Деформации ползучести грунтов при уплотнении и методы их описания

Опыты, проведенные С.Р.Месчяном, показали, что для описания затухающей ползучести наиболее применима теория линейной наследственной ползучести Больцмана - Вольтерра, впервые примененная к грунтам В.А.Флориным в интерпретации Г.Н.Маслова - Н.Х.Арутюняна.

Уравнение напряженно-деформируемого состояния грунтов при затухающей ползучести и однократном загружении имеет вид

, (6.1)

где s(t) и s(t₀) – напряжения, развивающиеся соответственно к моменту времени t и t₀; t – текущая координата времени; t₀ – момент времени, соответствующий приложению нагрузки, вызывающей напряжение s(t₀), которое действует в течение времени Dt₀. Первый член правой части означает мгновенную деформацию в момент t при E_мгн, второй член характеризует деформацию, которая накапливается во времени и пропорциональна напряжению s(t₀), промежутку времени действия Dt₀ и некоторой функции , зависящей от времени, прошедшего с момента t₀. Эта функция называется ядром ползучести.

При непрерывном загружении

, (6.2)

где ; (здесь K(t-t₀) – ядро ползучести, характеризующее скорость деформации ползучести при постоянном напряжении). Опыты показали, что ядро ползучести для дисперсных глинистых грунтов можно принять в виде простейшей экспоненциальной зависимости

, (6.3)

где d и d₁ – параметры ползучести, определяемые по результатам опытов.

Для определения параметров экспоненциального ядра ползучести проводят компрессионные испытания полностью водонасыщенного грунта и для каждой ступени нагрузки определяют:

а) коэффициент начального порового давления

b₀ = P_wо/P,

где P_wо – начальное поровое давление, замеренное непосредственно после приложения нагрузки; P – полное давление при данной ступени нагрузки;

б) коэффициент относительной сжимаемости грунта при стабилизированной конечной для данной ступени нагрузке

, (6.4)

где S_¥ – стабилизированная осадка грунта при данной ступени нагрузки; P_i – полное давление для данной ступени нагрузки; h_i – высота испытываемого слоя грунта;

в) коэффициент относительной сжимаемости в момент приложения нагрузки

, (6.5)

где K_ф, c_v – коэффициенты фильтрации и консолидации в начале компрессионного уплотнения (например, при степени консолидации U₀ = 0,2).

Имея показатели b₀, и по результатам наблюдения осадки испытываемого образца грунта после спада до 0 порового давления (P_w = 0), определяют относительные скорости осадки за счет ползучести скелета грунта для различных промежутков времени, а по ним – коэффициент затухания ползучести d₁. Для этого строят график зависимости логарифма скорости относительной осадки от величины давления (рис.6.3).

Тангенс угла наклона полученной полулогарифмической прямой к оси t будет равен коэффициенту затухания ползучести

d₁ = tgx. (6.6)

Зная коэффициент затухания ползучести d₁, коэффициент ядра ползучести d можно определить по формуле

, (6.7)

где – коэффициент относительной сжимаемости за счет ползучести скелета грунта,

(6.8)

где t_k – время полной стабилизации осадки при данной ступени нагрузки.

Из приведенных данных видно, что по результатам экспериментов можно определить все параметры, необходимые для нахождения относительной деформации ползучести однофазового грунта, что позволяет прогнозировать деформации ползучести грунтов. Для двухфазных грунтов решения получены Н.А.Цытовичем, Ю.К.Зарецким, З.Г.Тер-Мартиросяном с учетом ползучести скелета, фильтрационной консолидации и сжимаемости газосодержащей жидкости в порах.