title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Предельные напряжения и реологические уравнения состояния глинистых грунтов при простом сдвиге

Предельные напряжения и реологические уравнения состояния глинистых грунтов при простом сдвиге

Простейшим видом деформации формоизменения твердых тел является чистый сдвиг. Наиболее простым видом деформации грунтовой толщи в натуре под действием касательных напряжений (не превышающих прочность—сопротивление сдвигу грунта) является простой сдвиг (рис. 90). Еще в 1933 г. этот вид деформации Г.И. Покровский назвал «скашиванием и наиболее характерным для глинистого грунта, пока не появились катастрофические трещины и разрывы в них». Рассматривая характер и скорости деформирования глинистых грунтов в оползневых склонах, С. Шарп различал два вида деформации сдвига: плоский, который соответствует случаю взаимного перемещения массивов грунта по некоторой плоскости, и объемный, протекающий в виде медленного течения его элементарных слоев друг относительно друга, по схеме простого сдвига-скашивания. Согласно Н.Я. Денисову (1956 г.), в этом случае «каждый элементарный слой», параллельный касательной силе, смещается по отношению к другой без нарушения сплошности грунта.

Исходя из условия скашивания элементарных слоев грунта основания под действием затухающих по глубине касательных напряжений, определяемых из решения упругой задачи, Н.Н. Маслов в 1936 г. разработал метод определения горизонтальных смещений подпорных гидротехнических сооружений. Тогда же он впервые поднял вопрос о необходимости расчета подпорных сооружений на сдвиг по допускаемым деформациям, как это принято при определении их осадок.
Натурные наблюдения за смещением грунта по глубине толщи под действием касательных напряжений, проведенные в 1938—1957 гг. И.А. Клевцовым, Р. Петерсоном и др., показали, что деформация сдвига протекает в некоторой зоне. В зависимости от характера распределения напряжений и длительности их действия деформация сдвига по глубине толщи может протекать как по линейному, так и по нелинейному закону, причем деформация элементарных слоев всегда происходит по схеме простого сдвига-скашивания.
В отличие от сложной деформации формоизменения (сдвига), когда на всех гранях элементарного прямоугольного параллелепипеда действуют все компоненты тензора напряжений, при простом сдвиге (см. рис. 90) на его гранях действуют нормальные напряжения оx, oy, oz и две пары касательных напряжений тxz и —тxz, а остальные компоненты последних равны нулю (хyz=тzy=тyx=тxy=0). В рассматриваемом случае элементарный прямоугольный параллелепипед испытывает как деформацию объема, так и формы.
Глинистые грунты обычно испытывают на простой сдвиг после полной стабилизации деформации уплотнения и рассеивания порового давления от действия нормальных (уплотняющих) напряжений oz, ох = оy, приводящих, их в новое состояние, характеризующееся плотностью-влажностью и структурной прочностью при данной температуре среды. Тогда деформацию формоизменения грунта можно считать квазичистым сдвигом в данном его состоянии. На рис. 90 видно, что в этом случае под действием двух пар касательных напряжений элементарный прямоугольный параллелепипед подвергается искажению формы в плоскости рисунка (штриховые линии) скашиванием его вертикальных граней на угол у = As/Az, где As — абсолютная деформация сдвига; Az — высота элемента или мощность зоны сдвига.
Деформация простого сдвига у глинистого грунта во времени, возникающая под действием постоянного касательного напряжения т, складывается из мгновенной деформации у0 и деформации ползучести yt:

закономерности которых в реологии глинистых грунтов, как и в случае одномерного уплотнения, исследуются раздельно.
В отличие от одномерного уплотнения, в зависимости от уровня касательного напряжения, деформация yt, как и при растяжении и сжатии материалов, складывается из затухающей Vdt и незатухающей уvl деформаций ползучести:

Незатухающая ползучесть простого сдвига при высоких относительных напряжениях завершается исчерпыванием прочности грунта без нарушения или с нарушением его сплошности вследствие наступления стадии прогрессирующего разрушения — ползучести с возрастающей скоростью.
Для определения деформации простого сдвига глинистых грунтов в целях прогноза конечных и длительных смещений различных сооружений и деформаций оснований представляет большой интерес исследование закономерностей затухающей ползучести уdt и течения уvt с постоянной скоростью, а для расчета прочности грунтов — условия времени возникновения и протекания ползучести с возрастающей скоростью.
Исследования реологических свойств грунтов вообще, глинистых в особенности, в условиях простого сдвига имеют исключительно важное значение для проектирования сооружений. Поэтому не случайно, что, несмотря на внедрение в лабораторную практику новых методов определения прочностных и деформационных свойств глинистых грунтов в условиях сложного деформирования, их определение испытанием образцов в условиях простого сдвига не потеряло своего значения. Этот метод испытания глинистых грунтов в настоящее время настолько усовершенствован, что свободно конкурирует с методом их испытания в условиях трехосного сжатия, получившего в лабораторной практике большое применение.
В опытах на простой сдвиг, как отметил в 1935 г. Н.Н. Маслов, в наибольшей степени отображаются действительные условия возможного сдвига сооружения, явления нарушения сопротивления грунта сдвигу очевидны, наглядны и убедительны. Эти опыты предельно просты, а при соблюдении условия драпирования данные испытания глинистых грунтов совпадают с данными трехосных испытаний на сжатие. Между тем они имеют явное преимущество перед опытами на трехосное сжатие в отношении определенности напряженного состояния образца, возможности очень больших деформаций (приборы кручения полых и сплошных образцов), простоты и надежности замера деформаций и т. д. Именно поэтому многие исследователи рекомендуют изучение реологических свойств глинистых грунтов выполнять на приборах кольцевого среза, кручения полых и сплошных образцов.
В этом разделе книги рассматриваются закономерности ползучести, кратковременного (начального) и длительного сопротивления сдвигу глинистых грунтов при простом сдвиге с учетом влияния величины, скорости приложения и длительности действия касательных напряжений, а также изменяемости их состояния под действием уплотняющих нагрузок. Они имеют первостепенное значение как для развития-теории ползучести глинистых грунтов, так и практических расчетов оснований сооружений по первому и второму предельным состояниям — по предельной прочности и деформациям сдвига.

title-icon Подобные новости