книги из ГПНТБ / Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению

каждого вертикального			давления	и ' t = f 2 (°)		для сред­
него значения		влажности-плотности,			полученного для
большого количества монолитов				(здесь х — сдвигающее
напряжение;		W — влажность; е — пористость				образца;
о- — нормальное напряжение).
Нами были исследованы различные факторы, влияю­
щие на характеристики			прочности	водонасыщенных гли­
нистых	грунтов (речной		ил из Архангельска и			Каширы,
морской	из Мурманска		и засоленные		илы оз. Сиваш).

Физические свойства этих грунтов приведены в табл. 1.4.

Ил из района	А "
	ч И
	а0J"
	•Г; й>
	Л га
Мурманска .	2,77
Архангельска	2,68
оз. Сиваш .	2,64
Каширы . .	2,6

g *	Влажность %в
«А
а «
S ta
О ш
1,98	27
1,55	72,5
1,68	39,3
1,6	56

			Таблица 1.4
Пределы		Степень влажности	Коли чест-
пластичности
	в %		во орга­
			нических
	w		вещ еств
			в %
	р
22	17	1
75,6	39,2	1	5,6—9,4
35,6	18,7	0,98
52,4	29,2	1	4,8

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

X,	кгс/см'
				Щ-0,002	мм/нш^у
				0,05
				1,25
	i /i' / ІIi'\Лi n S		\\	\
I/		п	\\	\
			II		S, кгс/см	2
	0,5		1	1,5

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-

поровича — С. И. Мигина		определяли поровое		давление.
Образцы грунта в стабилометре нагружали			всесторонним
давлением	ступенями по	0,05—0,1 кгс/см2	до	заданных
в опытах	величин (0,25;	0,5; 1 и 1,7 кгс/см2).		Отдельно

был поставлен эксперимент при отсутствии всесторонне­ го давления.

42

После достижения в опытах стабилизированной

вели­

чины

порового давления

образец

раздавливали

верти­

кальным

давлением,

прилагаемым

ступенями

по

0,1 —

0,2

кгс/см2

со

стабилизацией

вертикальных

деформаций

от

каждой

ступени.

В

про­

цессе

опыта

измеряли

вер­

а, кгс/см*

тикальные

деформации

и

поровое

давление. За

услов­

ный

предел

стабилизации

принималась

скорость

вер­

тикальной

деформации

0,01

мм/мин.

Опыт

заканчивался

разрушением

образца.

Для

наименьшего

нару­

шения

структуры

грунта

об­

кгс/см*

разцы

вырезали

тонкой

струной.

При

подготовке

к опыту

образец

помещали

в

камеру

прибора

внутри

полости,

об­

разованной резиновой

обо­

лочкой

обычно

толщиной

0,2

мм

(в

нескольких

опы­

тах

была

использована

обо­

лочка

толщиной

0,5

мм).За­

тем заполняли

полость

де­

газированной

водой под

ва­

куумом

порядка

100 —

Рис. 1.7. Зависимость

поро­

200

мм

рт. ст. у

вертикаль­

вого давления и и относи­

ного штампа

прибора. Пос­

тельной

вертикальной

де­

ле

заполнения

полости

во­

формации

е

от

разности

главных напряжений (о"і—0"3)

дой

перекрывали

отверстие,

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

бышева	(на	стабилометрах, описанных				выше)	и
в лаборатории		Фундаментпроекта		(на	стабилометре
«Фарнелл-301).		Для этих	опытов	образцы-близнецы
были вырезаны		из больших	монолитов		размером		25Х
Х 7 0 Х 9 0	см. Из одного монолита			удавалось		вырезать

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

			'А1,5	5%
	S	1 i l l
О	0,5	1		6, кгс/см2
Рис. 1.9.	Зависимость между характеристиками			прочности грунтов

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

ции грунтов этой	разновидности	при	давлении	до
2 кгс/см2 составлял	14,5—18,3 кгс/см2	(по	данным	ком­
прессионных испытаний).

