1400

Уравнение (III.3) не учитывает влияния среднего главного на­ пряжения аср = - 1 +-°2 + величина которого в случае испыта-

ния мерзлого грунта на трехосное сжатие (в стабилометре) будет

влияние среднего главного напряжения для мерзлых грунтов, не­ одинаково сопротивляющихся сжатию и растяжению, может быть весьма существенно.

При учете среднего давления оср реологическое уравнение на­ пряженно-деформированного состояния мерзлых грунтов принима­ ет следующий вид:

уравнение теории наследственной ползучее- учете аср), построенный

ни зависит не только от величины напряже­ ния в этот момент, но и от истории предшествующего деформиро­ вания.

При непрерывном загружении (или при постоянной нагрузке) полная относительная деформация е будет складываться из мгно­ венной деформации еМшИ деформации ползучести еи т. е. е = еМГн+

* С. С. В я л о в . Пластичность и ползучесть связной среды. Сб. «Доклады к VI Международному конгрессу по механике грунтов». Стройиздат, 1965.

ление мерзлых грунтов трехосному сжатию», п. 4. Сб. «Мерзлотные исследова­ ния». Изд-во МГУ, 1964.

*** См. сноску * на стр. 119.

+ et, что по теории наследственной ползучести в общем виде опи­ сывается уравнением

торая принимается пропорциональной действующему напряжению a(t0), времени действия нагрузки dt0 и некоторой убывающей функ­ ции K(t—to), которая называется ядром ползучести.

Ядро ползучести характеризует влияние на деформацию в мо­ мент времени t нагрузки, приложенной ранее в момент t0, и равно

изменяющейся во времени скорости ползучести при постоянном напряжении, отнесенной к единице действующего напряжения.

Отметим, что ранее приведенное степенное уравнение (III.2) для полной деформации представляет частный случай уравнения

(III.5) при m= 1.

В зависимости от аналитического выражения для ядра ползу­ чести, уравнение (III.5) сможет описывать как процесс затухаю­ щей, так и незатухающей ползучести.

Приведем выражения для ядер затухающей ползучести, -полу­ чивших применение на практике:

Отметим, что ядро (К\) экспоненциальное, на основании обшир­ ных экспериментальных исследований проф. С. Р. Месчана -в Ерева­ не, наших в МИСИ и др., хорошо описывает затухающую ползучесть

См. ниже § 5.

•* Ю. К. 3 а р е ц к и й. О реологических свойствах пластично-мерзлых грун­ тов. «Основания, фундаменты и механика грунтов», 1971, № 2.

5) ядро экспоненциальное, но в сумме с постоянной скоростью (<?о), т. е.

Д-5(/) = 8е-М + ^0. (III.6IV)

Отметим, что теория наследственной ползучести позволяет ис­ пользовать для ядра ползучести любое уравнение, описывающее из­ менение во времени скорости ползучести, отнесенной к единице дей­ ствующего напряжения, если оно для данного вида грунта оправ­

Характер изменения скорости деформации во времени, соответ­ ствующий ядру Кб, показан на рис. 59.

В случае превалирующего значения в процессе ползучести мерз­ лых грунтов стадии пластично-вязкого течения с практически уста­ новившейся постоянной скоростью деформирования (течения) ста­ дию неустановившейся ползучести (отрезок аб, рис. 53) при рас­ смотрении достаточно больших промежутков времени можно не учитывать и тогда реологическим уравнением напряженно-деформи­ рованного состояния льдистых мерзлых грунтов может служить за­ висимость установившейся скорости течения от величины действую­

щий от температуры мерзлого грунта; оо — начальное напряжение, до величины которого еще не «возникает пластично-вязкое установив­ шееся течение, или так называемый порог ползучести; п — безраз­ мерный коэффициент больший или равный единице.

Величина порога ползучести Оо, как показывают опыты, несколько больше предела длительной прочности, т. е. ао^<хдл.

Если принять оо= сгдл, п= 1 и коэффициент .вязкости постоянным, т. е. T)i,0 =r)O, то уравнение (Ш.7) примет вид известного уравнения Бингама — Шведова для течения пластично-вязких тел, а именно:

(Ш.7')

где rio— истинное значение коэффициента вязкости.

