РЕОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТІВ

Практично всі грунти зазнають в часі ті чи інші напруги, під дією яких вони ущільнюються або разуплотняются, зсуваються, руйнуються, змінюють обсяг або форму.

Реологія - наука про механічне поведінці тел в часі при дії на них напружень. Термін реологія (від грец. "Rheos" - протягом) на початку становлення цієї науки означав вчення про перебіг в'язкої речовини. Потім ефект повільного перебігу був виявлений і в твердих тілах (металах, пластмасах та ін.), І це явище стало називатися ползучестью. Теорія повзучості увійшла складовою частиною в механіку твердого тіла. У міру свого розвитку обидві науки - реологія і теорія повзучості - все ближче з'єднувалися, і зараз реологию слід розглядати як науку про зміни в часі напружено-деформованого стану будь-якої суцільного середовища [12].

Реологія ґрунтів є розділ механіки грунтів, що вивчає механічну поведінку грунтів у часі при дії на них напружень. Дослідження реологічних властивостей ґрунтів слід проводити за спеціально розробленими програмами за допомогою тривалих випробувань методом тривісного стиску. У реологию немерзлих грунтів великий внесок внесли А. Бішоп, Р.Е. Дашко, Р.С. Зіангіров, М.Н. Гольдштейн, В.А. Корольов. М.М. Маслов, С.Р. Месчян, Дж. Мітчелл, А. Скемптон, Г.І. Тер-Степанян, М.М. Хархута і ін., В реологию мерзлих грунтів - С.С. В'ялов,

С.Є. Гречища, Л.Т. Роман, Н.А. Цитовіч і ін.

Реологічні процеси в грунті проявляються у вигляді:

  • повзучості , т. Е. Розвитку деформацій у часі;
  • релаксації , т. Е. Зменшення напружень, необхідних для підтримки постійної деформації;
  • тривалої міцності , т. Е. Зниження в часі опору грунту руйнуванню.

Повзучістю називається процес розвитку деформацій (осьових або поздовжніх, зсувних у або об'ємних e v ) в часі (/) при дії постійної напруги (відповідно, нормального а, дотичного г або всебічного про у ). Відповідно до зазначених діючими напруженнями розрізняють осьову або поздовжнє повзучість (при одноосьовому стисканні або розтягуванні уздовж осі 2 або л> 0, повзучість при зсуві і об'ємну повзучість.

Осьової ползучестью називається розвиток в грунті осьових (поздовжніх) деформацій у часі в умовах одноосного розтягу або стиску, при цьому обсяг грунту практично не змінюється, а змінюється лише його форма. Осьова повзучість є нелінійної і описується нелінійними функціями виду або

Об'ємної ползучестью називається розвиток в часі об'ємних деформацій (з у ) грунту, що виникають в загальному випадку під дією середніх ефективних напружень по головних осях.

Повзучість при зсуві являє собою процес деформації зсуву в часі, що відбувається при постійному обсязі грунту. Загальні закономірності і вид кривих повзучості при зсуві багато в чому схожі е кривими осьової повзучості і принципово відрізняються від розвитку об'ємних деформацій, розвиток яких носить затухаючий характер, а зсувних - прогресуючий [50].

Основними параметрами повзучості є швидкість деформування і в'язкість.

Ставлення зміни деформації повзучості до часу називає ™ швидкістю повзучості (v), відповідно виділяють швидкості осьової сдвиговой image271 або об'ємної повзучості. Для рідин характерна майже пряма залежність між швидкістю деформацій і напругою, а у ідеальної рідини вона пряма (рис. 8.8, а).

Мал. 8.8. Реологічні криві:

а і б - ідеальної рідини, в і г - жідкообразних тел. д і е - твердообразноє тел [50]

Розвиток швидкості деформацій при збільшенні напруги у різних фізичних тіл, включаючи і грунти, відбувається по-різному і визначається особливостями їх внутрішнього тертя - в'язкістю. В'язкість грунту (або коефіцієнт динамічної в'язкості) в системі СІ вимірюється в Н с / м, або Пз (пуаз) - 1 Пз = 0,1 Н с / м ', а в системі СГС - в г / см с. Величина, зворотна в'язкості, називається плинністю: j = 1 / η. Поряд з динамічною в'язкістю іноді розглядається кінематична в'язкість де р - щільність грунту. Одиницями кінематичної в'язкості служать м / с, раніше використовувалися Стокс (1 Стокс = 1-10 V / е). У ньютоновских рідин в'язкість (//) постійна і визначається зі співвідношення

Розвиток повзучості грунту в часі відбувається в одну або кілька стадій.

