Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ существующих методов расчета прочности и деформируемости глинистых грунтов при длительном статическом нагружении и результатов экспериментальных исследований
1.1. Особенности структуры и физические свойства глинистых грунтов
1.2. Прочность и деформируемость глинистых грунтов при длительных статических нагружениях
1.3. Анализ существующих методов расчета деформации глинистых грунтов при длительных статических нагружениях
1.4. Анализ существующих методов расчета прочности глинистых грунтов при длительных статических нагружениях
1.5. Анализ существующих методов расчета несущей способности оснований глинистых грунтов при статических нагружениях
1.6. Анализ существующих методов расчета осадок оснований глинистых грунтов при статических нагружениях
1.7. Анализ существующих приборов для проведения длительных испытаний
1.8. Выводы к главе 1
ГЛАВА 2 Методика проведения экспериментальных исследований
2.1.Программа исследований
2.2.Методика приготовления образцов и исследуемого грунта
2.2.1. Характеристики грунта (искусственно приготовленного)
2.2.2 Методика приготовления образцов
2.3. Оборудование и приборы для проведения экспериментальных исследований
2.4. Методика проведения экспериментальных исследований
2.4.1. Методика проведения трехосных испытаний
2.4.2. Методика проведения дополнительных испытаний 58
2.4.3. Методика проведения лотковых испытаний 59
2.5. Методика обработки результатов экспериментальных исследований 62
ГЛАВА 3 Результаты экспериментальных исследований 65
3.1. Общие сведения. Цели и задачи экспериментальных исследований 65
3.2. Развитие деформации глинистых грунтов при трехосном статическом нагружении 67
3.2.1. Развитие деформации глинистых грунтов при кратковременном трехосном статическом нагружении 67
3.2.2. Развитие деформации глинистых грунтов при длительном трехосном статическом нагружении 71
3.3. Характер разрушения и прочность образца при трехосном статическом нагружении 85
3.4. Модули деформации при трехосном сжатии 92
3.5. Дополнительные экспериментальные исследования 99
3.5.1. Прочность и деформируемость глинистых грунтов в условиях одноосного сжатия при кратковременном режимном нагружении 99
3.5.2. Прочность и деформируемость глинистых грунтов в условиях кратковременного одноосного сжатия при различном времени выдержки образца в форме 101
3.5.3. Прочность и деформируемость глинистых грунтов в условиях трехосного сжатия при кратковременном режимном нагружении 105
3.5.4. Прочность и деформируемость глинистых грунтов в условиях кратковременного трехосного сжатия при различном времени выдержки образца в форме 109
3.5.5. Развитие деформации глинистых грунтов при длительном гидростатическом нагружении 111
3.5.6. Лотковые испытания 112
3.6. Выводы к главе 3 114
ГЛАВА 4 Теоретические исследования прочностных и деформационных свойств глинистых грунтов при длительном трехосном сжатии 116
4.1. Общие положения, основные предпосылки 116
4.2. Особенности напряженно-деформированного состояния при длительном трехосном сжатии. 122
4.3. Расчетная модель и уравнение длительной прочности глинистого грунта при длительном трехосном сжатии. 127
4.4. Уравнение длительного деформирования 142
4.5. Выводы к главе 4 148
ГЛАВА 5 Практические методы расчета несущей способности и деформируемости основания фундаментов на глинистых грунтах 149
5.1 Общие сведения 149
5.2. Расчет несущей способности основания фундаментов при длительном нелинейном деформировании грунтов 149
5.3. Расчет осадки 153
5.4. Практическая реализация методов расчета несущей способности и осадок оснований 162
5.5. Выводы к главе 5 167
Общие выводы 169
Список литературы 172
- Анализ существующих методов расчета деформации глинистых грунтов при длительных статических нагружениях
- Оборудование и приборы для проведения экспериментальных исследований
- Развитие деформации глинистых грунтов при длительном трехосном статическом нагружении
- Особенности напряженно-деформированного состояния при длительном трехосном сжатии.
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений возникает необходимость учета влияния длительности действия нагрузок на грунты основания при количественной оценке несущей способности и прогнозе осадок. Существующие аналитические методы расчета несущей способности и осадок оснований фундаментов дают значительные расхождения между фактическими и расчетными величинами и требуют дальнейшего развития с более точным учетом пространственного напряженно-деформированного состояния, прочностных и деформационных параметров грунтов, изменения реологических свойств во время длительной эксплуатации зданий и сооружений. Развитие и уточнение методов расчета несущей способности и осадок особенно актуально для оснований, сложенных глинистыми грунтами, для которых учет фактора времени играет существенную роль.
