title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Определение параметров компрессионной ползучести глинистых грунтов методами двух и одной кривой длительного уплотнения

Определение параметров компрессионной ползучести глинистых грунтов методами двух и одной кривой длительного уплотнения

Изложенная ранее классическая методика определения параметров ползучести, впервые примененная к глинистым грунтам автором книги в 1954 г., имеет широкое распространение в практике исследования длительного деформирования металлов при высоких температурах бетонов, древесины, пластмасс, грунтов и т.д. Определение параметров ползучести материалов вообще, глинистых грунтов в особенности, по классической методике является достаточно сложной и трудоемкой, требующей испытания большого количества образцов-близнецов в течение длительного времени. Изготовление большого количества образцов-близнецов из металла, бетона, древесины, пластмасс и однородных глинистых грунтов нарушенного сложения не представляется сложной задачей. Получение таковых при испытании грунтов природного сложения очень сложно, порой даже невозможно. Поэтому вопрос о методике определения ползучих свойств глинистых грунтов при минимальном количестве испытываемых образцов-близнецов приобретает важное значение, а также вопрос о переносе в натуру лабораторных данных в связи с влиянием на характер ползучести величины и скорости приложения внешней нагрузки, большой структурной неоднородности многих глинистых грунтов и изменчивости их реологических свойств.
Многочисленными экспериментами автора книги и многих других исследователей (см. выше) установлено, что кривые ползучести, полученные под действием постоянных и переменных (ступенчато-возрастающих) нагрузок отличаются друг от друга как качественно, так и по взаимному расположению. Кривые ползучести, полученные при ступенчатом возрастании нагрузки, располагаются, как правило, ниже кривых, полученных при той же нагрузке, приложенной однократно на полную величину. В последнем случае кривые ползучести являются довольно крутыми в начале деформирования (большая часть деформации протекает в течение первых нескольких часов и суток), тогда как в случае ступенчатого роста нагрузки они являются довольно пологими и больше согласуются с истинной картиной развития процесса ползучести глинистых грунтов в натуре.
Изложенное, как было сказано ранее, обусловлено характером и прочностью структурных связей и их изменяемостью под действием внешних нагрузок — скоростью их приложения, величиной и длительностью действия. Чем ближе скорость загружения глинистого грунта, в компрессионном приборе к скоростям, наблюдаемым в природе, тем более достоверными будут полученные из эксперимента данные. Очевидно, что основой для определения ползучих свойств скелета глинистых грунтов должны служить экспериментальные кривые, определенные при переменных нагрузках, возрастающих во времени желательно небольшими ступенями.
В связи с этим, а также исходя из необходимости уменьшения количества испытываемых образцов-близнецов достаточно однородных глинистых грунтов автором книги был разработан и внедрен в лабораторную практику простой метод определения параметров компрессионной ползучести, получивший название «метода испытания двух образцов». Этот метод широко используется в лабораторной практике для определения указанных выше свойств с учетом изменяемости температуры, влажности, вибрационных воздействий и т. д., а также стал основой для разработки ряда других приближенных методов.

Суть метода испытания двух образцов-близнецов (рис. 80) заключается в том, что один образец испытывается под действием некоторой постоянной, а второй — под действием ступенчато-возрастающей во времени нагрузки. Результаты испытания второго образца-близнеца используются для определения зависимости напряжение — деформация ползучести и функции напряжения F(о1), а второго — для определения параметров меры ползучести Cс(t), Имея меру ползучести и функцию напряжения, предполагая существование подобия между кривыми ползучести, по соотношению (2.71) строят кривые ползучести для различных значений постоянного напряжения. Применимость метода проверяется описанием экспериментальной кривой ползучести, определенной при ступенчато-возрастающей нагрузке по теориям старения, упрочнения и наследственной ползучести, изложенным выше.
При испытании образца под действием ступенчато-возрастающей нагрузки наиболее важным является правильный выбор интервала приложения ступеней нагрузки. В случае испытания чрезмерно сжимаемых грунтов рекомендуется этот интервал принять равным 7—10 дням, для среднесжимаемых грунтов—15 дням, а для малосжимаемых грунтов — 20—25 дням. Чем больше этот интервал, тем более точны результаты определения параметров ползучести, Длительность интервала приложения ступеней нагрузки зависит также от их величины. Чем меньше ступень нагрузки, тем больше должен быть интервал ее приложения. Например, при о1 = 0,0125 МПа этот интервал должен быть не менее трех недель. При больших ступенях нагрузки величину интервала приложения ступеней нагрузки можно уменьшить до одной недели. Иначе говоря, выбор интервала приложения ступеней нагрузки зависит от условия стабилизации деформаций ползучести, от действия этих ступеней.
Применение метода двух кривых ползучести для определения параметров ползучести глинистых грунтов существенно сокращает количество испытываемых образцов-близнецов и приближает лабораторный эксперимент к натуре. Поэтому этот метод, на наш взгляд, должен стать основным и рекомендуемым для лабораторной практики методом определения параметров компрессионной ползучести достаточно однородных глинистых грунтов природного и нарушенного сложения.

