Деформация ползучести грунтов и методы их описания

Обновлено: 05.10.2024

ГОСТ Р 54477-2011

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Методы лабораторного определения характеристик деформируемости грунтов в дорожном строительстве

Soils. Methods for laboratory determination of soil deformation characteristics in road construction

Дата введения 2012-05-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Дорожный научно-исследовательский институт "СоюздорНИИ" (ОАО "СоюздорНИИ")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2011 г. N 476-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 2019 г.

Введение

В настоящее время методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости грунтов регламентируются ГОСТ 12248, предназначенным для исследований для инженерного строительства грунтов класса II (природных немерзлых) и класса III (природных мерзлых); групп "связные" и "несвязные" типов "минеральные", "органоминеральные", "органические", а также всех их видов (см. ГОСТ 25100). Дополнительные положения методики оценки сжимаемости (если это необходимо) приведены:

- для разновидностей глинистых грунтов (класса II) - по деформации набухаемости, деформации просадочности;

- для разновидностей песков (класса II) - по коэффициенту пористости;

- для перечисленных выше грунтов - по степени засоления.

Анализ теоретических основ компрессионного и консолидационного процесса, на которых базируется методика компрессионно-консолидационных испытаний, приведенная в ГОСТ 12248, а также анализ практического опыта использования методики показали, что для такого вида инженерного строительства, как дорожное, требуется его пересмотр. Необходимые изменения, особенно в части определения показателей сжимаемости грунтов, предопределяются многими причинами, основными из которых являются:

- линейность строительных работ, большая протяженность сооружения;

- необходимость в большом объеме использовать местные грунты, которые, как правило, относятся к "слабым" (согласно дорожной классификации грунтов);

- многообразие природных условий в районах проложения трассы автомобильных дорог, обуславливающих специфику поведения грунтов;

- напряженно-деформированное состояние грунтов в основании линейного сооружения, нагрузки от которого меньше, чем от других сооружений (промышленных и гражданских);


- допуски при проектировании по величине и интенсивности деформаций осадки по сравнению с другими сооружениями;

- необходимость более детального анализа условий работы грунта в системе "сооружение - грунт", в частности условий его (грунта) нагружения и оттока поровой воды;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей осадки связных грунтов в основании и в насыпи с учетом их исходного состояния, структуры и условий работы в зоне действия сооружения или вышележащих слоев.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения характеристик сжимаемости немерзлых связных грунтов в условиях компрессионного сжатия для проектирования автомобильных дорог и их реконструкции в сложных инженерно-геологических условиях.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 5180 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 10650 Торф. Метод определения степени разложения

ГОСТ 12248 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 12536 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 30416 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

ГОСТ Р 8.563 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений

ГОСТ Р 8.568 Государственная система обеспечения единства измерений. Термометры сопротивления платиновые "эталонные" 1-го и 2-го разрядов. Методика проверки

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 30416 и ГОСТ 12248, а также следующие термины и их определения:

3.1.1 слабые грунты: По [1], [2].

3.1.2 глинистые грунты повышенной влажности: По [2].

3.1.3 естественная структура грунта: Строение грунта в условиях его природного залегания.

3.1.4 ненарушенная структура грунта: Структура грунта в образце, отобранном из массива и сохранившем природную структуру.

3.1.5 нарушенная структура грунта: Структура грунта в образце, подвергшемся различным воздействиям или сформованном при заданной плотности-влажности.

3.1.6 искусственная (техногенная) структура: Структура грунта, полученная в процессе технологических операций при возведении грунтового сооружения.

3.1.7 паста: Грунт, полученный после его высушивания, размельчения и добавления воды до влажности на границе текучести.

3.1.8 двухфазное состояние грунта (водонасыщенное): Состояние грунта при коэффициенте водонасыщения 0,95 и практическом отсутствии газообразной фазы.

3.1.9 трехфазное состояние грунта: Состояние грунта при коэффициенте водонасыщения менее 0,95 и содержащем газообразную фазу в количественном отношении более 5% объема пор.