В глинистых грунтах напряженно-деформированное состояние меняется со временем, при этом деформации и прочность изменяются в зависимости от траектории нагружения, начальной плотности и влажности.
В связи с вышеизложенным, возникает необходимость усовершенствования методики расчета несущей способности и осадок оснований с учетом изменения прочностных и деформационных свойств грунтов в условиях пространственного напряженного состояния при длительном действии нагрузок.
Цель работы и задачи исследования
Целью диссертационной работы является развитие теории длительной прочности и деформирования глинистых грунтов при трехосном статическом нагружении и разработка усовершенствованных методов расчета несущей способности и осадок оснований фундаментов при длительном нелинейном деформировании глинистых грунтов.
В соответствии с поставленной целью основными задачами исследо-
вания являются:
выполнить анализ существующих методов расчета несущей способности и осадок оснований фундаментов, сложенных глинистыми грунтами, при длительном нагружении, имеющихся результатов экспериментальных исследований, расчетных моделей длительной прочности и деформируемости глинистых грунтов при статическом нагружении;
провести экспериментальные исследования длительной прочности и деформируемости глинистых грунтов в условиях трехосного сжатия по траектории девиаторного нагружения, а также лабораторные и натурные исследования осадок оснований фундаментов;
разработать расчетную модель длительного нелинейного деформирования глинистых грунтов при трехосном сжатии;
разработать методы расчета несущей способности и осадок оснований фундаментов при длительном нелинейном деформировании глинистых грунтов;
провести оценку точности и достоверности предлагаемых методов расчета несущей способности и осадок оснований фундаментов при длительном статическом нагружении.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана расчетная модель длительного нелинейного деформирования глинистого грунта при трехосном статическом нагружении;
Получены аналитические зависимости для описания процесса изменения прочности и деформаций глинистого грунта при длительном трехосном статическом нагружении;
Разработан усовершенствованный метод расчета осадок оснований фундаментов при длительном нелинейном деформировании грунтов;
Разработан метод расчета несущей способности оснований фундаментов при длительном нелинейном деформировании грунтов;
Получены новые экспериментальные данные о характере разруше-
ния, прочности и деформациях глинистых грунтов при длительном трехосном статическом нагружении, развитии длительных осадок оснований фундаментов реального объекта и двух моделей фундамента в лабораторных условиях.
Практическое значение работы заключается в том, что в результате выполненных исследований разработаны усовершенствованные методы расчета осадок и несущей способности оснований фундаментов при длительном неупругом деформировании глинистых грунтов, полученные на основе предложенной расчетной модели длительного нелинейного деформирования грунта при трехосном статическом нагружении, позволяющие повысить надежность, а в ряде случаев - расчетную несущую способность, и за счет этого получить более экономичные проектные решения оснований и фундаментов.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены применением известных законов механики твердого деформируемого тела, механики грунтов, выполнением экспериментальных исследований с помощью известных апробированных и поверенных контрольно-измерительных приборов и оборудования, обеспечивающих достаточную точность измерений при испытаниях, а также достаточной для практических расчетов сходимостью результатов экспериментальных исследований и расчетов по предложенным методам.
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований прочности и деформируемости глинистых грунтов при длительном трехосном статическом нагружении, развития осадок и изменения несущей способности оснований фундаментов при длительном статическом нагружении;
аналитические зависимости для описания процесса изменения прочности и деформаций глинистого грунта при трехосном длительном статическом нагружении;
расчетная модель длительного нелинейного деформирования глинистого грунта при трехосном статическом нагружении;
усовершенствованный метод расчета осадок оснований фундаментов при длительном нелинейном деформировании глинистых грунтов;
метод расчета несущей способности оснований фундаментов при длительном нелинейном деформировании глинистых грунтов.
Публикации
Основные положения диссертации опубликованы в 14 научных статьях (в том числе в 7 публикациях в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ).
