СЖИМАЕМОСТЬ И ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ

Грунты и основания гидротехнических сооружений

профессор, д.т.н. П.Л.Иванов /избранные главы/

1.8 СЖИМАЕМОСТЬ И ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

За последние три десятилетия получили интенсивное развитие исследования свойств грунтов и возникающих в них процессов при действии динамических нагрузок [14]. Вибрации, сейсмика, удары и взрывы вызывают различный характер воздействий от длительно повторяющихся и плавно меняющихся во времени нагрузок до одиночных импульсов и ударных волн, при которых нагрузки на грунт возрастают практически мгновенно. Для воспроизводства таких нагрузок в лабораторных условиях применяются описанные выше (см. § 1.3) различного рода пульсаторы, вибростенды, маятниковые копры, падающие грузы, пневмопушки и др.

Сжимаемость грунтов при импульсных воздействиях. Особенности развития деформации в грунтах при динамических нагрузках наиболее широко исследовались С. С. Григоряном, Г. М. Ляховым, Н. Д. Красниковым и др.

Характер развития объемных деформаций трехфазного грунта при различных скоростях приложения и снятия нагрузки можно проследить на примере компрессионного сжатия грунта (рис. 1.52). При очень больших скоростях нагружения, или скоростях деформирования, не успевают развиться пластические необратимые деформации скелета грунта и наблюдается упругий характер деформирования (кривая 1). Уменьшение скорости нагружения и разгрузки приводит к более сложной зависимости е(а) (кривая 2). Ветвь нагружения имеет двойную кривизну, при относительно малых давлениях она обращена выпуклостью к оси давлений (влияние структурной прочности), а при более высоких давлениях — к оси деформаций. На участке разгрузки характерно некоторое увеличение деформаций грунта с уменьшением нагрузки (иногда называемое последействием). Наличие такого участка обусловлено вязкими свойствами грунтов, т. е. ограниченной скоростью протекания их деформаций. Наконец, при s=0 наблюдается горизонтальный участок восстановления во времени части деформации («упругое» последействие). Такой характер диаграммы деформирования является наиболее общим. В зависимости от особенностей структуры и фазового состава грунтов некоторые из этих участков у ряда грунтов могут отсутствовать (рис. 1.53). При статическом загружении, т. е. при скорости нагружения, стремящейся к нулю, диаграмма е(а) (см. кривая 3 на рис. 1.52) является обычной компрессионной кривой (см. рис. 1.25 и 1.26).

Из приведенных диаграмм видно, что с увеличением скорости нагружения наблюдается существенное уменьшение деформации. Причем снижение полной деформации с увеличением скорости нагружения обусловливается в основном уменьшением необратимой части деформации. При динамических воздействиях очень ярко проявляются вязкие свойства грунта в целом, его фаз и особенно скелета грунта.

Существенное влияние на процесс динамического деформирования оказывает степень водонасыщения грунта. При полном водонасыщении (s = 0) деформации малы и, например, при взрывах в полностью водонасыщенных песках имеют характер кривой 1, показанной на рис. 1.53. Даже небольшое количество защемленного газа существенно повышает сжимаемость водонасыщенного песка (кривая 2), приближаясь по мере увеличения содержания газа к сжимаемости песка при статическом загружении (кривая 3), но благодаря вязким свойствам скелета грунта меньше ее.