В качестве примера в правой части рис. 81 приведены кривые ползучести (сплошные линии), полученные испытанием двух пар образцов-близнецов шенгавитской четвертичной глины (г. Ереван) природного сложения и влажности (р = 1770 кг/м3; рs = 2640 кг/м3; W0 = 0,341; е = 0,997; Ip = 0,293; Il = 0,368) под действием постоянной (а1 = 0,025 МПа) и возрастающей ступенями (0,025 МПа) нагрузок, выполненные автором книги и Р. Р. Галстяном. В левой части того же графика сплошной линией показана кривая зависимости ect—o1.
В результате аппроксимации кривой ect—o1 (штриховая линия в левой части рис. 81) получены выражения для указанной зависимости в виде (2.55) = B(10o1)n = 0,015 (10o1)0,75 и функции напряжения вида (6.26): F (o1) = (10o1)n = (10o1)0,75.
Когда экспериментальная кривая ползучести определена при испытании образца-близнеца под действием единичной нагрузки o1 = 0,1 МПа, выражение меры ползучести Cc(t) определяется непосредственной ее аппроксимацией по методам, подробно изложенным ранее. В случае, когда o2=/=0,l МПа, меру ползучести следует определить из выражения (2.71) по следующему соотношению:

где еct(o1i=const) — аппроксимирующее уравнение экспериментальной кривой ползучести, полученной при данном постоянном напряжении o1,i=/=0,1 МПа; F(o1,i) — функция напряжения для данного напряжения o1,i.
В рассматриваемом примере экспериментальная кривая ползучести определена при испытании образца-близнеца под действием o1,i = 0.025 MПa = const. Она аппроксимирована выражением вида (2.62) и при этом получено степенное соотношение

Тогда уравнение меры ползучести (2.62), с учетом полученного выше выражения функции напряжения F(o1), согласно (6.59) будет иметь следующий вид:

На основании соотношений меры ползучести Cc(t) и функции напряжений F(o1) уравнение деформации ползучести (2.71) для постоянных напряжений записывается в виде
[center]

Кривые ползучести, построенные по соотношению (6.60) для различных постоянных напряжений, в правой части рис. 81 показаны штриховыми линиями.
Для доказательства применимости метода двух кривых выполнено описание процесса ползучести при ступенчато-возрастающей нагрузке по теориям старения (штрихпунктир), упрочнения (штриховые линии с кружочками) и наследственной ползучести (штриховые линии с галочками).
Как видно на рис. 81, кривые, построенные по теориям упрочнения и наследственной ползучести, в целом хорошо согласуются с экспериментом. Что же касается теории старения, то она также удовлетворительно описывает процесс ползучести и может быть использована для решения практических задач. Скученность кривых, построенных по указанным выше теориям ползучести вокруг экспериментальной кривой, свидетельствует о правильности выбора интервала возрастания ступеней нагрузки и пригодности метода двух кривых ползучести для определения параметров компрессионной ползучести глинистого грунта.
В случае неправильного выбора интервала приложения ступеней нагрузки определение параметров ползучести по методу двух кривых приводит к неприемлемым peзyльтaтaм, что выражается очень большим расхождением между экспериментальной кривой и кривыми, построенными по различным теориям ползучести (рис. 82).
При применении классической методики испытания образцов на ползучесть сильно неоднородных глинистых грунтов часто невозможно установить четкой закономерности их деформирования. He редки противоречивые результаты, которые выржаются расположением экспериментальной кривой при данной нагрузке выше кривой, полученной испытанием образца под действием большей нагрузки (рис. 83). Очевидно, что в этом случае нельзя воспользоваться также методом двух кривых — испытания двух образцов-близнецов, поскольку из монолита грунта невозможно получение таковых. В этом случае следует применять другой метод испытания образцов, позволяющий оценивать ползучие свойства монолита или керна грунта в целом.