3.1.10 сжимаемость: Изменение объема грунта под влиянием сжатия от действующей внешней нагрузки в условиях невозможности бокового расширения, которое характеризует его компрессионные свойства.

3.1.11 консолидация: Затухающее во времени деформирование нескальных грунтов под воздействием внешней нагрузки.

3.1.12 компрессионные параметры: Показатели, зависящие от физико-механических свойств грунтов и уплотняющей нагрузки и характеризующие зависимость стабилизированной осадки от нагрузки. Определяются по компрессионной кривой, построенной по результатам испытаний на компрессию.

3.1.13 структурная прочность грунта на сжатие: Комплексная характеристика поведения грунта, эквивалентная пороговой нагрузке, только после превышения которой начинается интенсивное сжатие грунта (при 0,005, где - относительная деформация).

3.1.14 модуль деформации грунта: Обобщенная характеристика деформируемости грунта, представляющая собой коэффициент пропорциональности линейной связи между приращениями давления на образец и его деформацией.

3.1.15 модуль осадки: Относительная деформация грунта, выраженная в промилях, определяемая по компрессионной кривой для заданной нагрузки.

3.1.16 консолидационные параметры: Показатели, зависящие от физико-механических свойств грунтов и времени воздействия постоянной нагрузки, характеризующие зависимость нестабилизированной осадки от времени. Определяют по консолидационной кривой, построенной по результатам испытаний на консолидацию.


3.1.17 консолидационный параметр первого этапа консолидации (дофильтрационной консолидации): Угловой коэффициент первого прямолинейного участка консолидационной зависимости вида .

3.1.18 консолидационный параметр второго этапа (первичной фильтрационной консолидации): Коэффициент консолидации (или обобщенные консолидационные параметры, показатель степени консолидации).

3.1.19 консолидационный параметр третьего этапа (вторичной фильтрационной консолидации): Показатель степени консолидации.


3.1.20 консолидационный параметр четвертого этапа (консолидации объемной ползучести): Угловой коэффициент четвертого прямолинейного участка кривой вида .

3.1.21 схема испытаний: Схема, назначенная при проектировании из условий работы грунта в системе "сооружение - грунт" и указанная в задании на испытание.

Основные схемы испытаний:

- по режиму нагружения образца;

- по условию отжатия поровой воды из образца.

3.1.22 режим нагружения образца: Время передачи ступени нагрузки на образец и время ее выдерживания.

3.1.23 условие отжатия поровой воды из образца: Создание условий для возможности отжатия поровой воды (открытая схема) и условий, при которых отжатие поровой воды исключается (закрытая схема).

4 Общие положения

4.1 Методики компрессионных и консолидационных испытаний, представленные в настоящем стандарте, распространяются на грунты класса II, на группы - связные грунты, на типы - минеральные и биогенные (органические и органо-минеральные), а также на все их виды по ГОСТ 25100.

4.2 Настоящий стандарт устанавливает следующие методы лабораторного определения характеристик деформируемости грунтов:

- компрессионное сжатие (с заданным режимом нагружения);

- компрессионно-консолидационные испытания (по различным схемам);

4.3 Представленные в настоящем стандарте методики компрессионных и консолидационных испытаний предусматривают определение показателей сжимаемости без бокового расширения при отводе поровой жидкости в вертикальном направлении вверх и вниз или только вверх либо без отвода воды. Полученные параметры следует учитывать при проектировании конструкции насыпи (в случаях использования слабых грунтов в основании насыпи и глинистых грунтов повышенной влажности в насыпи) в расчетах значений конечной осадки грунта и времени достижения требуемой степени консолидации (или интенсивности осадки) под расчетной нагрузкой при моделировании в опыте условий реального сжатия грунта.

4.4 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию, приборам, лабораторным помещениям - по ГОСТ 30416.

4.5 Для испытуемых грунтов должны быть определены физические характеристики и рассчитаны следующие показатели: плотность сухого грунта, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения (а также другие характеристики в соответствии с техническим заданием на испытания).

