Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

Из изложенного следует, что в упрочненных грунтах имеет место очень близкая к линейной зависимость между величиной нагрузки и обратимой деформацией. Линейная зависимость сохраняется как при длительных нагрузках, прикладываемых возрастающими ступенями с разгрузкой после каждой ступени, так и при кратковременных на­ грузках различной величины. Исключение могут представлять лишь очень малые нагрузки, близкие, как указывалось, к «порогу деформи­ рования», а также нагрузки, превышающие те, которыми грунт был упрочнен. Как следствие, очень мало разнятся в этих условиях зна­ чения динамических и длительных модулей упругости таких грунтов.

Несомненно, процессы деформирования грунтов во времени весьма сложны и характер имеющих здесь место процессов определяется боль­ шим числом факторов. Нужны обширные исследования, чтобы исчер­ пывающе выяснить и оценить возникающие здесь явления.

Проведенные нами исследования затрагивают лишь очень неболь­ шую, хотя и весьма важную для целей дорожного строительства часть этой проблемы, касающуюся только упрочненных грунтов, работаю­ щих под действием циклических нагрузок в стадии обратимых де­ формаций.

Не все вопросы исчерпывающе решены и в этой области. Но уже на основании полученных результатов можно с достаточной уверен­ ностью утверждать, что при создании расчетных схем нежестких дорож­ ных одежд, работающих в стадии обратимых деформаций, а также при установлении необходимых для целей проектирования расчетных характеристик возможно на данном этапе без существенного ущерба для точности расчетов пренебречь особенностями деформирования упрочненных грунтов во времени и распространить на них закономер­

тимости деформаций, о высоких скоростях течения их во времени и отдельные другие могут показаться противоречащими установившимся взглядам на грунт, как на упруго-вязко-пластическую среду. Однако никакого 'противоречия здесь нет, а различный характер явлений объясняется тем, что каждое из них связано со строго определенными условиями деформирования. '

Деформация течет сравнительно медленно, когда в грунте возни­ кают значительные взаимные перемещения частиц, соизмеримые с ве­ личиной последних или во много раз их превышающие — в процессе более плотной укладки частиц и тем более, когда в грунте развиваются пластические смещения. В этих условиях вязкость пленок связанной воды, а также фильтрационные процессы существенно замедляют течение деформации. Что касается весьма малых и полностью обрати­ мых деформаций упрочненного грунта, обусловленных элементарными смещениями лишь периферийных оболочек рыхлосвязанной воды, эти деформации развиваются, как показано, с достаточно высокими скоростями.

Наряду с общим познавательным значением проведенных ис­ следований, позволивших в определенной мере раскрыть сущность явлений, возникающих в грунте при повторяющемся нагружении,

60

полученные результаты дают возможность объяснить причины из­ вестных из практики особенностей службы дорожных конструкций в тех или иных условиях. /

Так, становится понятной причина имевшего место до недавнего времени массового развития на дорогах с тонкослойными одеждами весенних деформаций, неправильно называемых иногда «пучинами», приуроченного в первую очередь к природным районам и условиям,

ляного полотна.

Понятной становится и достаточно высокая эффективность дре­ нирования в этих условиях даже только самых верхних слоев подсти­ лающего одежду грунта. Примером этого является широко распро­ страненная не так давно в практике эксплуатации дорог отрывка так называемых воздушных воронок на обочинах в местах, где намечается образование весенних деформаций.

Наконец, как показали исследования, утолщение дорожной одежды следует рассматривать не только как мероприятие, вызывающее сни­ жение величины напряжений в подстилающем грунте, но и как способ уменьшения здесь скоростей роста напряжений от временных нагру­ зок. Именно совместным влиянием этих факторов может быть, повидимому, объяснена достаточно высокая работоспособность многих участков старых дорог с заниженным земляным полотном в неблаго­ приятных грунтово-гидрогеологических условиях, на которых тол­ щина одежды в результате многократного усиления доведена до 80 см

иболее.

