5.1. Релаксація напруженнь і тривала міцність зв'язних грунтів

Фізичні передумови. Оскільки у фазі повзучості деформації глинястих ґрунтів наростають у часі, то для підтримки певної величини деформації потрібна все менша з часом величина напруг. Процес зменшення у часі діючих напружень при незмінній деформації носить назву релаксації. Релаксація напруг, обумовлена руйнуванням структурних зв'язків у зв'язних (глинястих, мерзлих і т. п.) ґрунтах, у процесі повзучості завжди має місце, коли величини напруги падають не до нуля, а лише до деякої величини яка надалі залишається постійною.

Слід розрізняти наступні харак­терні показники міцності ґрунтів: миттєву міцність - практично миттєвий о­пір ґрунту на самому початку завантаження; тимчасову, тобто що змінюється у часі міцність, що викликає руйнування ґрунту за певний проміжок часу t, і тривалу міцність або якнайменшу межу міцності при релаксації напруг, нижче за яку опір не знижується.

Зниження напруг при незмінній деформації (релаксація) для ґрунтів різ­ної структури і консистенції вельми різний: для твердих і напівтвер­дих глин - до 10 - 20%, для пластичних - до 30 - 60% і текучьопластичних - до 80%, а для льодистих мерзлих і вічномерзлих ґрунтів - у 5 разів і більш.

Дослідження релаксації напруг і визначення тривалої міцності ґрунтів можуть бути виконані декількома ме­тодами: 1 - метод прямого вимірювання релаксації напруг; 2 - метод динамометричного визначення зміни міцності і 3 - метод ша­рикового штампу.

Перший метод застосовують, головним чином, при дослідницьких лабораторних роботах, оскільки він вимагає тонкої вимірювальної апаратури; другий і третій - прості методи дають можливість майже автоматично визначати тривалу міцність ґрунту по одному монолітному зразку зв'язних ґрунтів; їх можна рекомендувати для застосування на практиці як вельми зручні і вимагаючи незначного (хоча дещо більш тривалого) часу, причому останній метод - кулькова проба - з успіхом застосовується на практиці.

Причиною релаксації напруг ґрунтів згідно проведеним дослідженням слід рахувати перехід з часом частини пружних деформацій (оборотних) у пластичні необоротні переважно за рахунок зниження сил зчеплення ґрунтів.

5.2. Деформації повзучості грунтів і методи їх опису

Затухаюча повзучість. Істотне значення для практики (особливо при тугопластичних, напівтвердих і твердих глинястих ґрунтах) мають затухаюча повзучість (стадія 1 на мал. 5.1) і в деяких випадках стала повзучість (стадія 2, мал. 5.1) або пластично-в'язка з постійною швидкістю течія ґрунтів; прогресуючу течію (стадія 3, мал. 5.1) у підґрунтях у жодному випадку допускати не можна, оскільки вона веде до катастрофічних деформацій.

При дослідженні затухаючої несталої повзучості ґрунтів необхідно розрізняти об'ємну повзучість (має місце при місцевому або загальному стисненні, наприклад при компресії) і повзучість при зсуві при постійно діючих горизонтальних зусиллях у підґрунтях споруд (наприклад, підпірних споруд - стінок, гребель, дамб і т. п.). Затухаюча повзучість має місце лише при зовнішньому тиску, що не перевищує визначеної вели­чини, відповідної настанню стадії пластично-в'язкої течії. У процесі затухаючої повзучості коефіцієнт в'язкості глиняс­тих ґрунтів увесь час зростає унаслідок ущільнення і зміцнення водно-колоїдних оболонок мінеральних частинок, закриття мікро­тріщин і виникнення нових структурних зв'язків.

В’язкоповзуча деформація виникає унаслідок деформації повзучості скелета ґрунту, причому найбільш застосовною для глинястих ґрунтів теорією повзучості є інтег­ральна теорія лінійної успадкованої повзучості (Больцмана - Вольтерра), вона має найбільшу спільність у порівнянні з багатоелементними моделями реології повзучості.

Стала повзучість при зсуві. Для багатьох підпірних споруд, що піддаються постійній дії зсуваючих сил (набережні, дамби, захищаючі греблі, підпірні стінки і т. п.) істотне значення набуває стала повзучість грун­тів при зсуві. Зміна у часі відносної деформації зсуву при дії постійного зсуваючого навантаження зобразиться кривій, подібній мал. 5.1а.