Файл: Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению.pdf

Физические свойства этих грунтов приведены в табл. 1.4.

Влияние скорости сдвига на характеристики прочно­ сти слабых водонасыщенных глинистых грунтов с нена­ рушенной структурой исследовалось на срезном приборе конструкции Гидропроекта и на приборе трехосного сжа­ тия конструкции МИСИ им. В. В. Куйбышева (высота образца грунта в стабилометре составляла 12—16 см, диаметр — 6 см). Опыты на сдвиговом приборе прово­ дились под водой. Влияние скорости сдвига на величину сопротивления сдвигу определяли при вертикальных дав­ лениях на образец 0,25; 0,5; 1; 3 и 5 кгс/см2. Скорость сдвигающего усилия верхней каретки сдвигового прибора изменяли, наливая воду (с постоянным расходом) в ем­ кость, подвешенную на рычаг срезного прибора. Сдви­ гающее усилие прикладывали с тремя скоростями: 0,0015; 0,1 и 0,6 кгс/мин. Результаты опытов приведены на рис. 1.5.

Важным вопросом при исследовании сопротивления грунтов сдвигу является критерий разрушения. В наших экспериментах за критерий разрушения на срезных при-

40

борах принималось смещение верхней каретки прибора на 5 мм. Этот вопрос весьма важен и при изучении проч­ ности слабых водонасыщенных глинистых грунтов на приборах трехосного сжатия. На рис. І.б приведены ре-

'6fee/сн*

s)

Т,кгс/смг

2 t -

б, /ret/en^

Рис. 1.5. Влияние скорости сдвига Ух на прочностные характери­ стики грунтов

о —ил из Архангельска; б — ил из Мурманска

зультаты испытания прочностных свойств илов оз. Сиваш в стабилометрах при различных скоростях нагружения. За разрушение принимались напряжения, при которых вертикальная деформация образца составляла 10%.

Опыты показали, что скорость сдвига существенно определяет прочностные характеристики слабых водоиа-

41

сыщеішых глинистых грунтов. С уменьшением скорости сдвига сопротивление грунтов сдвигу увеличивается. Особенно заметно увеличиваются прочностные характе­ ристики при больших нормальных давлениях. Это объяс­ няется тем, что при нагружении одновременно протека­ ют два процесса — консолидация образца и пластичновязкое изменение структурных связей глинистых частиц. Консолидация происходит в большей мере при уменьше­ нии скорости нагружения, а пластично-вязкое изменение

Рис. 1.6. Исследование прочностных свойств илов оз. Сиваш в стабилометрах при различных скоростях нагружения ѵх и при различных

критериях разрушения

в зависимости от вида структурных связей может при уменьшении скорости сдвига привести как к увеличению, так и к снижению прочности грунта.

Влияние напряженного состояния исследовалось на стабилометре конструкции МИСИ. Опыты проводились на образцах грунтов, свойства которых приведены в табл. 1.4. Исследования проводились по открытой и за­ крытой системам. При исследовании прочностных свойств по закрытой системе прибором конструкции А. А. Ничи-

был поставлен эксперимент при отсутствии всесторонне­ го давления.

42

соединяющее верхний штамп

с атмосферой, а нижний штамп соединяли с прибором порового давления. Вертикальное давление передавалось непосредственно на шток прибора (без рычажной систе­ мы). Поровое давление в процессе нагружения образца составляло около 80% величины всестороннего давления.

Как видно из графиков (рис. 1.7), начиная с опреде­ ленного значения девиатора напряжений, скорость нара­ стания вертикальных деформаций резко возрастала. В области этих изменений деформаций поровое давле­ ние не имело устойчивого значения на каждой ступени нагрузки (пунктирная линия на рис. 1.7) и в процессе

43

значительного увеличения вертикальных деформаций оно несколько уменьшалось.