§П.З. Закономерность деформирования материалов, содержащих органическое вяжущее

>

По-иному протекают обратимые деформации в материалах, в состав которых входит органическое вяжущее. Здесь степень вязкости де­ формации достаточно велика.

Закономерности деформирования битумоминеральных материалов изучались как при местном нагружении монолитов в условиях огра­ ниченного бокового расширения, так и при изгибе образцов в виде балочек.

На рис. II.4 приведены результаты испытания упрочненного об­ разца песчаного асфальтобетона. Цилиндрический образец диаметром и высотой 20 см был сформован послойно из горячей смеси под давле­ нием 300 кПсм2. После охлаждения до + 20° С образец был подверг­ нут многократному нагружению на рычажном прессе через установ­ ленный в центре штамп диаметром 4 см. Повторяющиеся нагрузки при­ кладывали до практически полной стабилизации остаточной деформа­ ции. Время действия каждой нагрузки — 6 сек с такими же интерва­ лами. После этого записано на ленте осциллографа изменение в те­ чение цикла величины нагрузки и деформации. Как видно, начало

61

в опыте. Но затем деформация развивается очень медленно, и к концу роста нагрузки достигает лишь приблизительно половины общей своей величины. Остальная часть деформации течет на протяжении всего остающегося времени до начала разгрузки. Еще медленнее восстанав­ ливается деформация при разгрузке. Как видно из рисунка, восста­ новление деформации начинается, лишь когда образец уже почти полностью разгружен и этот процесс продолжается на протяжении всего времени отдыха.

Скорость течения деформации в упрочненных битумосвязных средах, таким образом, в десятки раз ниже, чем в водосвязных. Весьма значительная затяжка во времени течения пластической деформации как при нагружении, так особенно и при разгрузке объясняется срав­ нительно высокой вязкостью пленок битума, окружающих минераль­ ные частицы и микроагрегаты, и обратимыми смещениями перифе­ рийных оболочек в местах контактов под действием напряжений от временных нагрузок. Очевидно, скорость развития эластической де­ формации будет в большой степени зависеть от свойств вяжущего, температуры среды, а также состава смеси.

Поведение битумоминеральных материалов под действием нагру­ зок зависит, кроме того, от величины, продолжительности действия и повторяемости нагрузок, скорости нагружения, а также интервалов между нагрузками.

Отмеченные особенности деформирования этих материалов при­ водят к значительному различию в величинах динамических и длитель­ ных модулей упругости и наряду с этим существенно сказываются на прочностных характеристиках материала.

Закономерности изменения модуля упругости и прочности на рас­ тяжение при изгибе асфальтобетона в зависимости от указанных выше

мраморной крошки подобранного состава с зернами размером до 5 мм

Рис. II.4. Зависимость деформации от нагрузки во времени при циклическом на­ гружении упрочненного асфальтобетона:

/ — нагрузка; 2 —деформация

62

На этом же рисунке приведены данные о величине относительной горизонтальной деформации асфальтобетонных образцов в зависимости от напряжений при изгибе. Испытания производили также кратковре­ менными нагрузками при температуре образцов +20° С. Нагрузку на образец подбирали таким образом, чтобы напряжения растяжения при изгибе изменялись в диапазоне 3—18 кГ/см2, что соответствует напряжениям, возникающим в асфальтобетонном покрытии распро­ страненных конструкций дорожных одежд. Продолжительность дей­ ствия нагрузки в отдельных опытах составляла 0,1, 0,5 и 1 сек. Как видно, связь между напряжениями и деформациями при одной и той же продолжительности действия нагрузки оказалась в этих условиях линейной.

Результаты испытаний свидетельствуют, таким образом, что при режиме нагружения, близком к условиям, имеющим место на авто­ мобильных дорогах, асфальтобетон ведет себя при +20° С как упругоизотропная линейно-деформируемая среда. Не вызывает сомнений, что при более низких температурах упругие свойства в асфальтовом бе­ тоне будут проявляться еще резче. При более высокой температуре и медленном нагружении наряду с обратимыми будут возникать вязко-

64