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

	„	_	( g a — gl) — (<*2 — °з)
				0 - , - С з
где аъ	а2 , а3 —главные напряжения. Причем в данном
случае	принимается,		что а 1 ^ > с т 2 > а 3 . При \іа = — 1 вы­
полняется условие		сг2	= а 3	< о^; при = + 1а% —а і > °з-
Для	оценки величины			объемной деформации образца

в предположении относительной малости наблюдаемых

деформаций использовалось			соотношение
		/ 8 = е 1 +	8 2 + е з >
а для оценки величины деформации формы
где	гъ	е2 , е 3 — главные относительные		деформации.
	Опыты	проводились на	стабилометре	конструкции

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

Образцы загружали малыми ступенями давления,

равными 0,05 кгс/см2.		Это позволило	исключить влияние
скорости нагружения		образцов и процесса консолидации
на результаты исследований прочности грунтов.
Эксперименты проводились следующим обр-азом. Из
монолита размером 0,7X0,7X0,7 м вырезали				15—18 об­
разцов-близнецов	цилиндрической		формы	диаметром
6 см и обжимали	их гидростатическим давлением, рав­

ным 0,2; 0,5 и 1 кгс/см2, а затем увеличивали вертикаль­ ное давление до разрушения образца.

Другую партию образцов, вырезанных из того же монолита, после гидростатического обжатия указанным выше гидростатическим давлением разрушали, увели­ чивая горизонтальное давление при неизменном верти­ кальном давлении.

Результаты проведенных исследований показали, что параметры прочности грунта, определенные как по пер­ вой, так и по второй методике для илов второй разно­ видности (ф—4—5°), оказались практически одинако­ выми, что свидетельствует о несущественном влиянии промежуточного главного напряжения на параметры прочности грунта.

Для илов первой разновидности (<р = 20°) характе­ ристики прочности, определенные по первой и второй ме­ тодикам, оказались различными, что предполагает влия­ ние промежуточного главного напряжения на прочность грунта.

Для проверки проведенных исследований были по­ ставлены опыты по схеме чисто девиаторного нагруже­ ния образцов ила (оз. Сиваш) первой разновидности при сохранении постоянным в опыте после окончания гидро­

статического	обжатия	параметра ц 0	= 4 - 1 ;	—1 и	ве­
личине гидростатического обжатия Іа			= const = 6 и Іа		=
= const = 9 кгс/см2. Опыты производились				на приборе
трехосного	сжатия	конструкции	Г. М. Ломизе,
А. Л. Крыжановского,		Э. И. Воронцова (1969 г.), допу­

скающем независимое регулирование трех главных на­ пряжений; относительные деформации измерялись по трем ортогональным направлениям.

Напряжения в опытах изменяли малыми ступенями, чтобы исключить влияние на измерение скорости нагру­ жения и незавершившихся консолидационных процессов. Результаты опыта иллюстрируются графиками на рис. 1.10 и 1.11.

48

Представленные па рис.		1.10	зависимости II a~f(II				а)
получены из опытов при / а	=	9 кгс/см2		и	\іа,	равном	+ 1
и —1 соответственно. Графики			IIъ — f(II0)			получены	по
результатам опытов при Іа	= 6		кгс/см2	и	\іа	соответст­
венно равном + 1 , — 1 .
Диаграммы / / е = / ( / / а )		подтверждают				перекрестное

влияние на деформацию формы слабого илистого грунта

девиатора напряжений	и гидростатического обжатия.
а) 1І6, кгс/смг	щ I' Ю'т

0	4	8	f2	16	1Іе ІО'2
Рис. 1.10. Графики			зависимости		между инвариантами деформаций
и напряжений

Влияние пространственного напряженного состояния (параметра \іа) оказывается переменным. Оно сущест­ венно увеличивается при приближении образца к разру­

шению, которое наступает	при дІІа/дІІе=0,	что под­
тверждает предположение	о влиянии промежуточного

главного напряжения на прочность илов второй разно­ видности.

Для поведения илов первой разновидности										при де­
формации		характерно		то, что сопротивление					деформа­
ции	формы	при параметре | i			ö	= + 1	больше,			чем при
р.^ =	— 1. Испытания песчаных				грунтов,		а	также		глини­
стых	грунтов природной			и нарушенной			структуры дали
противоречивые с этой точки зрения результаты.
На рис.		1.10,6	представлены			графики		зависимости
/g =	Ф ( / / 0 ) . Эти		зависимости		применительно				к	слабым

грунтам подтверждают дилатантные свойства дисперс­ ных сред, т. е. возникновение объемной деформации за счет действия девиатора напряжений. Причем объемная

4—1

49