Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [ 37 ] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

ленного предела (предела длительной прочности, что будет рассмотрено в следующих главах), и имеет (кроме мгновенной деформации, которой по незначительности в мерзлых грунтах часто пренебрегают), как было установлено автором три стадии.

Первую стадию - неустановившейся ползучести (рис. 53, участок кривой аб), скорость деформирования в которой, в отличие от затухающей ползучести, стремится не к нулю, а к некоторой постоянной величине.

Вторую стадию - установившейся ползучести, или пластично-вязкого Течения практически с постоянной скоростью деформирования, которая может продолжаться тот или иной промежуток времени (иногда, при больших напряжениях и незначительный, а иногда весьма и весьма длительный), но всегда при достижении деформаций определенной величины и по прошествии определенного времени, необходимого для перестройки структуры грунта, переходит в третью стадию - стадию прогрессирующего течения (как автор ее назвал еще в 1939 г.), характерную все возрастающей скоростью деформирования и оканчивающуюся хрупким разрушением или пластической потерей устойчивости грунта.

В первой стадии, как показали кристалло-оптические и микроскопичные исследования, о которых мы упоминали ранее, преобладает процесс закрытия микротрещин, залечивание дефектов структуры влагой, вы ж и маемой из перенапряженных зон и вновь замерзающе ii, у м е н ь -шеи не свободной пористости за счет сдвигов частиц и частичное закрытие или уменьшение микротрещин; все это вызывает реологическое уплотнение мерзлых грунтов, достигающее ощутимых величин (по опытам Е. П. Шушер иной, для глинистого грунта при температуре е = -5---10° С и давлении до 60 кГ/см к началу стадии установившейся ползучести до 2-2,5% от объема).

Во второй стадии преобладает закрытие микротрещин, причем уменьшение свободной пористости мерзлого грунта компенсируется образованием новых, нреимущественно микротрещин iоднако, в опытах Е. П. Шушериной, С. С. Вялова и др. видимых невооруженным глазом макротрещин не обнаружено), на некоторое время (иногда и весьма длительное) наступает равновесие между залечиванием существуюшлх структурных дефектов и возникновением

Рис. 55. Перекристаллизация льда после длительного сжатия:

а - вид кристаллов до деформации и б - после деформации

* Н. А. Ц ы т о В и ч. «Принципы механики мерзлых грунтов». Изд-во АН СССР, 1952.

новых дефектов, что и обусловливает постоянство скорости деформирования и, практически, неизменяемость объема мерзлых грунтов в этой стадии ползучести.

Из компонентов мерзлых грунтов ползучесть возникает прежде всего у льда, на что требуется минимальное напряжение сдвигу, но пластично-вязкое течение у него протекает значительно медленнее, чем у минеральных прослойков, так как вязкость льда больше вязкости мерзлых грунтов.

В третьей стадии ползучести - прогрессирующей наблюдается развитие микротрешин, все ускоряющееся возникновение новых микротрещин с переходом их в макротрещины, что обусловливает разуплотнение мерзлого грунта; кроме того, ледяные включения к этому времени успевают перекристаллизоваться и переориентироваться базисными плоскостями параллельно направлению сдвигов, что значительно уменьшает сопротивление сдвигу ледяных включений, а следовательно, и всего мерзлого грунта.

Из всех стадий незатухающей ползучести мерзлых грунтов наибольшее практическое значение имеет стадия установившейся ползучести, когда мерзлый грунт вязко течет без нарушения сплошности, причем, если время перехода в прогрессирующее течение превосходит время, па которое рассчитывается существование сооружений (что обосновывается с о отв ет ств у ю щ и м прогнозом), то можно допускать возведение сооружений и на мерзлых грунтах, находящихся под действием нагрузки от сооружения в стадии пластично-вязкого течения.

Однако условия перехода стадии установившейся ползучести в недопустимую стадию прогрессирующего течения, заканчивающуюся нарушением сплошности и устойчивости мерзлых грунтов, требуют специального рассмотрения.

§ 3. Реологические уравнения напряженно-деформированного состояния мерзлых грунтов

Реологические уравнения напряженно-деформированного состояния грунтов устанавливают связь между напряжениями, деформациями и временем. Учет фактора времени является основным отличием реологических уравнений от обычных.

Основными зависимостями, подлежащими рассмотрению в настоящем параграфе, являются изменения во времени деформаций мерзлых грунтов (их течения) при различном нагружении. Реологические течения мерзлых грунтов под нагрузкой являются главнейшим свойством мерзлых грунтов и имеют большее значение для практики, чем, например, их временное сопротивление сжатию.

Физическая сторона вопроса, а именно зарождение и развитие реологических процессов в мерзлых грунтах, описана в предыдущем параграфе, развитие же других видов деформаций мерзлых

грунтов, в том числе и обусловленных измененияхми соотношения отдельных фаз (кохмпонентов) в данном объеме грунта, будет рассмотрено в гл. IV, посвященной общим деформациям мерзлых грунтов. Здесь же мы ограничимся рассмотрением лишь уравнений реологического состояния мерзлых грунтов.

Если нагружать мерзлый грунт отдельными ступениями и выдерживать нагрузку 1при каждой ее ступени до полного затухания деформаций или до достижения скорости деформаций практически постоянного значения, то изменение деформаций во времени можно изобразить кривой (рис. 56).

Рис. 56. Изменение деформаций мерзлого грунта во времени при ступенчатой нагрузке

Как показывают соответствующие опыты, чем больше действующая нагрузка, тем скорее возникает пластично-вязкое течение с установившейся скоростью деформаций, величина которой возрастает с увеличением нагрузки *.

Наибольшее напряжение, при котором еще не возникает незатухающей деформации мерзлых грунтов (пластично-вязких течений), определяет так называемое длительное сопротивление, или длительную прочность мерзлых грунтов. Точность определения длительной прочности зависит как от величины ступеней нагрузки, так и от точности измерения деформаций.

Однако, как будет показано в следующем параграфе, в настоящее время разработаны методы непосредственного, достаточно точного определения предельно длительной прочности мерзлых грунтов, независимо от способа измерения деформаций ползучести.

Кривую деформаций при ступенчатой нагрузке можно перестроить в семейство кривых, откладывая величины относительных

См. работы автора (сноски на стр. 90 и 116).