Личный вклад автора в решение проблемы
Автором проведены все экспериментальные исследования, выполнен анализ результатов полученных данных и выявлены основные закономерности изменения прочности и деформаций глинистых грунтов при длительном трехосном сжатии, разработана расчетная модель длительного нелинейного деформирования глинистых грунтов при трехосном статическом нагружении, разработаны практические методы расчета несущей способности и осадок оснований фундаментов при длительном нелинейном деформировании грунтов.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на ежегодных Республиканских конференциях (Казань 2009 - 2011), V и VI Общероссийских конференциях изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (Москва 2009, 2010), Конференции по геотехнике «Актуальные вопросы инженерной геологии, механики грунтов и фундаменто-строения» (Санкт-Петербург 2010), Международной конференции по геотехнике «Геотехнические проблемы мегаполисов» ГЕОМОС 2010 (Москва 2010), XV академических чтениях РААСН - международной научно-
технической конференции (Казань 2010), Тринадцатой Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (Москва 2010), Юбилейной конференции, посвященной 80-летию кафедры механики грунтов, оснований и фундаментов, 110-летию со дня рождения Н.А. Цытовича, 100-летию со дня рождения С.С. Вялова (Москва 2010), V-x Денисовских чтениях (Москва 2010), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции», посвященной 100-летию со дня рождения Б.И.Далматова (Санкт-Петербург 2010), Герсевановских чтениях (Москва 2011), 7-ой Всеукраинской научно-технической конференции «Механика грунтов, геотехника и фундаменто-строение» (Одесса 2011), Международной конференции «Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства» (Пермь 2011), Международной научной конференции, посвященной 90-летию МГСУ-МИСИ «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (Москва 2011).
Объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 127 наименований. Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, включающего 102 рисунка и фотографии, 2 таблицы.
Диссертационная работа выполнена на кафедре «Основания, фундаменты, динамика сооружений и инженерная геология» Казанского государственного архитектурно-строительного университета в 2008 - 2011 гг. под руководством советника РААСН, доктора технических наук, профессора Мирсаяпова И.Т., которому автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность за постоянное внимание и помощь в работе.
Анализ существующих методов расчета деформации глинистых грунтов при длительных статических нагружениях
Результаты экспериментальных исследований С.С. Вялова [20], Г.В. Сорокиной [99], Л. Шукле [108] показывают, что прочность грунта во времени снижается в основном за счет уменьшения сил сцепления, тогда как угол внутреннего трения меняется незначительно. Эффект снижения прочности грунтов при длительном нагружении в проявлении ползучести был подтвержден также натурными исследованиями А. Скемптона [123], Д. Хенкеля [115],Л.Шукле[108].
С.С. Вялов и Н.К. Пекарская [16] проводили экспериментальные исследования на чистый сдвиг искусственных образцов юрской глины батбайо-ского горизонта. Грунты обладают высокой дисперсностью и пластичностью, содержание фракций крупностью 0,005мм составляет 56%, влажность Условно мгновенная прочность TS при быстром (0,5-1 мин) загружении составляет 0,167-10" кПа. При напряжениях т 0,575 ts деформации грунта были затухающими, а при г 0,575 rs развиваются незатухающие деформации ползучести с последующим разрушением образца грунта. При этом необходимо отметить, что переход от затухающей к незатухающей ползучести был вызван увеличением напряжений всего на Аг = 0,015 г5.
С. Мурояма и Т. Шибота [75] проводили испытания образцов ненарушенной структуры. Аллювиальная пластичная глина (г. Осака) имела следующие характеристики: влажность W = 65% при W, = 63 - 83%, степень во донасыщения Sr = \. По результатам испытаний образцов глины на сжатие под постоянными напряжениями, равными 0,63-j-0,9-z; (rs = 0,9 \ О2 кЛа), можно отчетливо выделить три стадии деформирования при незатухающей ползучести. O.F. Диасамидзе [62] проводил на срезном приборе экспериментальные исследования на сдвиг. К образцам глинистого грунта прикладывалась нагрузка 0,4 4- 0,55 г5. При величине сдвигающей нагрузки т = 0,4 г5 деформации носили затухающий характер, а при г 0,4 TS развилось пластично-вязкое течение, прогрессирующая стадия которого привела к разрушению образца. При исследовании лессового грунта ненарушенного сложения на срезном приборе под водой при т„ = 100 кПа С.К. Алиевым [62] было установлено, что при т 0,73 TS деформации затухали, а при т 0,73 rs развиваются незатухающие деформации ползучести. Условно-мгновенная прочность грунта TS при этом составила 0,75 102 к/7а. Следует отметить, что испытываемый образец грунта после полного водонасыщения подвергался воздействию уплотняющей нагрузки У1Х = 100кПа. В естественном состоянии лесс имел влажность W = 9,3% при WL =31,2% и WP =20,8%.
