего значения не сразу, а постепенно — по заранее известному закону. Поэтому исследование их деформационных свойств при переменной — возрастающей во времени равными ступенями нагрузке представляет большой практический интерес. Оно может быть использовано и для проверки применимости теорий ползучести к описанию процесса ползучести глинистых грунтов.
Экспериментами установлено, что в указанных выше условиях испытания слабых глинистых паст, когда длительность действия ступени нагрузки не превышает суток, переход от одной ступени к другой приводит (до достижения упруго-уплотненного состояния) к закономерному уменьшению ползучести. После достижения грунтом упруго-уплотненного состояния деформации ползучести от действия равных ступеней нагрузки или равны, или же наблюдается некоторое их возрастание вследствие наследственности деформаций — влияния ранее приложенных ступеней. Наследственность деформаций ползучести наблюдается также до достижения грунтами упруго-уплотненного состояния, однако решающим фактором изменяемости их деформативных свойств при переменной нагрузке является постепенное возрастание плотности. С аналогичным явлением мы встречались также при рассмотрении изменяемости мгновенных деформаций очень слабых глинистых паст. В последнем случае после достижения грунтами упруго-уплотненного состояния мгновенные деформации стабилизируются.
Испытание очень слабых глинистых паст при сравнительно длительном действии (от трех до нескольких десятков дней) ступеней нагрузки приводит к двум характерным видам деформирования. При небольших ступенях нагрузки (менее 0,025 МПа) наблюдается нарушение отмеченной выше закономерности (рис. 65), т. е. хаотичность изменяемости ползучести. В этом случае ползучесть от данной ступени нагрузки не всегда меньше ползучести от действия предыдущей, равной ей, ступени. В то же время при испытании тех же образцов под действием относительно больших ступеней нагрузки (0,05 МПа) остается в силе, независимо от длительности их действия, характерная для очень слабых глинистых паст закономерность деформирования (рис. 66).

Экспериментами установлено также, что длительное предварительное уплотнение глинистых паст под действием небольшого давления (0,025 МПа) приводит к многократному снижению ползучести по сравнению с ползучестью, определенной после часового предварительного уплотнения образца-близнеца под той же нагрузкой (рис. 67) даже тогда, когда дополнительное уплотнение после t=1 ч пренебрежимо мало (не превышает 3%). следовательно, существенное снижение мгновенных и ползучих деформаций глинистых паст после длительного предварительного уплотнения в основном обусловлено их тиксотропным упрочнением — проявлением сцепления упрочнения. В 1952 г. к аналогичному выводу пришла Т.Н. Лузыревская при испытании мела после 48-часовой выдержки под нагрузкой, тогда как предварительное его обжатие не привело к изменению пористости.
Таким образом, при длительном действии первой ступени нагрузки имеют место уплотнение и структурное упрочнение грунтовой пасты во времени. Когда вторая ступень нагрузки меньше структурной прочности грунта в момент ее приложения, наблюдается значительное снижение ползучести по сравнению с первой. При приложении следующей — третьей ступени и превышении суммарной нагрузкой величины о1,str имеет место частичное или полное разрушение ранее образованной структуры, что становится причиной существенного возрастания ползучести по сравнению с предыдущей ступенью нагрузки (см. рис. 65). Дальнейшее многократное повторение цикла упрочнения и разупрочнения, вследствие последовательного проявления и устранения сцепления упрочнения при загружении грунта относительно небольшими ступенями нагрузки приводит к наблюдаемому в эксперименте хаотическому характеру изменяемости ползучести, имеющему тенденцию стабилизироваться при достижении им упругоуплотненного состояния.
В случае загружения образцов большими ступенями нагрузки, превышающими структурную прочность грунта в моменты их приложения (Л > 1), возникает последовательное лавинное разрушение ранее образованной структуры — закономерное уплотнение и снижение ползучести при переходе от одной ступени к другой (см. рис. 66). С аналогичными явлениями мы встречались также при рассмотрении изменяемости мгновенных деформаций глинистых паст при их испытании в отмеченных выше условиях.