На рис. 1.8 приведены результаты обработки прочно­ стных: свойств пресноводных илов, полученных экспери­ ментально. Пунктиром показаны круги напряжений, по­ строенные в тотальных напряжениях при различных ве­ личинах всестороннего давления. Огибающая этих кругов носит неопределенный характер и не может служить ис­ точником получения прочностных характеристик иссле­ дуемого грунта. На этом же графике сплошной линией показаны круги напряжений, построенные в эффектив­ ных напряжениях. Огибающая в этом случае представ­ ляет собой прямую и может использоваться для получе­ ния определенных прочностных характеристик испытан­ ного грунта.

При испытании грунтов по открытой системе на стабилометрах, как было указано выше, грунты деформиру­ ются без явных признаков разрушения. За разрушение принимается отношение главных напряжений после то­ го, как деформации образца грунта достигнут определен­ ной величины. Нами были проведены исследования влия­ ния величины относительной деформации образца (т. е. отношения уменьшения высоты образца к его первона­ чальной высоте) на параметры прочности. Опыты прово­ дились параллельно в лаборатории МИСИ им. В. В. Куй­

18—20 цилиндрических образцов для стабилометров. Не­ которые результаты этих исследований представлены на рис. 1.9. Из рисунка видно, что характеристики прочно­ сти — угол внутреннего трения ф и сцепление с сущест­ венно зависят от величины относительной деформации образца е, при которой образец считается разрушенным. Иными словами, для тех сооружений, которые допускают большую осадку, следует в качестве критерия разруше­ ния принимать большее значение относительной дефор­ мации, а для сооружений, не допускающих больших оса­ док, — меньшие.

В последние годы практика исследования механиче­ ских свойств грунтов (С. С. Вялов, 1966 г., М. В. Малы­ шев, Э. А. Фрадис, 1968 г., Г. М. Ломизе, А. Л. Крыжа-

45

новский, 1969 г. и др.) показала, что на прочностные ха­ рактеристики грунтов многих видов оказывает влияние величина промежуточного главного напряжения или вид пространственного напряженного состояния. Вместе с А. Л. Крыжановским автор провел исследования проч­ ностных свойств илов оз. Сиваш, отобранных из основа­ ния проектируемой земляной плотины. Чтобы выявить влияние вида пространственного напряженного состоя-

т, кгс/смг

и относительной деформацией образца, при которой грунт считается разрушенным

ния на прочностные и деформативные характеристики двух разновидностей илов с различными прочностными характеристиками и физическими свойствами образцы грунта исследовались на приборах трехосного сжатия различной конструкции. Первая разновидность илов име­ ла объемный вес 1,75—1,79 г/см3, естественную влаж­ ность 24,2—26,2%. По данным лабораторных исследова­ ний прочности на срезных приборах конструкции Гидро­ проекта (по методике ускоренного сдвига), угол внутрен­ него трения этих грунтов был равен 18—21°, а сцепле­ ние— 0,22—0,25 кгс/см2. Модуль общей деформации (по компрессионным опытам) при изменении давления до 2 кгс/см2 составлял 36 кгс/см2. Вторая разновидность илов (оз. Сиваш) имела объемный вес 1,58—1,62 г/см3 и естественную влажность 40—44,5%. По результатам испытания образцов на срезных приборах конструкции Гидропроекта (по методике ускоренного сдвига) угол

46

внутреннего трения этих грунтов был равен 4°30'~-5°20', а сцепление 0,11—0,14 кгс/см2. Модуль общей деформа­

Для характеристики напряженно-деформированного состояния исследованных образцов грунта использова­ лись инвариантные соотношения:

для оценки величины гидростатического обжатия

для оценки величины девиатора напряжения

для характеристики вида пространственного напря­ женного состояния

в предположении относительной малости наблюдаемых

МИСИ им. В. В. Куйбышева, который отличается от стабилометров других конструкций тем, что его резиновая оболочка не имеет жесткого закрепления с корпусом при­ бора (как показали методические опыты, при жестком закреплении резиновой оболочки на корпусе стабилометра происходит трение резины о грунт при сжатии образ­ цов, что особенно существенно для сильносжимаемых грунтов, так как при этом несколько искажается задава­ емое напряженное состояние).

47