В.Г. Сорокина и А.С. Строганов. [99] проводили испытания на трехосное сжатие илистого грунта нарушенной структуры. Исследуемый ил в естественном состоянии содержал до 9 % гумуса, при WL =120% и WP =51%. Предварительно уплотненный грунт в,процессе испытаний подвергался раз-личным значениям напряжений г, (величина т{ принималась как доля от условно-мгновенной прочности т/, TS =1,16-10 кПа). Значение среднего нормального напряжения в течение всего времени проведения эксперимента оставалось постоянным тт = 1,0 -102 к/Zcar. В зависимости от величины соотношения значений девиатора напряжений и всестороннего давления деформации имели как затухающий, так и незатухающий характер, прогрессирующая стадия последнего привела к разрушению образца.
В ряде случаев прогрессирующее течение, сопровождающееся возрастанием скорости деформаций, является следствием возникновения незатухающей ползучести.
Е. Гезе и Тан Тьонг-Ки [114] проводили экспериментальные исследования на скручивание полых цилиндрических образцов иллитовой глины. Грунты имели пластичную консистенцию, содержание фракций крупностью менее 0,002 мм составляет 50 %, влажность W = 47,5% при WL =93,5% и Wp = 27,4%. Течение с постоянной скоростью устанавливалось через не 21 большой промежуток времени (не более 10 часов). Сдвигающая нагрузка составляла от 0,2 TS до 0,8 г,.. Величина TS определена как кратковременная (10 минут) разрушающая прочность. СР. Месчян [64] проводил серию опытов на приборе кольцевого сдвига. Исследуемый суглинок имел следующие характеристики: влажность W = 26,5% при WL =31,3% и Wp =18,6%. Образец грунта подвергался воздействию крутящего момента и осевого давления, величина которого составляла JS = 2,0ЛОгкПа. Сдвигающая нагрузка составляла от 0,8тст до 0,9тст (величина гст является стандартной прочностью, определяемой согласно методике медленного среза [27], полученное значение составляет 80% от условно-мгновенной прочности TS). Согласно результатам-проведенных испытаний было установлено, что деформации ползучести имели затухающий характер или протекали с установившейся скоростью (стадия установившегося течения).
Снижение прочности грунтов, изменяющейся во времени от условно-мгновенного максимального значения г0 до предельно-длительного минимального гда, было установлено С.С. Вяловым [20], Д.Мі Ахпателовым [4, 99], СР. Месчяном [66], М.Н. Гольдштейном с коллективом сотрудников [23, 24], Д. Митчелом [121], Л. Бьерумом [113], А.Бишопом и Д. Хенкелем [112] и, другими.
Оборудование и приборы для проведения экспериментальных исследований
Для более полного моделирования поведения грунтов в основании фундаментов исследование механических свойств грунтов должно быть осуществлено на приборах, позволяющих проводить испытания в условиях сложного напряженного состояния в соответствии с заданной программой исследований. За рубежом испытания грунтов в условиях трехосного сжатия применяются достаточно часто, однако в отечественной практике они пока еще не нашли должного применения.
