Файл: Скотников В.А. Основы теории проходимости гусеничных мелиоративных тракторов [учеб. пособие].pdf

коэффициент объемного сжатия сухого вещества торфа значи­ тельно меньше, чем воды, и примерно такой же, как и других материалов (воды — 0,00046 см2/кг, пушицевого торфа — 0,000001, древесио-осокс-вого — 0,000005, песка — 0,000004 см2/кг). Таким образом, при компрессионных испытаниях прини­ мают, что скелет может деформироваться лишь за счет измене­ ния взаимного расположения частиц торфа, но не за счет из­ менения их объема или формы.

Процесс уплотнения торфяного грунта определяется в основ­ ном двумя причинами.

Твердые частицы торфяного грунта в результате случайного размещения в процессе образования находятся в состоянии от­ носительной устойчивости. При приложении внешних сил это состояние нарушается, разрушаются некоторые, существующие ранее, структурные связи и создаются условия для перехода ске­ лета к более устойчивой форме равновесия. Последняя в свою очередь может оказаться лишь относительно устойчивой при уве­ личении сжимающей силы, т. е. такие изменения при росте внешних сил могут происходить беспрерывно.

Вторая причина, обусловливающая сжатие грунтового ске­ лета торфа, — деформация диффузных оболочек, которые уча­ ствуют в передаче давления между частицами. Сжатие диффуз­ ных оболочек и выдавливание некоторого количества связанной воды сопровождается сдвигами (смещением) одних твердых час­ тиц по отношению к другим и способствует более плотной упа­ ковке их. Такая деформация грунта носит название ползучести и происходит без повышения порового давления.

Выше отмечалось, что при приложении сжимающей нагруз­ ки к образцу грунтовой массы имеет место равенство (1.13), т. е. внешнее давление в любой момент времени равно сумме эффек­ тивного и порового давлений. С течением времени в результате отжатия воды из образца эффективное давление растет, и, когда поровое давление будет равно нулю, сжатие грунтовой массы изза фильтрации воды прекращается. Следует, однако, отметить, что после почти полного выдавливания воды из порового прост­ ранства вследствие явления ползучести деформации грунта мо­ гут не прекратиться и продолжаться длительный период времени (так называемая вторичная консолидация грунта).

Исследования показывают, что уплотнение торфяных грун­ тов в компрессионных приборах протекает весьма медленно. Не­ которые исследователи (А. Ф. Печкуров) отмечают, что для производства испытания при полной стабилизации осадок необ­ ходим период 2—3 года. Однако основная доля осадки от ступе­ ни нагрузки происходит в первые 5—10 суток (рис. 1.6), после чего осадка образца составляет доли миллиметра.

Результаты компрессионных испытаний торфяных грунтов изображают в виде графика (рис. 1.7), который называется

компрессионной кривой (кривой сжимаемости). На этой кривой

23-

Рис. 1.6. Продолжительность уплотнения торфяных грунтов в компрессион­ ных приборах (торф тростниковый, Л! = 3 5 % ) .

а

Рис. 1.7. Компрессионная кривая:

а — коэффициент пористости — нагрузка; б — относительное сжатие — нагрузка.

Действительно, объем твердой фазы торфа для единицы объема грунта, решая совместно уравнения (1.11) и (1.12),

1

тогда объем твердой фазы образца торфа до приложения на­ грузки

24

Так как уплотнение торфа происходит только за счет умень­ шения пористости, то при сжатии образца на величину s объем твердой фазы торфа останется тем же

где s — полная осадка образца в компрессионном приборе при данной ступени нагрузки р.

Формулой (1.17) обычно пользуются для построения ком­ прессионной кривой.

Деформации торфяного грунта не являются полностью уп­ ругими. Деформации, связанные с переходом частиц в более устойчивое состояние, не могут быть упругими, так как нельзя представить, что частицы самопроизвольно вернутся из более устойчивого положения в менее устойчивое. Поэтому компресси­

и обратной ветвей компрессионной кривой свидетельствует о на­ личии остаточных деформаций в торфяном грунте.

При повторном нагружении новая ветвь сжатия располага­ ется близко около ветви разуплотнения (рис. 1.8), однако не сов­ падает с ней, образуя так называемую петлю гистерезиса. На компрессионной кривой образуется перелом в месте перехода через наибольшее давление, достигнутое при первом нагружении. Повторяя цикл разгрузки и нагружения при больших давлениях, можно получить целый ряд петель гистерезиса. В связи с этим каждому давлению для одного и того же торфа соответствуют различные коэффициенты пористости в зависимости от циклов

25

нагружения и разгрузки, наблюдавшихся за историю его су­ ществования.

Давление грунта, соответствующее его естественному зале­ ганию и обнаруженное при первом загружении по перелому ком­ прессионной кривой, называется природным, или начальным ро-

Многочисленными исследованиями (К- П. Лундин, А. Ф. Печкуров, С. С. Корчунов и др.) показано, что если по­ строить кривые сжатия для торфяных грунтов в полулогарифми­ ческом масштабе, то при давлениях, больших ро, компрессион­ ная кривая с достаточной степенью точности аппроксимируется прямой линией (рис. 1.9). Уравнение компрессионной кривой имеет вид

где Е — коэффициент пористости торфа, соответствующий дав­ лению р;

ео — начальный коэффициент пористости; а к — коэффициент компрессии:

Ро в торфяной залежи невелико*, для практических расчетов час­

* По данным К. П. Лундина, начальное давление в торфяной залежи ко­ леблется в большинстве случаев от 0,001 до 0,125 кг/см2.

26

\

где 8i — коэффициент пористости торфа при давлении

р= 1 кг/'см2;

А— показатель уплотнения компрессионной кривой (табл. 1.7).

Та б л . 1.7. Ориентировочные параметры компрессионной кривой для торфов.

А. Ф. Печкуров на основании проведенных экспериментов предложил уравнение компрессионной кривой, по которому кри­ вую сжатия для торфов можно построить при наличии только начального коэффициента пористости so

где р — давление, г/см2.

В закономерности, выражаемой компрессионной кривой, да­ же для минеральных грунтов, строго говоря, не наблюдается

27

При использовании уравнения (1.21) следует помнить, что параметры а и С постоянны лишь для выбранного небольшого интервала давлений и не могут быть отнесены к общим харак­ теристикам грунта.

Угловому, коэффициенту а можно придать физический смысл. Действительно, чем больше параметр а, тем при том же

и закон Гука для сплошных тел.

Коэффициент сжимаемости — одна из важнейших характе­ ристик грунта и позволяет произвести общую качественную оценку грунта с точки зрения осадки сооружения. Если а имеет величину порядка 0,001 см21кг, то грунт малосжимаем, при зна­

случае уравнение прямой, заменяющей кривую сжимаемости на коротком отрезке изменения давлений, имеет вид

ei=a'pt + C. (1.24)

Приращение относительной осадки по отношению к началь­ ной высоте /г образца можно выразить через коэффициенты по­ ристости

28