Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

уделено необходимое внимание в исследованиях, проводившихся в по­ следние годы в Ленинградском филиале Союздорнии.

Процессы деформирования грунта и дорожных одежд при повтор­ ном нагружении изучались в лаборатории, на экспериментальной кольцевой дорожке, а также непосредственно на дорогах с помощью передвижной испытательной установки Союздорнии.

§11.2. Закономерности деформирования грунтов

Влаборатории испытывали суглинистые, супесчаные и песчаные грунты. Образцы грунта различной влажности и плотности приготав­ ливали в цилиндрических формах размером 20 X 20 см [39].

Различные по величине местные повторяющиеся нагрузки при­ кладывали через штамп с помощью автоматизированного рычажного пресса [39]. Была возможность менять время действия нагрузки и интервалов между нагрузками. Меняли также скорости роста напря­ женного состояния (скорости нагружения).

Полную и остаточную деформации в процессе испытания замеряли с помощью индикаторов часового типа. В отдельных опытах изменение во времени величины нагрузки и вертикального смещения штампа фик­ сировали на ленте осциллографа.

При многократном воздействии на грунт местных нагрузок возмож­ ны следующие две принципиально отличные закономерности деформи­ рования [41]: а) сравнительно небольшие остаточные деформации на­ капливаются лишь на начальном этапе нагружения; затем.накопленная деформация стабилизируется, после чего возникают лишь практически полностью обратимые вертикальные смещения (кривая 1 на рис. I I . 1); б) на протяжении всего периода нагружения остаточная деформация

50

Возникающие в процессе дальнейшего повторного нагружения обратимые деформации обусловлены главным образом явлениями на контактах пленок в той или иной степени связанной воды на частицах грунта. Упругие деформации минеральных частиц при имеющих место напряжениях пренебрежимо малы.

краткости с т а д и е й о б р а т и м ы х д е ф о р м а ц и й . По ана­ логии с существующим понятием в материаловедении такое состояние можно рассматривать как длительную прочность грунта при повтор­ ном нагружении.

С увеличением нагрузки (либо с изменением режима повторного нагружения), когда сдвигающее напряжение в наиболее напряженной области массива достигает величины сопротивления грунта сдвигу, здесь возникают пластические смещения. Анализ напряженного сос­ тояния линейно-деформируемого полупространства под действием местной осесимметричной нагрузки показывает, что"предельное рав­ новесие достигается прежде всего под центром нагруженной площади на некоторой глубине от поверхности. С дальнейшим ростом величины повторной нагрузки либо с увеличением числа приложений нагрузки, величина которой превышает предельную по условиям сдвига, зона, охваченная пластическими смещениями, расширяется, а на поверх­ ности массива прогрессирующе накапливаются остаточные деформа­ ции. Наконец, после определенного числа нагружении наступает разрушение (3, рис. II.1), внешне аналогичное разрушению грунта под

случаях непосредственно вслед за стадией обратимых деформаций на­ ступает упруго-пластическая стадия, заканчивающаяся разрушением.

Как правило, после образования сравнительно небольших дефор­ маций, вызванных пластическими смещениями, дальнейшее накопле­ ние осадок прекращается, после чего под действием повторных нагру­ зок той же величины вновь возникают лишь практически полностью обратимые деформации (2, рис. II.1).

Имеющиеся результаты исследований в лаборатории и на дорогах позволяют следующим образом объяснить это явление.

В период, когда пластическая область в грунте под действием повторных нагрузок лишь начинает развиваться, в какой-то мере пере­ распределяются и напряжения в массиве. На определенной стадии нагружения наступает момент, когда при действующей местной пов­ торяющейся нагрузке устанавливается равновесие на периферии пла­ стической области между сдвигающими напряжениями и сопротив­ лением грунта сдвигу. После этого дальнейшее развитие пластической области прекращается и как следствие стабилизируется величина накопленной деформации на поверхности. В последующем грунт работает под действием местной повторяющейся нагрузки данной

величины в стадии лишь обратимых деформаций. Это явление названо нами вторичным упрочнением грунта при многократном нагружении,

гружении определяются рядом факторов. Помимо свойств и состояния грунта влияют относительная величина действующей нагрузки, а также режим повторяющегося нагружения.