На сегодняшний день для испытания фунтов в условиях сложного напряженного состояния применяют различные схемы нагружения (рис. 1.12) на трехосное сжатие. Изучение деформационных характеристик грунтов при сложном напряженном состоянии проводятся на приборах осесимметричного трехосного сжатия. Такие приборы впервые в СССР были предложены М.В. Малышевым и А.С. Строгановым. Известны конструкции приборов А.Л. Гольдина, А.А. Мустафаева, И.Н. Иващенко, М.Н. Захарова. За рубежом такие приборы разработаны Л. Шукле. Приборы для исследования цилиндрических образцов отличаются в основном размером образцов и способом нагружения. Прибор трехосного сжатия стабилометрического типа был сконструирован для проведения испытаний с образцами мрамора и известняка в 1915 году Корманом и Беккером. В нашей стране такие испытания были предложены в 1931 г. Б.П. Яппу и Н.Н. Давиденковым. На сегодняшний день применяются стабилометры конструкции Е.И. Медкова, А.С. Строганова, И.Н. Иващенко, М.Н. Гольдштейна, Н.И. Сидорова, В.П. Спидина, конструкции «Гидропроекта», Г.Г. Болдырева и др. Зарубежом используются приборы конструкции А. Бишопа. Испытания цилиндрических образцов в стабилометре не позволяют реализовать программу исследований с произвольно изменяемыми главными напряжениями по трем взаимно перпендикулярным осям. Учитывая тот факт, что в основании сооружений распределение напряжений является трехмерным с неравными значениями напряжений по трем осям координат, т.е. сг, сг2Фсгг, приборы трехосного сжатия, позволяющие испытывать образцы грунта кубической формы в условиях несимметричного нагружения, называют приборами истинного трехосного сжатия. Приборы для испытаний образцов грунта кубической формы, позволяющие наиболее точно смоделировать поведение грунта в условиях сложного напряженного состояния, впервые были сконструированы в нашей стране Н.Н. Давиденко в 1934 г, а за рубежом - Kjelman в 1936 г. Существуют попытки классифицировать приборы истинного трехосного сжатия по граничным условиям: - приборы с жесткими границами — штампами (Hambly, 1969; Реагсе, 1972; Ibsen et al., 2002), позволяющие контролировать деформации образца; - приборы с гибкими границами - мембранами (Крыжановский, 1966; Ко and Scott, 1967; Sture and Desai, 1979; Meier et al., 1982; Mandevile and Penumadu, 2004), которые позволяют контролировать напряжения; - приборы со смешанными границами (Lade and Duncan, 1973; Michelis, 1988; Hoyos et al., 2001; Alshibli, 2005). Многие исследователи отмечают существенную роль граничных условий, основываясь на том факте, что во всех типах приборов истинного трехосного сжатия результаты испытаний могут оказаться, различными. В то же время отсутствует ответ на главный вопрос: «Какие граничные условия испытывает элемент грунта в полевых условиях?» В настоящей работе использовался прибор трехосного сжатия с жесткими штампами и независимо регулируемыми главными напряжениями. 1. В грунтах под подошвой фундамента возникает пространственное напряженное состояние, которое в каждой точке характеризуется компонентами тензора девиатора и шарового тензора, соотношение между которыми различно при переходе от точки к точке основания. В связи с вышеизложенным возникает необходимость исследования (уточнения методик расчета) несущей способности и осадок оснований с учетом изменения прочностных и деформационных свойств грунтов в условиях трехосного сжатия при длительном нагружении. 2. В глинистых грунтах напряженно-деформированное состояние меняется со временем, при этом деформации и прочность изменяются в зависимости от режима (траектории) нагружения, начальной плотности и влажности, соотношения девиаторной и шаровой частей тензора напряжений. 3. Сложность описания деформируемости глинистых грунтов и разнообразие их свойств выдвинули множество подходов и различных моделей деформирования и изменения прочности во времени. В основу большинства схем пространственного деформирования грунтов заложена концепция скольжения с трением по условным площадкам, ориентация которых может быть получена различными гипотезами.
4. Методы расчета несущей способности и осадок оснований, разработанные для однократного кратковременного нагружения, не в состоянии в должной мере учитывать особенности изменения напряженно-деформированного состояния и прочности грунтов оснований при длительном действии нагрузки и проявлении реологических свойств, что приводит к снижению надежности проектных решений. В связи с этим назрела необходимость в разработке практических методов расчета несущей способности и осадок оснований фундаментов с учетом длительного нелинейного деформирования грунтов.
