Реологические свойства грунтов и их учет - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Реологических свойств полимеров 1 196.35kb.
Ключевые слова 1 40.82kb.
Конспект лекций по курсу «бухгалтерский учет» 31 2077.64kb.
Совершенствование методов расчета просадочных деформаций 1 53.37kb.
Заочное обучение учет и анализ банкротств 1 347.26kb.
Оценка устойчивости закрепленных грунтов в условиях техногенного... 1 48.85kb.
Актуальность применения нового оборудования для полевых испытаний... 1 65.96kb.
Условия формирования и специфические свойства аргиллитоподобных глин... 1 46.23kb.
1. Управленческий учет система внутренней информации Управленческий... 1 342.37kb.
Бухгалтерский учет и отчетность в небанковской сфере 1 16.76kb.
Учет доходов и расходов от продажи товаров в розницу 1 199.2kb.
Заместитель Министра 1 260.28kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Реологические свойства грунтов и их учет - страница №1/6

ГЛАВА 10
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ И ИХ УЧЕТ
10.1. Сущность реологических явлений в грунтах
Область науки, рассматривающая изменения во времени напряженно-деформированного состояния различных материалов, называется реологией. Основные явления, определяющие реологические свойства грунтов, – ползучесть, релаксация и длительная прочность.

Под ползучестью понимается деформируемость скелета грунта во времени. Релаксация – уменьшение напряжений в грунте при некоторой фиксированной деформации. Длительная прочность – прочность грунта при длительном действии нагрузки [36].

Все эти явления имеют единую физическую природу. Деформирование грунта всегда связано с взаимными смещениями частиц, развитием процессов разрушения одних связей между ними и возникновением других. В зависимости от преобладания того или иного процесса изменяется характер деформирования во времени. Более сложным и ярко выраженным он будет у глинистых грунтов, обладающих как обратимыми водно-коллоидными, так и хрупкими цементационными структурными связями.

У несвязных песчаных грунтов, частицы которых взаимодействуют главным образом посредством трения, реологические процессы проявляются в меньшей степени, хотя иногда, особенно для мелких и пылеватых песков, их также нужно учитывать.

При изучении реологических свойств грунтов выявлены случаи аварийного деформирования сооружений после некоторого, иногда длительного периода их нормальной работы. При этом сооружения были запроектированы со значительными коэффициентами запаса. В литературе описаны случаи длительного нарастания осадок оснований зданий, воспринимающих главным образом вертикальные нагрузки. Еще чаще встречаются длительные смещения подпорных стен, устоев мостов, зданий и сооружений на склонах; известны случаи медленных длительных смещений (течения) даже пологих склонов.

В настоящее время проектирование оснований часто ведется без учета фактора времени. Косвенно он учитывается введением коэффициентов к нагрузкам и показателям свойств грунтов, а также общего коэффициента надежности (запаса). При таком подходе важно иметь представление о реологических свойствах грунтов.

Область расчетов и проектирования с явным учетом фактора времени расширяется, что отмечено и в действующих нормах. При таком подходе становится необходимой количественная оценка реологических свойств грунтов соответствующими зависимостями и показателями.

10.2. Экспериментальные данные о реологических

свойствах грунтов
В рассмотренной ранее схеме работы основания фундамента (см. рис.6.2) учитывались общие деформации и осадки при данной нагрузке без учета характера их нарастания во времени. Представим теперь, что для каждой ступени нагрузки фиксируется развитие осадки во времени. При этом в зависимости от общей нагрузки возможны следующие случаи (рис.10.1) [38].

Рис.10.1 - Развитие осадки во времени при различных нагрузках


  1. При небольших нагрузках кривые зависимости

осадки от времени быстро выполаживаются, т.е. скорость нарастания осадки уменьшается, приближаясь к нулю: .
2) При росте нагрузки в пределах кривая вначале имеет такой же характер, как в предыдущем случае, но затем скорость нарастания осадки становится постоянной (), т.е. зависимость будет линейной.

3) При еще больших суммарных нагрузках кривая включает участки первого (ав) и второго (вс) типов, а затем интенсивность нарастания осадки резко увеличивается (), что соответствует переходу основания в стадию разрушения.

Во всех трех случаях имеет место некоторая начальная осадка , протекающая довольно быстро по отношению ко всему времени деформации. Ее называют условно-мгновенной, она зависит от величины нагрузки.

Если основание сложено водонасыщенным грунтом, то основной причиной развития деформаций во времени после приложения нагрузки является фильтрация воды в порах под действием возникающей разности напоров. Она приводит также к перемещениям твердых частиц – скелета грунта, что уже связано с проявлением их реологических свойств.

Но деформации ползучести, оказывая влияние на фильтрационную консолидацию, продолжаются и после ее окончания, когда давление в порах грунта рассеивается. Поэтому для водонасыщенных грунтов показанные на рис.10.1 осадки обусловлены эффектом консолидации фильтрационной (первичной) и вторичной, связанной только с деформациями ползучести "в чистом виде". Важно, что и для последних три указанных и проиллюстрированных на рис.10.1 случая имеют место. Они имеют названия, соответственно ползучести затухающей, установившейся и незатухающей или прогрессирующего течения, при которой .

Рассмотрим основные установленные опытами закономерности деформаций ползучести при сжатии и сдвиге.