Для оценки свойств и определения параметров компрессионной ползучести монолита (керна) неоднородного глинистого грунта в целом можно воспользоваться методом испытания серии образцов грунта под действием ступенчато-возрастающей нагрузки — методом одной кривой. В этом случае по усредненным значениям экспериментальных данных испытания образцов, вырезанных из одного монолита (керна) грунта, строят одну кривую ползучести. По этой кривой, как и в случае метода двух кривых, определяют зависимость напряжение — относительная деформация компрессионной ползучести и функцию напряжения, а по участку кривой, соответствующей одной из ступеней нагрузки — параметры меры ползучести по соотношению (6.59).
С целью получения оптимального количества образцов, необходимого для получения достоверных данных о ползучих свойствах глинистого грунта в целом, автор книги воспользовался методом сопоставления усредненной кривой ползучести, полученной от испытания 6—8 образцов, с кривой, определенной при испытании одного большого (геометрически подобного) образца, вырезанного из одного монолита (керна). Кроме изложенной цели эти опыты позволяют: а) установить степень влияния нарушения природной структуры грунта при вырезке и обработке образцов на их деформационные характеристики и учесть эту погрешность при окончательной оценке свойств компрессионной ползучести; б) определить показатель консолидации n для установления длительности деформирования слоев различной толщины с учетом масштабного фактора, по Н.Н. Маслову, и проверить теорию консолидации при учете одновременного действия факторов фильтрации и ползучести скелета.

В качестве примера на рис. 84 показаны: а) единая (усредненная) кривая ползучести скелета (сплошная линия с треугольниками) шести образцов (см. рис. 83) диаметром 7 см, высотой 2 см глинистого грунта 22—79В ЕГУ (р=2030 кг/м3; рs = 2580 кг/м3; wo = = 0,2783, IP = 0,1252; б) кривая ползучести (сплошная линия с кружочками), полученная испытанием одного большого образца в приборе М-3 диаметром 21 см, высотой 6 см; в) кривые ползучести (штриховые линии), построенные по выражению (2.71) для различных постоянных нормальных напряжений при: Cc(t) = 0,0562*t0,007974, F(o1) = o1 0,4347.
Приведенный пример показывает достаточную близость единой (усредненной) кривой ползучести малых образцов с кривой, полученной испытанием одного большого образца. Это значит, что усредненная кривая ползучести достаточно точно характеризует ползучие свойства монолита в целом и она может быть положена в основу определения параметров компрессионной ползучести скелета неоднородных глинистых грунтов. Экспериментами автора книги установлено, что для получения достоверных результатов о ползучих свойствах неоднородных глинистых грунтов должны быть испытаны не менее шести образцов, вырезанных из разных точек монолита (керна).
Из приведенного примера следует также, что ползучесть груша практически не зависит от масштабного фактора. Следовательно, ползучесть образцов высотою 2 и 6 см всецело обусловлена ползучестью скелета.
Для определения деформаций ползучести от действия постоянных напряжений при o1 > o1,0(o1,0 — бытовое давление) выражение (2.71) записывается в следующем виде:

или с учетом (2.62) и (6.26):

С той же целью выражение функции напряжения F(o1) вместо (6.26) можно представить следующим образом:

тогда уравнение меры ползучести следует определить из соотношения вида (6.59):

где ect (o1,0 = const) — аппроксимирующее экспериментальную кривую ползучести выражение при (o1,i—o1,0)=/=0,1 МПа; C*c(t) — ползучесть грунта при (o1,i—o1,0) = 0,1 МПа.

title-icon Подобные новости