Файл: Будин, А. Я. Тонкие подпорные стенки.pdf

Многолетние натурные исследования конструкции, показан­ ной на рис. 18, в, выполненные автором, позволили выявить спе­ цифику работы тонких подпорных стенок на ползучих основа­ ниях ограниченной мощности. Смещение верха сооружения за период наблюдений (9 лет) достигло 98 мм, из которых лишь 17 мм приходится на мгновенную деформацию при приложе­ нии внешних нагрузок. В процессе возведения конструкции было произведено интенсивное виброуплотнение.песчаного грунта за­ сыпки в ее пазухе с помощью глубинного вибратора, что выз­ вало существенное смещение верха сооружения. Сопоставление опытных эпюр давления грунта и изгибающих моментов в кон­ струкции, а также данных о смещении линии кордона набереж­ ной позволило установить, что в результате сотрясений отпор­ ная способность слабого ползучего грунта основания резко понизилась. Это подтверждается эпюрами давления грунта (рис. 60, а и б) на шпунтовую стенку, измеренными до и после виброуплотнения с помощью электроконтактных датчиков дав­ ления с уравновешенной мембраной [19]*.

Несмотря на то, что снижение отпорной способности могло быть временным, вызванное им увеличение напряжений в эле­ ментах конструкции имеет необратимый характер. Это вполне закономерно, поскольку всякое снижение напряжений в изги­ баемых элементах должно сопровождаться обратной трансфор­ мацией их упругих линий.

В процессе строительства была допущена значительная пе­ регрузка участка сооружения полезной нагрузкой q, достигшей 7—9 тс/м2 (при расчетной нагрузке 4 тс/м2). В результате у од­ ной из анкерных свай, расположенной на этом участке, отме­ чено возникновение пластической деформации.

Весьма показательны опытные данные об изменении интен­ сивности реактивного давления грунта на стенку во времени и в зависимости от внешних воздействий. После виброуплотне­ ния засыпки интенсивность реактивного давления ползучего грунта существенно снизилась, особенно в придонной зоне, где уровень вибрации был наибольшим (см. рис. 60,а и б). При этом резко увеличилось смещение конструкции и возросли из­ гибающие моменты в шпунте и анкерных сваях. В дальнейшем в течение примерно 2,5 месяцев по показаниям тензометриче­ ской системы отмечалось дальнейшее развитие пластической деформации в рядом стоящей анкерной свае. Одновременно происходило некоторое перераспределение интенсивности реак­ тивного давления грунта на стенку, что вполне закономерно, так как развитие пластической деформации в анкерующем эле­

№ 142451.— «Бюллетень изобретений», 1961, № 21.

105

в анкерной свае стабилизировалась (в результате вступления в работу соседних, менее загруженных свай), и интенсивность реактивного давления ползучего грунта на стенку системати­ чески уменьшалась во времени. Иллюстрацией этому служит сопоставление данных■последнего измерения давления грунта (рис. 60, г) с результатами предшествующего замера (рис. 60,в).

Натурные исследования одноанкерной железобетонной стен­ ки на ползучем основании ограниченной мощности, конструк­ ция которой изображена на рис. 10, в, отчетливо показали за­ висимость ее напряженно-деформированного состояния от вре­

106

мени. На рис. 61, а представлен график приращения прогибов шпунта Ду, фиксировавшихся в трех точках, расположенных на отметках +2,8, +1,8 и +1,3 м, с помощью приставных прогибомеров конструкции автора. Верхняя, средняя и нижняя точки измерения удалены от верха стенки соответственно на 4,5; 5,3 и 6 м.

Как видно из графика, с течением времени происходит на­ растание прогибов шпунтовой стенки, в связи с чем увеличи­ ваются и напряжения в ней. На рис. 61,6 представлен график увеличения во времени наибольшего изгибающего момента в шпунтовой стенке, построенный с использованием данных гра­ фика рис. 61, а. Действующие в конструкции напряжения ме­ няются во времени достаточно существенно: за период в 1440 су­ ток, т. е. за 4 года, изгибающий момент в стенке увеличился более чем на 3 тс-м, или на 32% по отношению к его перво­ начальной величине.

Механизм изменения напряжений в тонкостенных подпор­ ных конструкциях на ползучих основаниях ограниченной мощ­ ности состоит в том, что по мере «отползания» ползучего грунта в реактивной зоне перед стенкой происходит релаксация реак­ тивного давления на нее, что сопровождается нарастанием про­ гибов и напряжений в стенке.