Влияние упрочнения и разупрочнения глинистых паст в процессе ступенчатого роста внешней нагрузки на процесс деформирования наглядно видно на графиках семейств экспериментальных кривых ползучести, один из примеров которых приведен на рис. 68. Как видно на этом рисунке, при больших ступенях нагрузки ( > 0,05 МПа) одному и тому же значению напряжения соответствуют одни и те же конечные деформации ползучести, т. е. ползучесть не зависит от режима загружения образцов-близнецов, В то же время при загружении образцов-близнецов относительно небольшими ступенями нагрузки (0,025 МПа) величина ползучести при (o1=0,05 МПа почти вдвое меньше, чем в случае их испытания под действием этой однократно приложенной нагрузки. Однако, как и следовало ожидать, при дальнейшем ступенчатом загружении это расхождение полностью исчезает, поскольку структурное упрочнение грунта больше не в состоянии воспрепятствовать нормальному процессу уплотнения. Под нормальным процессом уплотнения понимается уплотнение грунта при отсутствии влияния сцепления-упрочнения.
Изложенное выше явление хаотичности изменяемости ползучести вследствие периодического упрочнения и разупрочнения глинистых грунтов в процессе ступенчатого загружения небольшими ступенями нагрузки, впервые описанное автором книги в 1956 г., Д. Тролопом и К. Чэном названо «ступенчатой деформацией».
Д. Тролоп и К. Чэн испытали на одноосное сжатие цилиндрические образцы (d=3,14 см, h=8,9 см) виксбургской глины (wP=0,23, wL=0,37) ступенями 0,1 от предполагаемой предельной нагрузки с интервалами иx приложения от двух минут до двух суток. Как и в описанных выше экспериментах автора книги, было обнаружено хаотическое изменение замеренных деформаций при переходе от одной ступени нагрузки к другой. Исходя из гипотезы миграции или течения крупных зерен глинистого грунта в зону сдвига, образования зернистой структуры в процессе его деформирования и условий восприятия прилагаемого напряжения зернистой структурой, они дают следующее объяснение изложенному выше явлению: «При данном приращении нагрузки, чтобы сохранить прочность, можно привести в контакт достаточное количество зернистых частиц. Так что, когда прилагается следующая ступень нагрузки, образовавшаяся структура будет удовлетворительно выдерживать ее без больших деформаций. Однако при приложении последующей ступени нагрузки существующее сопротивление сдвигу будет недостаточным и это (новое) приращение нагрузки не может быть выдержано, пока не будет приведено в контакт дополнительное количество зерновых частиц в результате больших перемещений, т. е. до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное сопротивление сдвигу». Далее отмечается, что это приводит к неравномерному увеличению деформации.
Объяснение, данное рассматриваемому явлению Д. Тролопом и К. Чэном в 1960 г., совпадает с объяснением автора книги.
В рассмотренных выше случаях уплотнения глинистых паст первой ступени нагрузки всегда соответствовала наибольшая деформация ползучести. Совершенно по-другому протекает изменяемость ползучести глинистых грунтов, обладающих значительной структурной прочностью в начале испытания. В этом случае, как и в случае мгновенных деформаций, изменяемость ползучести при переходе от одной к другой (равной по величине) ступени нагрузки может иметь экстремальный характер вида, показанного на рис. 59.
Заканчивая рассмотрение ползучести глинистых грунтов в случае одномерного уплотнения при переменной нагрузке, следует еще раз отметить, что ее изменяемость (как и мгновенных деформаций) в процессе ступенчатого роста внешней нагрузки всецело зависит от коэффициента Л (6.3). В зависимости от величины Л она может подчиняться самым различным характерным видам деформирования. Поэтому, чтобы лабораторный эксперимент в достаточной степени приблизить к работе грунта в природных условиях, следует обратить особое внимание на вопросы режима их загружения.

title-icon Подобные новости