Такие характеристики грунтов, как относительная просадочность и относительное набухание и др., следует определять по ГОСТ 12248.

4.6 Кроме требований к лабораторным испытаниям грунтов по ГОСТ 30416, к методике определения деформационных свойств грунтов по 4.1 предъявляются следующие требования к качеству образцов и методу испытаний:

- состояние образца должно соответствовать состоянию грунта в естественном залегании (основании) или заданному по плотности-влажности (в сооружении);

- граничные и временные условия загружения и деформирования грунта в сооружении или в основании должны моделироваться при испытаниях;

Если деформацию образца водонасыщенного грунта в одометре или осадку слоя грунта без возможности бокового расширения изобразить во времени кривой в полулогарифмической системе координат, то она будет иметь вид, показанный на рис. 5.13, а.На этой кривой можно выделить три основных участка, соответствующих трем слагаемым осадки: преимущественно упругой (начальной) осадке sei ,развивающейся до начала фильтрационной консолидации; осадке sf.c,обусловленной фильтрационной консолидацией, и осадке scr , развивающейся вследствие ползучести грунта. Осадку, развивающуюся после фильтрационной консолидации, обычно называют осадкой вторичной консолидации. Фактически деформации ползучести, развивающиеся с момента приложения нагрузки, составляют небольшую долю sf.c в период развития фильтрационной консолидации, поэтому их можно не выделять.

Рис. 5.13. Кривые нарастания деформаций (осадок) во времени

Начальную (преимущественно упругую) осадку можно найти по графику, построенному в координатах s и √t (рис. 5.13, б). Нарастание во времени относительной деформации неводонасыщенных грунтов может быть, как считает Н. А. Цытович, установлено по теории наследственной ползучести. В таком случае уравнение напряженно-деформированного состояния грунтов при затухающей ползучести и при непрерывном одноосном загружении или одномерном уплотнении различным давлением (переменным или постоянным) в момент времени tбудет иметь вид

где Eel – мгновенный модуль деформации скелета грунта; σ(t)и σ(t0) – напряжения, развивающиеся соответственно к моментам времени t и t0; t – текущая координата времени; t0 – момент времени, соответствующий приложению нагрузки, вызывающей напряжение σ(t0), которое действует в течение отрезка времени dt0.

где ∙(t–t0) – ядро ползучести, характеризующее скорость деформации ползучести при постоянном напряжении, отнесенную к его единице.

Уравнение (5.14) свидетельствует о зависимости полной деформации скелета грунта, обладающего ползучестью, не только от напряженного состояния, но и от предыстории нагружения в момент времени t0. Этим обусловлено название теории – теория наследственной ползучести.

Ядро ползучести для дисперсных грунтов часто представляют в виде простейшей зависимости, подтверждаемой экспериментами:

где δ и δ1 – параметры ползучести, определяемые по результатам опытов.

Для нахождений δ1 после окончания фильтрационной консолидации (начиная с момента времениtf.c)строят графическую зависимость, показанную на рис. 5.14, где – скорость осадки;
р – давление; h – толщина деформирующегося слоя. Эта зависимость имеет вид прямой линии. Тангенс угла наклона ее к абсциссе и будет δ1:

Параметр ползучести δ можно определить по формуле

где – коэффициент относительной сжимаемости вследствие ползучести грунта, определяемый на конец опыта; – коэффициент относительной сжимаемости вследствие упругих деформаций образца и фильтрационной консолидации.

Величину находят по формуле

где – коэффициент относительной сжимаемости в период упругих деформаций;
– коэффициент относительной сжимаемости за период фильтрационной консолидации.

Когда деформации ползучести в период фильтрационной консолидации можно считать незначительными,

здесь Sel и Sf.с определяются по графику (см. рис. 5.13); h – высота образца;
р – приложенное давление.

Значение устанавливают по формуле

где – коэффициент относительной сжимаемости грунта при условной стабилизации образца грунта за период времени ten (на конец опыта).