Загасаюча, або обмежена, повзучість відбувається з зменшується швидкістю деформування, яка з плином часу падає до нуля і включає тільки одну стадію (рис. 8.9, б, крива 1).

Незатухаюче повзучість - процес деформування грунту з постійною або зростаючою швидкістю при постійній напрузі, включає в себе три стадії (рис. 8.9,6, крива 2) [12]:

I - стадія несталої повзучості з зменшується швидкістю (ділянка 0-л);

II - стадія усталеного вязкопластіческого течії з приблизно постійною швидкістю деформування (ділянка п-m);

III - стадія прогресуючого перебігу з

зростаючою швидкістю, що призводить до крихкого або грузлому руйнування (ділянка mj).

Умовно-миттєві деформації - це деформації пружні або упругопластические; де формації першої несталої стадії повзучості - упругопластічновязкіе; деформації другої усталеною стадії і третьої прогресуючій стадії переважно пластічновязкіе.

image275

Мал. 8.9. Стадії осьової повзучості [12]:

- а - зміна напруг про в часі t: б - крива розвитку в часі деформацій повзучості; в - крива зміни швидкості деформацій повзучості грунту в часі

На кривих незгасаючої повзучості і зміни її швидкості відповідно виділяють гри характерні точки: точку п переходу зі стадії I в стадію II і відповідні їй значення / "і v", точку т переходу зі стадії II в стадію III і відповідні їй значення /, "і v ", і точку / визначальну момент руйнування грунту, і відповідне їй значення tf.

Точка /, "є критичною по міцності, оскільки визначає початок III руйнує стадії. Точка / "відповідає початку пластічновязкого течії, визначаючи межу плинності. Точка // відповідає повного вичерпання опору грунту навантажень і руйнування.

Об'ємна повзучість завжди має затухаючий характер, осьова і зсувна повзучості можуть мати всі три стадії в залежності від умов деформування грунту.

У жідкообразних тел (включаючи сільновлажние глини, мули та ін.) Залежність швидкості деформації від напруги зсуву є нелінійної (рис. 8.8, в), а в'язкість - непостійною і тому називається структурної. Для таких грунтів характерні два значення в'язкості - найбільше (// о) і найменше (// ",), а також два граничних значення напруги зсуву (рис. 8.8, г) - г 0 і г" "визначають перехід від незруйнованої до гранично зруйнованої структурі даного тіла.

У твердообразноє тел , до складу яких входить більшість грунтів, включаючи скельні, залежність швидкості деформації від напруги зсуву так само є нелінійної, а саме протягом починається лише при подоланні деякого граничного напруження зсуву, званого умовним статичним межею плинності і збігається з межею пружності (рис. 8.8 , д). При г <г * | грунт деформується пружно і має необмежено велику в'язкість; при г> г * и починається повільна повзучість з зменшується ефективної в'язкістю; при г> г * и повзучість переходить протягом зі зростаючою швидкістю і при г * | процес завершується руйнуванням структури грунту з найменшою структурною в'язкістю t] m (рис. 8.8, е). величина т до 2 називається умовним динамічним межею плинності.

Релаксацією напружень в грунті називається процес зміни (зменшення) напружень в часі при збереженні постійної деформації. Цей процес є наслідком перерозподілу пружною і пластичної деформації в грунті. Суть процесу полягає в тому, що при випробуванні зразка під постійним навантаженням відбувається його деформація в часі. Щоб в будь-який момент часу деформація призупинилася і її величина не змінилася, потрібно поступово зменшувати прикладену навантаження. Такий процес моделює явище релаксації напружень.

Довготривалу міцність називається межа міцності грунту при відповідній тривалості дії навантаження. Розрізняють миттєву (умовно-миттєву) міцність, відповідну миттєвому руйнуванню при швидкому навантаженні, і гранично-тривалу міцність , до перевищення якої незатухаюче повзучість не розвивається і руйнування не відбувається. Тривала міцність істотно нижче "миттєвої міцності", яка визначається при короткочасному впливі навантаження. Це явище тісно пов'язане з ползучестью і релаксацією напружень. Як зазначалося вище, розвиток прогресуючої повзучості зі зростаючою швидкістю закінчується крихким або в'язким руйнуванням грунту. Тому тривалий руйнування грунту відбувається при напрузі, величина якого може бути менше значення міцності при короткочасному навантаженні. При цьому, чим менше прикладена напруга, тим за більш тривалий проміжок часу відбувається руйнування грунту, і навпаки. З довготривалу міцність тісно пов'язане і таке поняття, як довговічність грунту (I) - час від моменту прикладання навантаження до грунту до моменту його руйнування. Чим більша напруга, тим менше довговічність грунту, і навпаки [12].

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >