8. Основные физико-механические свойства грунтов

Мех. свойства горных пород определяют их поведение под воздействием внешних усилий – нагрузки. В песчаных и др-х обломочных и глинистых породах при этом происходит изменение внутреннего сложения и объема (уплотнение), т.е уменьшение пористости и увеличение концентрации минер-х частиц в единице объема. Чем значит. эти изменения пород под воздействием определенной нагрузки, тем большей деф-стью они обладают. Когда под влиянием внеш. усилий в породах возникают касательные силы, превышающие сопротивление сдвига, порода начинают разрушаться, наступает потеря прочности. Следовательно, мех-кие свойства песчаных и глинистых пород как и любых других, характеризуются их деформируемостью и прочностью. Их выражают деформ-ми и прочн-ми показателями: дефор-сть – показателями сжимаемости (деформ-сти), а прочность – сопротивлением сдвигу. Они позволяют прогн-ть осадки сооружений, определять устойчивость пород в их основании, а при конструировании фундаментов предельно использовать несущие способность грунтов. Сжимаемостью породы называют ее способность к уменьшению объема под воздействием нагрузки. Прочностные свойства пород определяются рядом показателей, относящихся к категории прямых расчетных показателей. Прочность пород характеризуется способностью сопротивляться сдвигающим усилиям (сопротивление к сдвигу). Сдвигом называется процесс деформации и разрушения породы вследствие смещения одной ее части относительно другой. Сдвиг по данной площадке вызывается касательным напряжением к ней. Сопротивление сдвигу зависит от величины вертикальной нагрузки, приложенной к образцу. Физ-мех св-ва скальных и полускальных пород подразделяются также на физические, водные и механические. Глав-ми физ-ми св-вами этих пород является плотность и пористость, кроме того у полускальных пород имеет значение влажность. Для хар-ки физ-го состояния скальных и полускальных пород решающее значение имеют: степень их выветрелости, трещиноватости и закарстованности. Водные свойства главнейшие: водоустойчивость, влагоемкость и водопроницаемость.[1]

9. Релаксация

При нагружении постоянной силой F возникают деформации, развивающиеся во времени. Для прекращения развития этих деформаций необходимо уменьшать силу по некоторому закону F(t).Уменьшение во времени напряжения, необходимого для поддержания постоянной деформации называется релаксацией(расслаблением) напряжений. С позиции статистической физики релаксацию можно рассматривать как процесс установления статистического равновесия в физической системе, когда микроскопические величины, характеризующие состояние системы (напряжения), асимптотически приближаются к своим равновесным значениям. Характеристикой явления расслабления напряжений является время релаксации, равное времени за которое напряжение уменьшается в e раз, которое характеризует продолжительность «осёдлой жизни» молекул, т. е. определяет подвижность материала. Время релаксации различно у разных тел. Для скальных грунтов время релаксации изменяется сотнями и тысячами лет, для стекла — около ста лет, а для воды — 10-11 с. Например, горные породы, формирующие земную кору, обладают временем релаксации измерямым тысячелетиями, у воздуха 10-10, у воды 10-11, у льда сотни секунд. Если продолжительность действия сил на грунт меньше периода релаксации , то будут развиваться в основном упругие деформации. Таким образом, в пределах 100-1000 секунд лёд ведёт себя как упругое тело (например, хрупко разрушается при ударе в условия большой нагрузки). При уменьшении нагрузки лёд течёт как вязкая жидкость. Аналогичное поведение - хрупкое разрушение при быстром приложении нагрузки и вязкое течение при длительном воздействии нагрузки–отчётливо проявляется у мерзлых грунтов.[2]

Если же время действия силы на грунт превышает время релаксации, то в грунте возникают необратимые деформации ползучести и течения. Иными словами, в зависимости от отношения времени действия силы ко времени релаксации тело будет вести себя как твердое или как жидкое. Период релаксации является" основной константой, объединяющей свойства твердых и жидких тел. Величина времени релаксации может быть определена из отношения вязкости к модулю упругости (сдвига): Для твердообразных тел, к которым относятся дисперсные и скальные грунты, характерно наличие предельного напряжения сдвига Хк, называемого пределом текучести и совпадающего с пределом упругости.[1]