Развитие деформации глинистых грунтов при длительном трехосном статическом нагружении
При высоких уровнях всесторонней нагрузки j т =160 кПа в результате того, что уже на этапе всестороннего обжатия достигаются значительные деформации образца, первые этапы девиаторного нагружения не вызывают заметного увеличения вертикальных деформаций. При низких значениях всесторонней нагрузки сг т = 80 кПа на этапе обжатия, первые этапы девиаторного нагружения приводят к значительному возрастанию вертикальных деформаций. Как видно из диаграммы (рис. 3.4) наблюдается увеличение объемных деформаций на всем протяжении испытания (на всех трех стадиях нагружения - всестороннего обжатия, девиаторного нагружения и выдержки под нагрузкой (33-41 сутки)). Во втором режиме нагружения в процессе всестороннего обжатия величина объемных деформаций составляет 0,036, при девиаторном нагружении прирост составляет 0,032, а при длительном действии нагрузки приращение деформаций составляет 0,074. При а 2 = а з =80 кПа на первом этапе объемные деформации составили 0,015, на втором этапе - 0,045, а на третьем этапе достигает величины 0,125. В третьем режиме нагружения в процессе всестороннего обжатия величина объемных деформаций составляет 0,012, при девиаторном нагружении прирост составляет 0,051, а при длительном действии нагрузки приращение деформаций составляет 0,057. При этом соотношение объемных деформаций на стадии всестороннего обжатия и на стадии девиаторного нагружения составляет 0,50; 1,12 и 0,24 для режимов 1, 2 и 3 соответственно. Соотношение между приростом объемных деформаций при длительном нагружении и приростом объемных деформаций на момент завершения девиаторного нагружения составляет 2,67; 2,31 и 1,12 при режимах 1, 2 и 3 соответственно.
В проведенных исследованиях при величине всестороннего обжатия стт =160 кПа (режим 2) интенсивность деформаций сдвига составила 0,015, а при ат =80 кПа (режимы 1 и 3) - 0,004, что составляет 20%, 42% и 32% от деформаций объема при режимах 1, 2 и 3 соответственно.
Как видно из рисунка. 3:3.5 в процессе девиаторного нагружения график развития интенсивности деформаций сдвига дважды меняет кривизну, при т3 = о" 2 =160 кПа эти изменения ярко выражены. При реализации режима 3 амплитуды изменения кривизны минимальны. В стадии длительного девиаторного нагружения происходит увеличение интенсивности деформаций сдвига. При этом необходимо отметить, что приращение деформаций сдвига при длительном нагружении (33-41 сутки) составляет 2,34; 1,40 и 1,29 раза при режимах 1, 2 и 3 соответственно.
Анализируя полученные результаты, можно заключить, что степень влияния сдвиговых напряжений на объемную деформацию зависит от соотношения девиаторной и шаровой части тензора напряжений.
В процессе девиаторного нагружения происходит изменение величины коэффициента дилатансии от 4,05 до 1,41; от 2,40 до 1,42 и от 3,08 до 1,31, а на этапе длительного деформирования от 1,41 до 1,67; от 1,42 до 2,12 и от 1,31 до 1,94 при 1, 2 и 3 режимах соответственно. Изменение градиента приращения коэффициента дилатансии можно объяснить изменением плотности образца грунта в различных характерных зонах при переходе от стадии всестороннего обжатия к этапу девиаторного нагружения, а затем в стадию длительного нагружения.
Таким образом, во всех исследованиях для образца в целом происходит процесс уплотнения, однако, известен факт, что процесс разрушения нормально уплотненных глинистых грунтов сопровождается разрыхлением грунта. Следовательно; можно предположить, что отрицательная дилатансия (разрыхление) глинистого грунта при длительном трехосном сжатии локализуется в пределах потенциально возможных площадок предельного состояния при положительном знаке дилатансии в интегральном объеме.
Изменение деформаций образцов при других величинах средних напряжений представлено в таблице 3.1 и на рисунках 3.7-3.12.
Анализ результатов испытаний, приведенных в таблице З.1., дает возможность сделать выводы о более интенсивном развитии деформаций в начальный период длительных нагружений. Прирост объемных деформаций за первые сутки наблюдений составляет до 28 % от общей величины накопленных деформаций за этап длительного нагружения.
Степень влияния траектории нагружения на напряженно-деформированное состояние образца грунта следует связывать со свойствами и структурными особенностями этого грунта. Следует отметить, что глинистые грунты разной плотности, влажности и т.д. могут индивидуально реагировать на влияние траектории нагружения на напряженно-деформированное состояние.
Особенности напряженно-деформированного состояния при длительном трехосном сжатии.
В зависимости от величины и продолжительности действия нагрузки в многофазном глинистом грунте могут возникнуть упругие (обратимые) и неупругие (пластические) деформации изменения объема и формы. Причем пластические деформации развиваются во времени. На упругие и пластические свойства существенное влияние оказывает как исходная плотность -влажность грунта, так и изменение ее в процессе деформирования.
Однако в существующих теоретических исследованиях ві недостаточной степени отражены эти зависимости, особенно зависимость свойств пластичности от изменяющейся в процессе деформирования плотности? скелета грунта, т.е. недостаточно точно учитывается; упрочнение скелета грунта. Єледует отметить, что в; процессе деформирования грунта упрочнение может быть вызвано также некоторыми структурными изменениями во времени, о чем уже говорилось выше. ..
Основными и определяющими факторами, влияющими на упрочнение глинистого грунта в процессе его деформирования являются: 1) упрочнение, вызванное изменением плотности скелета; 2) упрочнение, вызванное структурными изменениями в грунте, в том числе залечиванием микродефектов, микротрещин и микрополостей, изменением ориентации частиц в пространстве и во времени. Следует отметить, что эти два фактора тесно взаимосвязаны и не всегда можно их разделить и учитывать в отдельности. Кроме того, процесс упрочнения в начале активного нагружения по мере возрастания нагрузки и времени может переходить к процессу разупрочнения вследствие разрыхления грунта и спонтанного развития микродефектов в структуре грунта. Исходя из вышеизложенного, представляется возможным представить следующую схему развития деформаций ползучести и изменения длительного сопротивления разрушению. В зависимости от величины и продолжительности действия нагрузки в многофазном глинистом грунте происходят два взаимно компенсирующих явления — упрочнение, обусловленное залечиванием дефектов и более плотной перекомпоновкой частиц, и разупрочнение, вызванное переориентацией частиц, а также образованием и развитием мик-ро и макротрещин. В тех случаях, когда разупрочнение начнет превалировать над упрочнением, возникает стадия разрушения и прогрессирующей ползучести. В этой стадии продолжается интенсивный распад микроструктуры и переориентация частиц, причем эти процессы охватывают не весь объем грунта, а лишь зоны предельного равновесия с пониженным значением сопротивления, где согласно кинетической теории деформирования грунтов, предложенной С.С. Вяловым, Ю:К. Зарецким и др. [17, 20], происходит образование и развитие трещин. Разрушение наступает, когда степень повреж-денности микротрещинами в зоне предельного равновесия достигает критического значения. Как показывают экспериментальные исследования многих авторов, процесс объемного деформирования грунтов во времени есть процесс непрерывного накопления пластических деформаций изменения объема и формы, где допредельная и предельная, деформируемость отличается если пользоваться критерием разрушения Койтера, только темпом — разрушение наступает при ускоренном накоплении пластических деформаций. Допредельное поведение грунтов под нагрузкой характеризуется рядом особенностей, отличающих их от большинства конструкционных материалов. Основными из них являются зависимости деформаций формы и объема грунта одновременно от гидростатической и девиаторной частей тензора напряжений и вида напряженного состояния при нелинейном их характере. общем случае сложного напряженного состояния прогрессирующий характер накопления, пластических деформаций определяется условием,, в которое входит некоторая комбинация действующих напряжений. Такое условие носит название, условия прочности, которое может быть получено эмпирически из экспериментов либо выведено исходя из определенных теоретических предпосылок и обосновано экспериментами: Важным этапом построения теории нелинейного длительного объемного деформирования;упрочняющегося глинистого грунта является выявление. механизма развития пластических деформаций сдвига и объема-: и достоверного их описания с учетом определяющих факторов. ложность описания; деформируемости глинистых грунтов и разнообразие их свойств выдвинули множество подходов и различных моделей [6-8, 13, 20, 22, 23, 32,. 42, 44, 54, 59, 64, 66v 73; 75; 79; 89;,95; 97, 106-108, 116, 117]: В основу большинства схем пространственного деформирования г грун тов заложена , концепция скольжения с трением- по условным площадкам, ориентация которых может быть получена различными гипотезами [6, 7, 22, 44, 73;.79; 89; 97, 109]. Как отмечает Ю.К. Зарецкий [44], известные критерии прочности; по: существу, отличаются только условиями, определяющими ориентацию площадки скольжения? и: интерпретации параметров условия: прочности. С позиции- микроструктуры; грунта реальные площадки? проскальзывания; частиц грунта имеют различную ориентацию в пространстве, в то время как в феноменологических теориях сдвигового деформирования грунтов: обычно- рассматривают некоторые гипотетические осредненные семейства поверхностей — площадок скольжения. Таким образом, возникает необходимость в разработке расчетной модели длительного пространственного деформирования глинистых грунтов, учитывающей зависимость деформационных и прочностных свойств от полных объемных деформаций.