Наконец, для льда можно положить, что одл—0, а п ф 1 , тогда уравнение (Ш.7 ) принимает более простой вид, неоднократно с ус­ пехом применявшийся при прогнозе течения ледников:

Применимость приведенных выше уравнений реологического на­ пряженно-деформированного состояния (III.1) — (Ш.7) для мерз­ лых грунтов хорошо подтверждена результатами непосредственных опытов *

В настоящее время уже детально разработана (главным обра­ зом в НИИОСП) и методика испытания мерзлых и вечномерзлых грунтов на ползучесть при простом** и сложном их напряженном состоянии ***; поэтому в следующих параграфах настоящей работы мы опишем лишь определения параметров реологических уравнений состояния мерзлых грунтов, наиболее часто применяемых на прак­ тике.

§4. О релаксации напряжений в мерзлых грунтах

ипредельно-длительной прочности

Необходимость учета фактора времени при оценке прочности мерзлых грунтов была доказана нашими опытами еще в начале 30-х годов текущего столетия, когда было установлено, что сопро­ тивление мерзлых грунтов внешним силам в высокой степени зави­ сит от времени действия нагрузки и скорости ее возрастания — чем медленнее возрастает нагрузка на образец мерзлого грунта (напри­ мер, при испытании на сопротивление сжатию или сопротивление сдвигу и т. п.), тем меньшая требуется нагрузка для его разруше­ ния. Снижение прочности мерзлых грунтов при действии на них по­

* 1. С. С. В я л о в , С. Э. Г о р о д е ц к и й , Ю. К. З а р е ц к и й [и др.]. Прочность и ползучесть мерзлых грунтов и расчеты льдогрунтовых ограждений. Изд-во АН СССР, 1962;

тодика определения характеристик ползучести, длительной прочности и сжимае­ мости мерзлых грунтов. НИИОСП. Изд-во «Наука», 1966.

*** С. С. В я л о в , С. Э. Г о р о д е ц к и й , Н. К. П е к а р с к а я . Рекомен­ дации по определению длительной прочности и ползучести мерзлых и оттаиваю­ щих грунтов. Изд. НИИОСПа, 1970.

Кривые длительной прочности строят, используя кривые ползу­

чести (например,показанные на рис. 57, а).

По кривым незатухающей ползучести (рис. 60, а) определяют моменты времени, соответствующие началу возникновения возрас­ тающих скоростей, т. е. моменты времени, когда начинается про­ грессирующее течение (излом кривых ползучести, соответствующих различным напряжениям). По полученным данным строят кривую длительной прочности (рис. 60, б). Начальная ордината этой кривой соответствует мгновенной прочности мерзлого грунта Омгп. ордината

для любого времени V — прочнос­

Рис. 60. Построение кривой длитель- честь будет незатухающей, а при

ром еще не возникает прогрессирующего течения.

Отметим, что релаксация сдвигающих напряжений г кГ/см2 бу­ дет описываться кривой длительной прочности, совершенно анало­ гичной кривой на рис. 60, б.

Предельно-длительное сопротивление мерзлых грунтов можно определить и «©посредственно по результатам одного испытания мерзлого грунта.

Существует два метода: 1— известный метод шарового штампа (шариковой пробы), предложенный автором еще в 1947 г.* для исследования сил сцепления и определения предельно-длительного сопротивления мерзлых грунтов, и 2 — динамометрический метод, разработанный С. С. Вяловым (1964 г.) **

Наиболее простым методом является испытание мерзлого грунта шаровым штампом, которое производится на специальном приборе (рис. 61) при строгом сохранении отрицательной температуры мерз­ лого грунта: в криостате, в морозильной камере или в криологиче­ ской подземной лаборатории (простейшей конструкцией может

служить соответственно оборудованный шурф, выполненный в веч­ номерзлой толще).

Н. А. Ц ы т о в и ч. Определение сил сцепления мерзлых грунтов по методу ^шариковой пробы. «Фонды Института мерзлотоведения АН СССР», 1947.

** С. С. В я л о в . Авторское свидетельство № 161133 от 21—1—64.