Таким образом, по результатам экспериментов определяют все параметры, необходимые для нахождения относительной деформации ползучести однофазного грунта, что дает возможность составлять прогноз деформаций ползучести грунтов.

В двухфазных грунтах одновременно развиваются деформации ползучести, фильтрационной консолидации и изменения объема пузырьков воздуха в поровой воде по мере изменения в ней давления. Решения для ряда таких задач освещены в трудах Н. А. Цытовича, Ю. К. Зарецкого, З. Т. Тер-Мартиросяна и др.

Однако при приближенных расчетах осадки во времени относительно хорошо фильтрующих грунтов (суглинков или глин с прослоями песка) используют раздельное определение развития осадок во времени в результате сжатия поровой воды, фильтрационной консолидации и ползучести с применением графика развития деформаций во времени (см. рис. 5.13). В таком случае кривую нарастания осадки во времени в период деформаций ползучести заменяют прямой, начиная от точки D.

Меры борьбы с оползнями.

При проверке устойчивостиестественного оползневого участка грунта (берег реки или моря, горный склон и пр.), если коэффициент устойчивости оказывается близким к единице, необходимо предусмотреть меры, увеличивающие устойчивость массива грунта. Вследствие чрезвычайного разнообразия природных условий, обусловливающих оползневые явления, мероприятия по борьбе с оползнями могут быть различными. Часто для увеличения устойчивости того или иного оползневого участка применяют ряд весьма дорогостоящих технических мероприятий, которые, однако, не всегда дают должный эффект. Объясняется это обстоятельство главным образом неизученностью причин возникновения оползней на данном участке: отсутствием данных глубокого бурения, съемки оползневого участка, данных о физико-механических свойствах грунтов и пр., причем мероприятия по укреплению оползневой зоны проектируются без проверки их геотехническими расчетами. Такое положение дела следует признать недопустимым. Для составления проекта противооползневых мероприятий прежде всего необходимо подробно обследовать оползневой участок и установить причины, вызывающие оползень.

При обследовании должны быть выполнены следующие работы: топографическая съемка оползня (план в горизонталях с достаточным числом поперечных и продольных профилей), бурение на глубину, превышающую мощность оползающего клина грунта, полевые и лабораторные исследования грунтов (объемный вес, влажность, удельный вес, коэффициент внутреннего трения и сцепление) для всех характерных слоев; при этом существенное значение имеет правильный выбор величины расчетных характеристик грунтов. На основании результатов обследования грунтов оползневого участка составляются расчетные профили оползня, по которым и проверяется устойчивость массива. Если устойчивость массива недостаточна, то составляют проект противооползневых мероприятий, причем эффективность основных мероприятий (например, уположивание откосов, понижение уровня грунтовых вод, устройство подпорных стен и пр.) проверяется расчетом массива на устойчивость. Одним из самых существенных вопросов при исследовании оползневых процессов является вопрос о гидрогеологических условиях оползневого участка, а при разработке мер борьбы с оползнями — регулирование их водного режима. Необходимо отметить следующие общие мероприятия по борьбе с оползнями, применение которых в каждом частном случае должно быть увязано с местными геологическими условиями и обосновано соответствующими геотехническими расчетами.

Устранение причин, нарушающих естественную опору массива грунта. Причиной оползневых явлений часто являются размывы берегов, уничтожение естественного упора при рытье выемок и пр. В этих случаях могут быть полезны мероприятия по укреплению берегов, волноотбойные сооружения, устройство подпорных стен, прошивка оползневого участка сваями и пр.

Осушение оползневого участка.

Это мероприятие является наиболее распространенным при борьбе с оползнями. Осушение может быть осуществлено как поверхностным отводом воды, так и путем устройства глубокого дренажа (дренажные галереи, дренаж из керамиковых или бетонных труб, вертикальный дренаж в глинах, воздушный дренаж с естественной или искусственной вентиляцией и лр.), а также путем совместного применения обеих систем водоотвода.

