Длительное сопротивление глинистых грунтов сдвигу

Вопрос о влиянии скорости приложения и длительности действия напряжений на сопротивление сдвигу глинистых грунтов является одним из основных и вместе с тем спорных в реологии грунтов. Именно поэтому при рассмотрении методов определения их начального сопротивления сдвигу мы сознательно обошли этот вопрос, поскольку он нуждается в специальном и более обстоятельном изложении.
Из рассмотренного ранее материала нам уже известно, что изменяемость сопротивления сдвигу глинистых грунтов во времени, т. е. длительное сопротивление сдвигу, зависит от скорости, величины и Длительности действия как уплотняющих, так и касательных напряжений. Длительная прочность глинистых грунте обусловлена двумя факторами, которые проявляются в самых различных сочетаниях: а) характером возникновения и изменяемости во времени избыточного давления в поровой воде uw; б) ползучестью скелета водонасыщенного и неводонасыщенного грунтов.
Величина и характер изменения во времени избыточного давления в поровой воде при всех условиях зависят от размеров образца или массива — от масштабного фактора. Это означает, что полученные в лабораторных условиях результаты не могут быть непосредственно перенесены в натуру. Для такого переноса следует заранее определить величины и закономерности изменяемости во времени избыточного давления в поровой воде в данной точке массива методами теории уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов с учетом факторов фильтрации, ползучести скелета, сжимаемости поровой жидкости и т. п. и определить сопротивление грунта сдвигу по соотношению. Отсюда следует также, что при возникновении избыточного давления в поровой воде водонасыщенного грунта нельзя сопоставлять экспериментальные данные, полученные из испытания образцов различных размеров. Для их сопоставления необходимо исключить масштабный фактор, т. е. влияние избыточного давления в поровой воде на прочностные свойства; и все показатели выразить через эффективные напряжения, воспринимаемые скелетом грунта. При таком подходе к рассмотрению результатов экспериментальных исследований будет исключен один из основных источников ошибок, приводящий к противоречивым мнениям специалистов в вопросе о длительном сопротивлении сдвигу водонасыщенных глинистых грунтов.
Сказанное выше говорит о том, что зависимость сопротивления сдвигу глинистых грунтов от длительности действия сдвигающих усилий необходимо, как и в случае их уплотнения, отнести к скелету. Тогда длительным сопротивлением сдвигу глинистых грунтов будет называться изменяемость сопротивления сдвигу во времени вследствие протекания ползучести под действием касательных напряжений.
Для установления влияния длительности действия касательных напряжении на прочностные свойства скелета глинистых грунтов в чистом виде, т. е. без влияния побочных факторов (избыточного давления в поровой воде, ползучести скелета при уплотнении и т. п.) должны быть испытаны на сдвиг нормально уплотненные и переуплотненные образцы в условиях обеспечения свободного дренирования и разуплотнения вследствие явления дилатансии. Очевидно, что для исключения влияния избыточного давления в поровой воде на сопротивление сдвигу лучше всего испытать тонкие кольцевые или сплошные образцы на кручение.
Разумеется, изложенное выше ни в коей степени не исключает возможность испытания грунтов на одноосное и трехосное сжатие. Однако эти испытания должны быть выполнены с большой тщательностью с замером избыточного давления в поровой воде как при уплотнении, так и при возрастании разности главных нормальных напряжений не только у торцов, но и в середине образца.
При исследовании изменяемости сопротивления глинистого грунта сдвигу во времени различают следующие основные показатели.
1. Мгновенное или кратковременное тf,0 сопротивление сдвигу, которое определяют кратковременным испытанием образцов грунта на сдвиг (одноосное и трехосное сжатие) при быстром приложении (с интервалом 5—10 с) равных ступеней нагрузки. Величину ступени касательного напряжения выбирают с таким расчетом, чтобы время испытания образца было примерно равно 1 мин.
2. Длительное сопротивление сдвигу тf,t — предельное касательное напряжение, исчерпывающее прочность грунта при данной длительности его действия t.
3. Предельно длительное сопротивление грунта сдвигу тf,00 — касательное напряжение, под действием которого никогда не исчерпывается прочность грунта.
4. Стандартное сопротивление сдвигу тf,st, которое определяют испытанием образцов при переменной скорости приложения равных ступеней касательного напряжения по методу затухающих деформаций НИИОСП и ГОСТ 12248—78 и относит к категории начального (кратковременного) сопротивления сдвигу.
Аналогичным образом подразделяется и прочность грунта, определяемая методами одно- и трехосного сжатия.
Кривая зависимости сопротивления сдвигу глинистого грунта от времени называется кривой длительного сопротивления сдвигу. Определение такой кривой можно выполнить методами: 1) испытанием образцов-близнецов на сдвиг (одно- и трехосное сжатие) при различных скоростях приложения касательного напряжения; 2) испытанием образцов-близнецов на ползучесть при различных уровнях постоянного касательного напряжения.
Испытание образцов-близнецов при различных скоростях приложения касательного напряжения. В данном состоянии грунта, характеризуемого при простом сдвиге величиной oz, испытывают несколько образцов-близнецов под действием касательных напряжений, возрастающих равными ступенями через равные интервалы времени. Для получения различных скоростей нагружения изменяют или интервалы приложения ступеней от 5 с до нескольких дней, или величину ступени касательного напряжения. С целью сопоставления определяют также стандартное сопротивление сдвигу методом затухающих деформаций по ГОСТ 12248—78. Из каждого опыта определяют сопротивление сдвигу образца и длительность испытания при данной скорости нагружения, а по данным испытания нескольких образцов-близнецов строят кривую длительного сопротивления сдвигу.

Для определения кривой тf=f(t,oz) испытывают не менее трех серий образцов-близнецов при различных значениях уплотняющей нагрузки oz. По результатам опытов строят семейство кривых длительного сопротивления сдвигу (рис. 133). Трансформируя полученное семейство кривых тf—t в семейство тf—oz, строят диаграммы сдвига для любых значений времени t действия касательных напряжений.
Метод испытания серии образцов-близнецов на ползучесть при разных уровнях постоянного касательного напряжения. Испытывают на ползучесть несколько образцов-близнецов данного состояния. Определяют начальное (мгновенное или стандартное) сопротивление сдвигу и испытывают на ползучесть образцы-близнецы при различных уровнях постоянного касательного напряжения: т/тf = 0,4; 0,6; 0,7; 0,8 и 0,9.
По результатам испытания серии образцов-близнецов данного состояния строят семейство кривых ползучести (рис. 134) и определяют время до момента разрушения. За момент разрушения принимают время, при котором деформация сдвига из стадии течения переходит в стадию ползучести с возрастающей скоростью — стадию разрушения. Зная результаты определения тf и времени разрушения, строят кривую длительного сопротивления сдвигу (см. рис. 134). По данным испытания грунта при разных значениях oz, строят семейство кривых длительного сопротивления сдвигу и диаграммы сдвига для различных моментов времени t (см. рис. 133).
Методы приготовления образцов и испытания как на сдвиг, так и на ползучесть обычные.