e

Рис. 1. Деформации ползучести грунта:

а – незатухающей; б – затухающей

На кривой ползучести можно выделить три основные стадии.

Стадия I (отрезок ab) – стадия неустановившейся ползучести. Важное значение в развитии стадий ползучести имеет перестройка структуры грунтов, возникновение и развитие микротрещин. При действии внешних нагрузок жесткие связи постепенно разрушаются и в агрегатах частиц возникают микротрещины с одновременным появлением новых водно-коллоидных и молекулярно-контактных связей за счет уменьшения расстояния между частицами. Первая стадия характеризуется закрытием существующих микротрещин, которое сопровождается уменьшением объема грунта.

Стадия II (участок bc) – стадия установившейся ползучести или пластического течения с постоянной скоростью деформирования . В ней происходит перестройка структуры при неизменном объеме грунта и вязкая деформация (в основном водно-коллоидных оболочек, прочно связанных с минеральными частицами грунта). Нарушение жестких или полужестких связей полностью компенсируется возникновением новых водно-коллоидных и молекулярно-контактных связей. В результате указанных процессов формируется новая структура грунта, которая в меньшей степени сопротивляется действию внешних сил.

Стадия III (отрезок cd) – стадия прогрессирующего течения. Характеризуется все нарастающей скоростью деформации . В ней увеличивается объем грунта и уменьшается его сопротивление внешним нагрузкам. Это происходит вследствие появления новых микротрещин, которые развиваются и обуславливают возрастающую деформацию. Это приводит грунт в хрупкое разрушение или вязкое течение, которое сопровождается выдавливанием его в стороны от нагруженного участка.

Из опытов видно, что установившаяся ползучесть всегда переходит в прогрессирующую. Это происходит при разной длительности действия нагрузки. Чем больше время действия нагрузки, тем при меньшем ее значении достигается прогрессирующая ползучесть. При этом деформация грунта должна достичь определенного значения, характерного для данного грунта или его физического состояния.

2.2. Релаксация напряжений. Она представляет собой процесс уменьшения во времени (расслабления) действующих напряжений при неизменной деформации. В связных грунтах релаксация напряжений, обусловленная разрушением структурных связей, всегда имеет место в процессе ползучести. При этом напряжения падают не до нуля, а до постоянной величины, которая в дальнейшем сохраняет постоянное значение. В процессе ползучести сопротивление глинистых грунтов при длительных нагрузках значительно меньше мгновенного. Мгновенной прочностью s0 называется мгновенное сопротивление грунта в самом начале нагружения (рис. 2).

Различают также временную прочность st, которая изменяется во времени и характеризуется разрушением грунта за промежуток времени t.

И наконец, длительная прочность s¥ рассматривается как наименьший предел прочности при релаксации напряжений.

t

Рис. 2. Изменение прочности мерзлых грунтов во времени

2.3. Деформации ползучести глинистых грунтов. Для тугопластичных, полутвердых и твердых глинистых грунтов в практике большое значение имеет затухающая ползучесть. Прогрессирующую ползучесть оснований допускать нельзя, так как она приводит к аварийному состоянию зданий и сооружений. Что касается установившейся ползучести, то она может быть допущена в отдельных случаях для сооружений, у которых величина деформаций приемлема за срок его существования. Затухающая ползучесть бывает в основаниях сооружений только при такой величине внешних давлений, которая соответствует наступлению стадии пластично-вязкого течения. При этом коэффициент вязкости глинистых грунтов возрастает. Это вызвано тем, что в процессе затухающей ползучести происходит уплотнение и упрочнение водно-коллоидных оболочек минеральных частиц, закрытие микротрещин и, следовательно, возникновение новых структурных связей. При затухающей ползучести уравнение напряженно-деформированного состояния при однократном нагружении имеет вид

Эта формула получена на основе теории наследственной ползучести Больцмана-Вольтера и выражает деформируемость скелета дисперсных грунтов.

В формуле приняты обозначения:

e(t) – относительная деформация скелета грунта;

- мгновенная деформация скелета грунта в момент t;

- деформация, которая накапливается во времени и пропорциональна напряжению , промежутку времени действия ;