Ползучесть грунтов при сжатии проще всего изучать компрессионными испытаниями тонких образцов неводонасыщенных глинистых грунтов. Возникающее при этом поровое давление малое и проявляются свойства ползучести скелета грунта. Быстро протекающую часть деформации относят к мгновенной, а остальную к деформации ползучести. Обычно испытывают несколько одинаковых образцов, нагружая их различными не изменяющимися во времени нагрузками. В зависимости от свойств грунта длительность опытов может исчисляться неделями, месяцами и даже годами (рис.10.2).

Рис.10.2 - Кривые ползучести суглинка


Ползучесть при таких испытаниях, как и при всестороннем (гидростатическом) сжатии, всегда затухающая. Как показали многочисленные эксперименты [35, 36], кривые ползучести удовлетворительно описываются уравнением
, (10.1)
где - начальный коэффициент пористости; - коэффициент мгновенной сжимаемости; - коэффициент сжимаемости во времени с учетом ползучести; - параметр ползучести.

Выражение (10.1) можно записать для деформации:


. (10.2)
Из (10.2) видно, что при получаем мгновенную деформацию:
. (10.3)
Чем меньше значение параметра , тем медленнее развиваются деформации ползучести. При значениях имеем
, (10.4)
т.е. выражение для обычной спрямленной компрессионной кривой с коэффициентом сжимаемости . Оно справедливо также для закончившейся (стабилизированной) деформации при и любом значении параметра ползучести.

Из (10.2) следует, что если построить графики ползучести неводонасыщенного грунта в полулогарифмической системе координат "" при различных давлениях , то будет получена серия прямых с разным наклоном (рис.10.3).

Следовательно, полученные зависимости для деформаций ползучести можно описать уравнением вида
, (10.5)

где - параметр ползучести, рассчитываемый по прямой при данном давлении. Например, при из рис.10.3 имеем



. (10.6)

Для водонасыщенных глинистых грунтов деформации ползучести





Рис.10.3 - Представление кривых для ползучести в полулогарифмических координатах

развиваются главным образом после окончания фильтрационной консолидации. Объективно его можно установить, фиксируя степень рассеивания порового давления или рассматривая изменение скоростей деформаций. Нужно также отделить начальную или мгновенную деформацию от фильтрационной, т.е. установить момент начала фильтрационной консолидации.

Для решения этих задач можно использовать графические приемы Тейлора – для определения деформации, соответствующей началу фильтрационной консолидации, и Казагранде– для определения време-



ни окончания фильтрационной консолидации и соответствующей деформации. Приемы эти исходят из анализа экспериментов и основаны на представлении результатов опыта в координатах "" и "" (рис.10.4).

Параметр ползучести определяется аналогично (10.6) для участка вторичной консолидации:


, (10.7)
где - время окончания фильтрационной консолидации.


Рис.10.4 - Представление графика консолидации водонасыщенного грунта: а – определение ; б – определение и

Рассмотрим ползучесть при сдвиге и связанную с ней длительную прочность грунтов. Как и при сжатии, в момент приложения нагрузки (здесь постоянных касательных напряжений) отмечается быстрое нарастание деформации сдвига, рассматриваемой как условно-мгновенная; далее идет медленное нарастание деформации ползучести.

В зависимости от величины приложенных касательных напряжений для сдвига также может иметь место затухающая, установившаяся и прогрессирующая ползучесть. Действительно, пока напряжение малое, скорость деформации уменьшается, стремясь к нулю (рис.10.5, а, напряжение ). При некотором напряжении затухающая ползучесть переходит в установившуюся, а при еще большем установившаяся ползучесть при переходит в прогрессирующую, что приводит к разрушению грунта. Чем больше напряжение, тем быстрее наступает разрушение.

По опытным данным такого типа можно построить график зависимости разрушающих касательных напряжений от времени (рис.10.5, б). Этот график называется кривой длительной прочности грунта. Асимптотическое значение , к которому приближается кривая при , называют предельно длительной прочностью грунта (или пределом длительной прочности).

Прочность, получаемую при обычных относительно кратковременных лабораторных испытаниях, называют стандартной; она близка к условно-мгновенной прочности.

а б


Рис.10.5 - Ползучесть при сдвиге (а)

и кривая длительной прочности (б)




Рис.10.6 - Кривая релаксации



Остановимся еще на явлении релаксации напряжений. Если быстрым загружением придать образцу грунта некоторую деформацию и закрепить его в таком состоянии, чтобы деформация не изменялась, то с течением времени напряжения в грунте уменьшаются. Процесс уменьшения (расслабления) напряжений обусловлен медленной внутренней перестройкой сложения грунта с разрушением одних связей и

возникновением других, т.е. релаксация имеет ту же природу, что и ползучесть.

По результатам опыта можно построить кривую уменьшения напряжения во времени (рис.10.6), причем некоторая часть первоначального (мгновенного) напряжения сохраняется в течение очень длительного времени.


10.3. Реологические модели
Для наглядного выявления и описания закономерностей ползучести удобно использовать реологические модели. Они применяются также для вывода соотношений, связывающих напряжения, деформации и их скорости. Такие соотношения называются уравнениями состояния.

следующая страница >>



Выходя из себя, не хлопай словами. Мариан Карчмарчик
ещё >>