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

стоянной нагрузки огромно - по нашим опытам от 3 до 15 раз в зависимости от состава, льдистости и температуры. Это снижение обусловливается реологическим процессом релаксации (расслабления) напряжений в мерзлом грунте при действии постоянной нагрузки.

Как указывалось ранее (см. § 2 настоящей главы), при действии постоянной нагрузки в мерзлых грунтах возникает перекристаллизация ледяных включений, наблюдается развитие микротрещин, а при определенной величине напряжений - перерастание их в макротрещины (вплоть до нарушения сплошности мерзлого грунта или пластической потери устойчивости), и такая перестройка структуры, которая уменьшает их сопротивляемость сдвигу и приводит к прогрессирующему течению.

Снижение напряжений а(/) при неизменной деформации хорошо описывается уравнением релаксации, которое вытекает из уравнения теории наследственной ползучести (II 1.5), если решить его относительно a{t) при e = const:

R{t)dt

(III.8)

где R{t) -резольвента ядра ползучести.

Дифференцируя уравнение (III.8) и решая его относительно R{t), получим

т=-- (ш.9)

е dt

Т. е. резольвента ядра ползучести есть изменяющееся во времени напряжение, отнесенное к единице постоянной деформации и определяемое по кривой скорости релаксации do/dt, разделив ее орди-каты на постоянную величину е.

Уравнение (III.8) и служит для математического описания кривой релаксации (снижения прочности) мерзлых грунтов.

Снижение прочности мерзлых грунтов в зависимости от времени действия нагрузки t приближенно можно определить по несколько условной формуле, рекомендуемой НИИОСПом *:

(ШЛО)

где р, В - параметры, определяемые опытным путем, причем р имеет размерность кГ/см, а В - число лет, соответствующее теоретическому значению сопротивления при достаточно большом значении t; обычно принимают t== 100 лет (с точностью до 57о).

Кривые снижения прочности мерзлых грунтов носят название кривых длительной прочности, так как по ним определяется предельно-длительная прочность мерзлых грунтов (пред Одл).

* См. сноску ** на стр. 124.

Кривые длительной прочности строят, используя кривые ползучести (например, показанные на рис. 57, а).

По кривым незатухающей ползучести (рис. 60, а) определяют моменты времени, соответствующие началу возникновения возрастающих скоростей, т. е. моменты времени, когда начинается прогрессирующее 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 Омгн, ордината

для любого времени - прочности мерзлого грунта в данный момент времени, т. е. a{f) и, наконец, при достаточно большом промежутке времени, когда изменениями o{f) можно пренебречь, ордината определяет предельно-длительное сопротивление I . j ij- мерзлого грунта пред Одл.

i.l -I 1~" "тг- Эта величина имеет первосте-

пенное практическое значение,, так как при а> пред Одл ползу-Рис. 60. Построение кривой длитель- честь будет незатухающей, а при ной прочности для мерзлых грунтов а< пред Одл - затухающей. Та-по кривым незатухающей ползучести образом, пред (Тдл есть наибольшее напряжение, при котором еще не возникает прогрессирующего течения.

Отметим, что релаксация сдвигающих напряжений т кГ/см будет описываться кривой длительной прочности, совершенно аналогичной кривой на рис. 60, б.

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

Существует два метода: 1 - из.вестный 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 мерзлого грунта: в криостате, в морозильной камере или в криологической подземной лаборатории (простейшей конструкцией может служить соответственно оборудованный шурф, выполненный в вечномерзлой толще).

* Н. А. Цытович. Определение сил сцепления мерзлых грунтов по методу шариковой пробы. «Фонды Института мерзлотоведения АН СССР», 1947. ** С. С. Вялов. Авторское свидетельство № 161133 от 21 - 1-64.

Шаровой штамп прибора свободно устанавливается на поверхность образца мерзлого грунта или на выровненную поверхность мерзлого грунта дна шурфа (в настоящее время уже разработаны и применяются шаровые штампы для полевых испытаний грунтов в шурфах*) и с помощью штока, нагружается постоянной нагрузкой Р кГ. С начала загружения до времени практически полного затухания деформаций грунта производится замер осадок, что дает возможность в дальнейшем построить полную кривую длительной прочности грунта.

Зная диаметр шарового штампа D и замерив величины осадок в различные промежутки времени St при данной нагрузке Р, определяют среднее сопротивление грунта (от-несенное к единице поверхности кругового отпечатка штампа), соответствующее данной осадке St, но формуле

среди о:

nDSf

(iii.li)

Осадки штампа на мерзлом грунте с течением времени будут возрастать, но приращение осадок будет становиться все меньше и меньше, пока полностью автоматически и однозначно не уравно весится сопротивление грунта, а осадка достигнет стабилизированного состояния 5дл. Тогда, величина предельно-длительного сопротивления пред ддл будет определяться прежним весьма простым выражением (III.11), заменяя в нем величину St на 5дл:

пред-.л = -. (П1ЛГ)

Я5дл

Для того чтобы имела место инвариантность опытов, 1как показали исследования автора, должно существовать следующее соотношение между стабилизированной осадкой и диаметром шарового штампа

0,01<-<0,1.

При очень малых нагрузках и значениях 5дл )<0,01 существенное влияние на осадку будут оказывать упругие (а не только пластические) деформации мерзлого грунта, а при больших нагрузках

* См., например, рис. 32 в книге Н. Л. Цытовича. «Механика грунтов» (краткий курс). Изд-во «Высшая школа», 1968.

Рис. 61. Шаровой штамп Н. А. Цытовича для исследования сцепления и длительной прочности связных грунтов:

/ - образец грунта; 2 - шаровой штамп; 5 - стопорный винт; 4 - груз; 5 - мес-сура