М.17. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
М.17.1. Что происходит с грунтом во времени при действии постоF янной нагрузки?
Грунты, так же, как и другие материалы, обладают тем свойством, что при длительном действии нагрузки в них накапливаются деформации, называемые деформациями ползучести. Другим свой5 ством материалов является их способность к уменьшению напряжений во времени; процесс падения напряжений во времени называется релаксацией.
Деформации ползучести обусловлены деформацией твердых частиц грунта и возникают после завершения процесса фильтрационной консолидации.
В механике грунтов используются такие понятия как первичная и вторичная консолидация грунтов. Под первичной консолидацией понимается уплотнение (сжатие) грунта за счет перемещения твердых частиц и оттока воды из порового пространства. После завершения процесса первичной консолидации начинается этап сжатия грунта в течение вторичной консолидации; сжатие грунта возможно лишь за счет деформации твердых частиц грунта, так как при завершении первичной консолидации их пористость стала минимальной.
М.17.2. Как определить начало вторичной консолидации грунтов?
Для определения начала вторичной консолидации используются зависимости, приведенные на рис. М.17.2. Эти зависимости находятся из испытаний образцов грунтов в компрессионных приборах.
Начало этапа фильтрационной консолидации определяется по начальному участку зависимости осадки S от корня квадратного из времени t (рис. М.17.2, а). Для определения начала процесса ползу5 чести или завершения процесса первичной консолидации используется график зависимости осадки S от логарифма времени lgt , приведенный на рис. М.17.2, б. Для этого находится точка пересечения касательной, проведенной к нижнему участку кривой фильтрационной консо5 лидации, и касательной к участку кривой вторичной консолидации (точка 2′ на рис. М.17.2, б).
159
Рис. 17.2. Определение этапов первичной и вторичной консолидации водонасыщенных грунтов
Окончание процесса фильтрационной консолидации соответствует моменту полного рассеивания порового давления u = 0 , что можно определить при испытании образцов грунта.
М.17.3. Покажите возможные графики развития деформаций ползуF чести во времени.
На рис. М.17.3 показаны кривые деформаций ползучести грунтов во времени. Прямая 1 соответствует развитию деформаций с постоянной скоростью (dγ /dt = const); кривая 2 характеризует не5 затухающую ползучесть (dγ /dt → ∞) и кривая 3 – затухающую ползу5 честь (dγ / dt → 0).
Рис. М.17.3. Кривые ползучести
160
Как видно из рис. М.17.3, на кривой незатухающей ползучести в пределах участка АВ имеет место развитие деформаций ползучести при постоянной скорости.
Виды кривых ползучести зависят от величины нагрузки. С ростом внешней нагрузки изменяется характер развития деформаций ползу5 чести. При малых нагрузках наблюдается затухающий характер разви5 тия деформаций ползучести, при значительных нагрузках возникают незатухающие деформации ползучести.
М.17.4. Что такое релаксация напряжений?
Если к какому5либо телу или образцу грунта приложить посто5 янную нагрузку (напряжения) и измерять ее изменение во времени, сохраняя при этом постоянной деформацию, то мы увидим падение напряжений с ростом времени (рис. М.17.4). Процесс уменьшения напряжений во времени при неизменной деформации называется релаксацией напряжений.
Рис. М.17.4. Кривая релаксации напряжений
М.17.5. Что такое мгновенная и длительная прочность грунтов?
Мгновенной прочностью называется сопротивление грунта внеш5 ней нагрузке в начале его нагружения, и характеризуется величиной напряжения σo в момент времени t = 0 . С ростом времени напряжение падает до остаточного значения σ∞ . Это напряжение характеризует сопротивление грунта внешней нагрузке на достаточно продол5 жительном отрезке времени. В промежутке прочность грунта назы5 вается длительной или временной σt .
161
М.17.6. Какие методы используются для определения деформаций ползучести?
Деформации ползучести определяются с использованием теории наследственной ползучести Больцмана – Вольтера. Выражение при за5 тухающей ползучести и однократном нагружении имеет вид:
ε(t) = σ(t) + K (t − to ) σ(to ) to ,
Eмгн
где первый член в формуле определяет величину мгновенной дефор5 мации в момент времени t, второй – характеризует деформацию, которая накапливается во времени, пропорциональна напряжению
σ(to ), промежутку действия времени |
|
|
(t − to ) и назы5 |
|||
to и функции K |
||||||
вается ядром ползучести. |
|
|
|
|
||
Ядро ползучести определяется с использованием формулы |
||||||
|
|
(t − to ) = δ exp[−δ1(t − to )], |
|
|||
K |
|
|||||
где δ, δ1 – параметры ползучести, |
устанавливаемые из |
испытаний |
||||
образцов грунтов. |
|
|
|
|
||
М.17.7. Как определяются параметры ядра ползучести δ, |
δ1 ? |
|||||
Определение параметров ядра ползучести δ, δ1 выполняется путем испытания образцов грунта в компрессионном приборе. По резуль5 татам сжатия грунта на стадии первичной консолидации определяется
коэффициент сжимаемости m1 |
= e1 / lgt . Продолжая испытания, на |
o |
|
стадии вторичной консолидации находят коэффициент вторичной
сжимаемости m2 |
= e2 / |
lgt |
(рис. М.17.7, б). Значение m2 |
опреде5 |
o |
|
|
o |
|
ляется в интервале времени между t=100 мин и t= 1000 мин. |
|
|||
а |
|
|
б |
|
Рис. М.17.7. Определение параметров ядра ползучести
162
Параметр затухания ползучести δ1 определяют из этих же компрессионных испытаний, используя зависимость ln σε − t , пока5
занную на рис. М.17.7, а. Далее второй параметр ядра ползучести δ находят по формуле
δ = δ1 mo2 . mo1
М.17.8. Как определить осадку основания за счет вторичной консоF лидации грунтов?
В механике грунтов получены решения для определения осадки в течение вторичной консолидации для трех моделей грунта: одноком5 понентной, рассматривающей ползучесть только твердых частиц грунта; двухкомпонентной – грунт включает твердые частицы, и по5 ровое пространство полностью заполнено водой; трехкомпонентной – когда грунт является трехфазной системой (твердые частицы, вода и воздух).
163