Несмотря на резко различные абсолютные величины повторяющих­ ся нагрузок, разный состав испытывавшихся грунтов и очень широкий диапазон влажностей, относительные значения повторяющихся на­ грузок по отношению к нагрузке, вызывающей разрушение грунта

Так, грунт работает, как правило, в стадии обратимых деформаций под действием повторяющихся нагрузок, не превышающих (0,3— 0,35) Р с т . При повторяющихся нагрузках до (0,45—0,6) Р с т возни­ кают малые пластические деформации и достигается вторичное упроч­ нение. И, наконец, под действием более высоких нагрузок грунт пере­ ходит в упруго-пластическую стадию деформирования, завершающую­ ся разрушением.

Из указанного следует, что как при однократном, так и при много­ кратном нагружении поведение грунта определяется в основном одним и тем же критерием — величиной сопротивления грунта сдвигу. Указанные здесь относительные величины повторяющихся нагрузок, под действием которых грунт работает в той или иной стадии деформи­ рования, получены при испытании грунта местным нагружением на ав­ томатизированном лабораторном прессе при длительности каждой на­ грузки 6 сек и интервалах также 6 сек. Многократные нагрузки при­ кладывали безударно, но средняя скорость роста напряжений была достаточно высокой — от 10 до 25 кГ/см2 в 1 сек. Статическое нагружение осуществляли возрастающими ступенями с выдерживанием каждой ступени до стабилизации деформации.

Выявилась особенность деформации при повторяющемся нагруже­ нии сильно увлажненных слабофильтрующих грунтов. При относи­

заполнены водой (объем воздуха составляет всего 1,5—2%), резко снижается сопротивление грунта повторяющимся нагрузкам. Пол­

действием повторяющихся нагрузок порядка 0,1 Р с т . В данном случае сказываются явления, связанные с быстрым приложением нагрузки к водонасыщенным грунтам.

Как известно [10, 47, 65 и др.], при внезапном нагружении пол­ ностью водонасыщенных слабофильтрующих грунтов создаются крайне неблагоприятные с точки зрения сопротивляемости грунта внешним нагрузкам условия. В первый момент основная часть нагрузки вос-

52

(0,55—0,60) Р с т переходит в упруго-пластическую стадию. При про­ межуточных по величине нагрузках имеет место стадия малых пласти­ ческих деформаций.

По мере снижения скорости приложения повторяющихся нагрузок наблюдается тенденция к росту длительной прочности грунта. Этот рост до скоростей нагружения 1—2 кГ/см2 в 1 сек слабо выражен, но по мере дальнейшего снижения скорости становится более ощутимым и, наконец, при скоростях порядка 0,2—0,3 кГ/см2, в 1 сек повторяю­ щееся нагружение по величине накопленной деформации за суммарно * одинаковый промежуток времени практически не отличается от дли­ тельно действующей нагрузки.

Исследования показали, что аналогичный характер зависимости длительной прочности от скорости приложения повторных нагрузок имеет место и при полностью водонасыщенных суглинистых грунтах, когда сказывается повышение давления в поровой воде (пунктирная линия на рис. П.2).

Влияние длительности действия нагрузок на закономерности де­ формирования изучали в лаборатории при испытании образцов грунта на рычажном прессе, а также на дорогах, где земляное полотно испыты­ вали с помощью передвижной установки Союздорнии [41, 48 и др.].

На рычажном прессе имелась возможность изменять время дей­ ствия нагрузки в небольших пределах — от 2 до 10 сек. Что касается передвижной установки, здесь осуществлялся автоматически любой режим нагружения длительностью каждой нагрузки от 0,2 до 1 сек и частотой от 1 до 15 циклов в минуту.

Грунт на дорогах испытывали штампом диаметром 50 см. Нагрузки прикладывались безударно, но с достаточно высокими скоростями — порядка, как показали осциллограммы, 5—30 кГ/см2 в 1 сек. Испыта­

54