4.6 Грунттардағы реологиялық құбылыстар

«Реология » деп түрлі материалдардың сыртқа тұрақта жүктің әсерінен туындайтын деформацияларының уақыт бойынша созылуын зерттейтін ғылымды атайды (грекше «рео»- ағу). Негізінде бұл ғылымның мынадай үш бағытын атап көрсетуге болады:1) материалдардың уақыт бойынша өте баяу дамитын «жылжу деформацияларын» зерттеу; 2) материалдардың деформациясы тұрақталған жағдайда кернеулердің бәсеңдеу құбылысын (азаюын), яғни «кернеулердің релаксациясын» зерттеу; 3) сыртқы жүктің әсері ұзақ уақытқа созылған жағдайда материалдардың беріктігін азайту қасиетін, яғни «материалдардың ұзақ беріктігін» зерттеу.

Грунттардың беріктік дәрежесінің уақыт бойынша кемуін бағалаудың есептеу, жобалау ісіне олардың қажетті сипаттамаларын дұрыс қабылдау үшін маңызы өте зор. Кейбір грунттарда түсірілген жүктердің белгілі бір шамаларына байланысты жылжу деформацияларының дамуы үйлер мен ғимараттардың іргетастарының қауіпті шөгуінің басты себептері болуы мүмуін. Мысалы, эксперименттік зерттеулердің нәтижелері бойынша (МИСИ, 1965), нығыздалған балшықтардың жылжу деформациясы олардың фильтрациялық консолидациясының шамасының 36-165% дейін жеткен. Әсіресе іргетастардың негізі ретінде қиың иілгіш , жартылай қатты және қатты балшықтар қолданылған жағдайларда осындай дефор.төмен есептесуге тура келеді.

Бұл тарауда реологиялық құбылыстар негізінен балшықта грунттар үшін қарастырылады,. Осындай құбылыстар суға қаныққан балшықтарды фильтрациялық консолидациямен бірге басталып, грунттың сүзілмелі нығыздалуы аяқталғаннан кейін де тоқтамай әрі қарай ұзақ уақытқа ұласа береді екен. Сөйтіп грунт қаңқасының жылжу деформациясын «таза күйде »тек қана фильтрациялық консолидация толық аяқталғаннан кейін ғана мүмкін болады.

Балшықты грунттарды мынадай екі негізгі реологиялық құбылыстардың өтуінің «физикалық себептерін» қарастырайық :кернеулер релаксациялары және жылжу деформациялары.

Бірості және үшості сығу, ығыстыру, бұрау арқылы жүргізілген сыңаулардың нәтижелері көрсеткендей, балшықты грунттардың сыртқы күштерге қарсыласуы жүктің әсер ету уақытына тәуелді болады: егер жүк тез әсер ететін болса, грунттың қарсыласу шамасы үлкен болады, ал жүктің шамасы баяу өсіп, оның әсері көп уақытқа созылса грунттың физикалық күйі өзгермеген жағдайда, ұзаққа созылатын жылжу деформацмясы дамиды.

Жоғарыдағы тарауларда айтылғандай, балшықты грунттар көбінесе мынадай екі текті ішкі байланыстар бар өте күрделі дисперсті денелердің жүйесі болып табылады:қатқыл-цементті кристалды және тұтқыр-суолы коллоидты.

Сыртқы жүктердің әсерінен грунттың ішкі қатқыл байланыстары біртіндеп бұзылып (әуелі мықтылары, сонан соң осалдары), қатты түйіршіктерде микрожарықшалар пайда болады да, сонымен қатар жаңадаң сулы-коллоидты және молекулярлы-түйіспелі байланыстар түзіліп, олардың маңызы грунттың бөлшектерінің арасы өзара жақындаған сайын арта түседі. Сөйтіп осының нәтижесінде деформациялану барысында грунттың беріктігі біртіндеп төмендейді.

Енді балшықты грунттың физикалық күйі өзгермеген жағдайдағы (фильтрациялық консолидация аяқталған сәттен кейін) іргетасқа түсірілген алғащһшқы шекті жүктің әсерінен уақыт бойынша деформамациялануын қарастырайық (4.7, а-сурет)

1-кезең (ab кесіндісі) –тұрақтанбаған жылжымалық кезеңі. Бұл кезеңде грунттың көлемінің кішіреюі мүмкін ететін бұрын болған микрожарықшалардың жабылуы (азаюы) байқалады. Сондай-ақ жылжу деформациясының даму барысы өшетіндей заңдылықпен өзгереді

2- кезең (bc кесіндісі) –тұрақтанған жылжымалық кезеңі немесе грунттың тұрақты жылдамдықпен деформацияланып, пластикалық иілімді ағу кезеңі. Бұл кезеңнде грунттың көлемі өзгермей , оның құрылымының орынауыстырып, өзгеруі байқалады, сондай-ақ бұрынғы қатқыл немесе жартыла йқатқыл құрылымдық байланыстардың бұзылуы жаңадан түзілетін сулы-каллоидты және молекулярлы-түйіспелі байланыстармен толығымен қалпына келтіріледі. Сонымен грунттың жаңа құрылымы түзіліп, оның сыртқы күштің әсерінен қарсыласуы уақыт өткен сайын төмендей түседі.