Вопросы проектирования тонких подпорных стенок на пол­ зучих основаниях отличаются достаточной сложностью. От про­ ектировщика требуется отчетливое понимание сущности явле­ ний и процессов, протекающих при взаимодействии сооруже­ ния с ползучим грунтом, для чего необходимо иметь ясное представление о реологических свойствах грунтов.

Ползучая сдвиговая деформация глинистых грунтов у в об­ щем случае развивается по одному из путей, показанных на гра­ фике рис. 62, а: 1) неустановившаяся ползучесть завершается затуханием неравновесного процесса (кривая /); 2) с некото­ рого момента ползучесть приобретает установившийся незату­ хающий характер (кривая II); 3) неустановившаяся ползучесть переходит в прогрессирующую и завершается разрушением ма­ териала (кривая III). Кроме того, возможен случай, когда грунт обладает начальным порогом ползучести, вследствие чего при нагрузке, меньшей тПор, неравновесный процесс не начинается (прямая IV).

Теоретическая реология, являющаяся научной основой при­ кладной механики ползучих тел, рассматривает некоторые идеа­ лизированные объекты, воплощающие в себе наиболее сущест­ венные механические свойства реальных материалов и носящие название реологических моделей. Иными словами, предметом изучения в ней служат механические модели ползучих сред, которые дают возможность анализировать закономерности про­ текающих в них неравновесных процессов. Выбор реологической модели, отражающей влияние различных факторов на напря-

107

женно-деформированное состояние материала, должен базиро­ ваться на экспериментальных исследованиях взаимосвязи ме­ жду параметрами напряженного и деформированного состояний среды с учетом фактора времени, а в случае дисперсного мате­ риала— также и на результатах анализа макро- и микроструктурных преобразований в процессе ползучести.

Ползучие глинистые грунты обладают характерным свой­ ством— при пластических деформациях слагающие их структур­ ные элементы изменяют ориентацию. Этот процесс в значитель­ ной мере определяет закономерность ползучести и влечет за собой изменение во времени ряда механических свойств грунта, что, в частности, заставляет принимать во внимание изменение его «длительной прочности».

Эксперименты показывают, что чешуйчатые глинистые ми­ нералы, первоначально имеющие изометрическую ориентацию, в процессе пластической деформации грунта поворачиваются в направлении, совпадающем с направлением поверхностей скольжения или весьма близком к нему. Направление их конеч­ ной ориентации совпадает с направлением линии скольжения или отличается от него на некоторый угол я/2—бдр, обусловлен­ ный длинами и толщинами частичек грунта (здесь Фпр — пре­ дельный угол поворота частиц).

Реологическая модель реального глинистого грунта должна, очевидно, учитывать возможность проявления каждой из пере­ численных выше закономерностей развития ползучести грунтов и объяснять их известные особые свойства. К числу таких свойств относятся: изменение во времени сопротивления грунта сдвигу (наличие длительной прочности [24, 55, 56]), возникновение

109

разрушения при одной и той же, постоянной для данного грунта, относительной деформации у11 при действии разрушаю­

иллюстрирующая указанные выше стадии ползучести и специ­ фические механические свойства глинистых грунтов. Символы, относящиеся к составным элементам модели, обозначают, как обычно [16]: В — ньютоновскую вязкую жидкость, ПКП — пла-

стическое тело Кулона—Прандтля, У — тело Гука, —-----вязко-

перекашивающийся элемент, учитывающий переориентацию ча­ стиц и агрегатов, слагающих глинистый грунт. После заверше­

ности Ti. Анализируя реологическую модель, можно видеть, что качественная картина ползучести грунта в зависимости от ве­

(ПКПп), моделирующего начальную пороговую нагрузку), то ползучесть отсутствует (линия IV на графике).

При т > тПОр протекает процесс ползучести, сопровождаю­ щийся переориентацией слагающих грунт частиц. Этому пе­ риоду соответствует уравнение состояния

щий связь между действующей нагрузкой и скоростью дефор­ мирования на стадии неустановившейся ползучести.

Если после завершения переориентации структурных элемен­

пластичности элемента ПКП), ползучесть приобретает устано­ вившийся характер и протекает с интенсивностью, определяе­ мой выражением

т = т1 + тпор + г1 , (86)

где ri — коэффициент вязкости грунта в периоде установившейся

ползучести.

Из формулы (86) видно, что рассматриваемая модель дает в периоде установившейся ползучести закон Бингама—Шве­ дова, но с порогом ползучести, являющимся функцией среднего давления аСр, поскольку, как известно [73], выражение для тПор

ПО