Регулирование естественных водотоков, улучшающее устойчивость массивов грунта, (непосредственно соприкасающихся с водотоками. Регулировать можно как постоянные водотоки (ручьи, реки), так и временные, образующиеся в период выпадения сильных дождей.

Уменьшение градиента нагрузок.

Выбор угла откоса осуществляется на основании расчетов устойчивости, причем расчеты будут давать реальные результаты лишь в случае использования экспериментально найденных величин: объемного веса и коэффициентов трения и сцепления грунта.

Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии. — М.: Гостоптехиздат . Составитель: А. А. Маккавеев, редактор О. К. Ланге . 1961 .

Смотреть что такое "ПОЛЗУЧЕСТЬ ГРУНТА" в других словарях:

Ползучесть грунта — Ползучесть грунта: процесс длительного деформирования грунта во времени под действием постоянной нагрузки. Источник: СП 23.13330.2011. Свод правил. Основания гидротехнических сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.02 85 (утв. Приказом … Официальная терминология

ползучесть грунта — 3.13 ползучесть грунта: Процесс длительного деформирования грунта во времени под действием постоянной нагрузки. Источник: СП 23.13330.2011: Основания гидротехнических сооружений … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ПОЛЗУЧЕСТЬ ГРУНТА — деформирование во времени минер. скелета грунта при действующем на него неизменном давлении. Св во ползучести проявляется гл. обр. у глинистых грунтов … Большой энциклопедический политехнический словарь

Ползучесть — развитие деформаций грунта во времени при неизменном напряжении. Источник: ГОСТ 12248 96: Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ДЛИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ ГРУНТА — свойство некоторых грунтов, испытавших в течение длительного времени ползучесть (см.), снижать прочность и разрушаться при меньших напряжениях, чем в случае внезапного приложения нагрузки … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

СП 23.13330.2011: Основания гидротехнических сооружений — Терминология СП 23.13330.2011: Основания гидротехнических сооружений: 3.1 грунт: Породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многофазную геологическую среду и являющиеся объектом инженерно хозяйственной… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

метод — метод: Метод косвенного измерения влажности веществ, основанный на зависимости диэлектрической проницаемости этих веществ от их влажности. Источник: РМГ 75 2004: Государственная система обеспечения еди … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Метод одноосного сжатия — 6.3 Метод одноосного сжатия 6.3.1 Сущность метода 6.3.1.1 Испытание мерзлого грунта методом одноосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: предела прочности на одноосное сжатие Rс, Rос, модуля… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

В механике грунтов под реологическими понимают процессы деформирования скелета грунта, протекающие во времени. Развитие во времени объемных деформаций в водонасыщенных грунтах в значительной мере определяется процессом отжатия или всасывания воды при изменении объема их пор. Развитие таких деформаций грунтов, определяемых только длительностью фильтрации воды, не относят к категории реологических. К чисто реологическим следует относить только протекающие во времени деформации самого скелета грунта в условиях практического отсутствия сопротивления воды или газа изменению объема пор грунта. В глинистых грунтах реологические процессы обусловлены вязкими связями между частицами скелета грунта.

Основные явления, определяющие реологические свойства грунтов: ползучесть грунта, релаксация и длительная прочность. Под ползучестью понимают деформируемость скелета грунта во времени при постоянной нагрузке. Релаксацией называют процесс расслабления (уменьшения) напряжений в грунтах при заданной неизменной деформации. Длительная прочность — прочность грунтов при длительном действии на них нагрузки.

Как показали многочисленные эксперименты, в частности С. Р. Мес- чяна, кривые ползучести большинства грунтов удовлетворительно описываются уравнением

[image]

где второй член отвечает мгновенному изменению коэффициента пористости, а третий — изменению коэффициента пористости во времени, т. е. собственно ползучести грунта. Коэффициент а0 можно назвать коэффициентом мгновенного уплотнения, а аг и ^ являются параметрами ползучести. Опытами также подтверждено подобие кривых ползучести грунта при разных постоянных напряжениях а (рис. 1.45), что и заложено в уравнение (1.38).