3- кезең (cd кесіндісі) – өршіген жылжымалық кезеңінде грунттың уақыт бойынша деформациялануы қарқынды жылдамдықпен дамиды. Бұл кезеңде грунттың бұрыңғы микрожарықшаларымен және басқа да ақауларымен қоса қатты түйіршіктерінде жаңадан жарықшалар пайда болып, олардың саны өсе түседі. Сөйтіп жалпыгрунттың көлемі үлкейіп, оның сыртқы күштің әсеріне қарсыласуы едәуір төмендеп, жылжу деформациясы қатты өршиді. Осының арқасында іргетастың негізіндегі грунт жан жаққа жылжып, көшіп, жер бетіне сусып шығып, ғимараттың көп мөлшерде шөгуін тудыруы мүмкін. Экчперименттік зерттеулер көрсеткендей, тұрақтанған жылжымалық әрқашан өршіген жылжымалыққа ұласады. Сондықтан ғимараттардың негізіндегі грунттарда тұрақтанған және өршіген жылжымалық деформациялардың дамуы өте қауіпті болғандықтан, олардың туындауына ешқандай жол беруге болмайтынын атап өту керек.

Балшықты грунттардың деформациясы тұрақталған жағдайда олардың бойында әсер етіп тұрған кернеулердің уақыт бойынша бәсеңдеу құбылысын кернеулер релаксациясы деп атайда. Мұндай құбылыс грунттардың жылжымалық деформациялану кезіндегі ішкі құрылымдық байланыстарының бұзылу нәтижесінде пайда болады. Осындай жағдайларда кернеулер белгілі бір тұрақты шамаға дейін төмендеп, онан әрі уақыт бойынша өзгермейді. Жалпы жылжу деформациясына ұшыраған грунттардың мынадай 3 түрлі беріктігін атап көрсетуге болады (4.8 - сурет): лездік беріктік σ_о күш түсірген сәттегі грунттың қарсыласу шамасы, мерзімдік беріктік σ t уақыт t ішіндегі груттың сыртқы күштің әсеріне төтеп беру шамасы, ұзақ беріктік σ грунттың кернеулер релаксациясы кезіндегі ең төменгі шекті беріктігі.

Құрылыс тәжірибесінде ғимараттардың негізі ретінде пайданыоатын қиың иленгіш, жартылай қатты және қатты балшықтар үшін өшетін жылжымалылықтың (тек қана тұрақтанбаған жылжымыалылық кезеңімен сипатталатын) маңызы зор. (4.7-ә сурет) Әдетте мұндай жылжымалылық сыртқаы жүктің шамасы ғимараттың негізіндегі грунттың иілімді-тұтқыр ағасын тудырайтын болғанда дамиды. Осмындай жағдайда балшыұты грунттарыдың тұтқырлық коэффициенті өзгеріп ,өседі. Өйткені, өшетін жылжымалылықтың даму барысында грунттың қатты түйіршіктері тығыздалып, олардың сулы-каллоидтты қабықшылары нығайын микрожарықшалары жабылып, солардың арқасындажаңа құрылымдық байланыстар түзіледі. Өшетін жылжымалыққа ұшыраған грунттық кернеулік-деформациялық күйі мынадай теңдеумен сипатталады:

4.31

Бұл тәуелділік Больцман-Вольтердің мұралық жылжымалылық теориясына негізделіп,анықталған және грунттардың қаңқасының деформациясын көрсетеді. Мұнда: уақыт t сәтіне дөп келетін лездік деформация, E_лез- лездік деформация модулі; k(t-t_o) σ (t_o)кернеуге және күштің әсер ету уақытына тура тәуелді уақыт бойынша жинақталатын деформация; k (t-t_o)мына теңдеу арқылы анықталатын жылжымалылық ядросы:

4.32

Мұнда: жылжымалылық ядросының коэффиценті ; Бұл коэффициенттер жылжымалылықтың параметрлері деп аталады және олардың мәндері сынақтар жүргізу арқылы анықталады.

5-тарау.