Чем меньше величина тем медленнее развиваются деформации ползучести. При вся

деформация становится мгновенной и уравнение (1.38), учитывая, что при этом а = а0 + аъ превращается в уравнение (1.27) спрямленной компрессионной кривой (рис. 1.45). Возможность использования уравнения (1.38) определяет применимость к грунтам теории линейной ^наследственной ползучести (см. § 8.5).

Широкие экспериментальные исследования ползучести грунтов с испытанием некоторых образцов более десятка лет проводились С. Р. Месчяном. Развитие реологии грунтов во многом обязано работам С. С. Вялова, Н. Н. Маслова, М. Н. Гольдштейна, Г. И. Тер- Степаняна, Ю. К. Зарецкого, А. Я. Будина и др.

Все грунты обладают свойством ползучести, но наиболее ярко они проявляются в глинистых грунтах. В результате этого у сооружений, возводимых на таких грунтах, наблюдаются осадки, продолжающиеся десятками лет. Менее существенны деформации ползучести в песчаных грунтах, но плотины из каменной наброски деформируются годами. Природа ползучести в таких грунтах иная, хотя внешние проявления одинаковы — длительная деформация во времени. В крупнообломочных остроугольных грунтах разрушаются контакты, срезаются углы наиболее напряженных частиц, в результате происходит перестройка структуры и возникают большие напряжения в других частицах, затем их излом и т. д.

Характеристики ползучести аъ У] определяются из результатов специальных длительных компрессионных испытаний грунтов с обязательным контролем порового давления.

Ползучесть грунтов при сдвиге. Развитие сдвиговых деформаций ползучести можно исследовать на сдвиговых приборах при постоянных горизонтальных нагрузках, меньших предельных. Для этого больше подходят приборы кольцевого сдвига (см. рис. 1.19, а), позволяющие осуществлять неограниченные смещения без изменения площади образца в зоне фиксированной поверхности сдвига.

Развитие деформаций сдвига в зависимости от приложенных ка
сательных напряжений имеет характер, приведенный на рис. 1.46. На них можно выделить участок мгновенной деформации (ОА), затем обязательный период уменьшения скорости развития деформации, т. е. стадию неустановившейся — затухающей ползучести [АВ). При малых касательных напряжениях т вся кривая ползучести является затухающей, а при их увеличении т' стадия затухающей ползучести переходит к развитию деформаций с постоянной скоростью, т. е. в

Рис. 1.46. Развитие горизонтальных смещений 5Х в зависимости от величины постоянных касательных напряжений т в сдвиговых приборах

Рис. 1.47. Кривая длительной прочности

стадию установившейся ползучести (ВС). Установившаяся ползучесть может привести к началу ускоренного деформирования (стадия прогрессирующего течения) и разрушению образца (при %" и на рис. 1.46). Такой характер ползучести глинистого грунта при сдвиге объясняется перестройкой структуры грунта с разрушением существующих и образованием новых структурных связей, а также образованием микротрещин (дефектов), с последующим частичным их закрытием, или, наоборот, развитием (М. Н. Гольдштейн, С. С. Вялов, Ю. К. Зарецкий, С. С. Бабицкая, А. Я- Туровская и др.).

На стадии неустановившейся затухающей ползучести разрушаются хрупкие связи, но закрываются некоторые микротрещины и в результате последующего сближения частиц возникает большое число новых вязких водно-коллоидных связей, и скорость нарастания деформации сдвига уменьшается. В период установившейся ползу- '.ести продолжающие разрушаться хрупкие и вязкие связи полностью компенсируются образующимися новыми водно-коллоидными и молекулярными связями, но одновременно происходит перестройка структуры грунта. Например, чешуйчатые глинистые частицы, до деформации грунта располагавшиеся поперек плоскости сдвига, начинают все больше укладываться своими плоскостями параллельно направлению сдвига. Такая структура грунта меньше сопротивляется внешним усилиям и поэтому развивается стадия прогрессирующего течения, переходящая в разрушение.

Чем больше т, тем за более короткий период установившаяся ползучесть грунта переходит в стадию прогрессирующего течения и раз
рушения (рис. 1.46, случай т" и г'"). Проводя опыты с все меньшими нагрузками, можно достигнуть такого т, при котором в условиях даже очень длительного испытания не наблюдается перехода к разрушению.

В результате испытаний грунта можно построить график длительной прочности (рис. 1.47). На нем длительная прочность соответствует напряжению, при котором разрушение материала произойдет к заданному моменту I. Длительная прочность с течением времени снижается. Прочность при бесконечно большой продолжительности действия нагрузки называют пределом длительной прочности (т,:Х1 на рис. 1.47). Наибольшая прочность отвечает моменту I = 0 и может быть условно названа мгновенной прочностью. Прочность (рис. 1.47), получаемую при обычных относительно кратковременных лабораторных исследованиях грунта, обычно называют стандартной тс.

Явления релаксации напряжений. Имеют ту же природу, что и описанные выше явления ползучести. Если задать грунту быстрым загружением ст некоторую деформацию и закрепить его в этом состоянии так, чтобы деформация не менялась — сохранялась постоянной, то с течением времени в грунте уменьшаются напряжения. В результате получается кривая уменьшения напряжений во времени (рис. 1.48) обычно с сохраняющейся частью напряжений даже в течение очень длительного времени ст - Процесс уменьшения напряжений определяется внутренней медленной перестройкой структуры грунта с преодолением прочности хрупких и вязких связей между частицами и созданием новых. Учитывая единую природу реологических механических свойств грунтов, имеются предложения по данным испытаний на релаксацию оценивать ползучесть и длительную прочность грунтов (С. С. Вялов, Н. А. Цытович и др.).

Установившаяся, незатухающая ползучесть грунтов при сдвиге ярко проявляется в природе. Имеются многочисленные примеры медленного, но постоянного движения пологих склонов, сложенных глинистыми грунтами. Так, некоторые участки откосов Волго-Балтий- ского канала ежегодно смещаются на 0,5. 1 м, и в канале приходится проводить систематические дноуглубительные работы. Портовые набережные на Черном море при скорости смещения около 1 см в год сместились в сторону моря за 70. 100 лет на 50. 80 см. Следует подчеркнуть, что эти откосы и набережные исходя из критерия стандартной прочности являются устойчивыми, причем со значительными запасами.

Методы проектирования и строительства подпорных или откосных сооружений в грунтах с ярко выраженными свойствами ползучести при сдвиге могут быть направлены по двум путям. Первый — не допускать возникновения ощутимых деформаций ползучести, что требует очень большого уположения откосов и создания тяжелых или глубоко заложенных подпорных сооружений. Второй путь, развиваемый в последние годы (А. Я- Будин), — это проектирование сравнительно легких сооружений в предположении развития деформаций ползучести исходя из допустимых смещений в течение заданного срока существования сооружения или, например, для портовых соору
жений заданного срока межремонтного периода. Этот путь, как~шра- вило, оказывается экономически более оправданным.

Для некоторых глин предел длительной прочности снижается до 30% стандартной прочности. Учет при проектировании длительной прочности грунта и в особенности предела длительной прочности по сравнению со стандартной приводит к необходимости создания более дорогих материалоемких сооружений. Поэтому следует обязательно учитывать, что при возведении сооружений одновременно происходят два противоположно направленных процесса. Грунт под возникшей новой нагрузкой со временем уплотняется, т. е. упрочняется, а в случае развития деформации установившейся ползучести одновременно стремится разупрочниться. В большинстве случаев процесс упрочнения оказывается определяющим. Особенно ярко прояв- лются процессы уплотнения — упрочнения в слабых грунтах. Кроме того, при обоснованном учете длительной прочности благодаря уточнению расчетных характеристик и процессов необходимо переходить на сниженные коэффициенты запаса устойчивости сооружений (см. § 7.2).

Читайте также: