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

больше длительного растяжения песчаных. Это можно объяснить тем, что при сжатии увеличивается число контактов между минеральными частицами грунта, а расстояние между ними уменьшается, тогда как при растяжении увеличивается расстояние между частицами и число контактов между ними уменьшается.

Как показали опыты Н. К. Пекарской *, при быстром разрыве временное (условно-мгновенное) сопротивление глинистого грунта при температуре от -2 до -10° С в 1,7-1,8 раза больше, чем мерзлого песка.

Сопротивление растяжению мерзлых грунтов подчиняется тем же закономерностям, что и сопротивление сжатию, а именно: сопротивление растяжению возрастает с понижением отрицательной температуры и зависР1т от состава мерзлых грунтов, их льдистости-влажности, текстуры и пр. По абсолютной величине, как мгновенное сопротивление мерзлых грунтов растяжению, так и предельно-длительное их сопротивление не равно сопротивлению сжатию, что ограничивает применимость уравнений напряженно-деформированного состояния, принятых для изотропных мерзлых грунтов.

В табл. 16 приведен ряд значений мгновенного сопротивления растяжению мерзлых и вечномерзлых грунтов и их длительного сопротивления при растяжении.

Важно отметить, что опытами в Игарке было подтверждено, что мерзлые и вечномерзлые грунты обладают предельно-длительной прочностью на растяжение: так образец под № 17 (табл. 16) при растягивающем напряжении в 1,8 кГ/см не разорвался и в течение 6 лет.

§ 3. Сопротивление мерзлых грунтов сдвигу

Условием прочности любого материала в данной точке, как известно, является достаточная сопротивляемость его сдвигу в этой точке. Поэтому сопротивление сдвигу мерзлых грунтов является такой их механической характеристикой, без знания которой не представляется возможным рассчитать ни предельное сопротивление грунтов в основаниях сооружений, ни прочность их в различного рода ограждающих конструкциях (например, при проходке котлованов и шахт методом искусственного замораживания грунтов), ни устойчивость массивов мерзлых грунтов при действии сдвигающих нагрузок.

Опыты последних десятилетий (М. Л. Шейкова, С. С. Вялова, И. К. Пекарской и наши) показывают, что сопротивление сдвигу мерзлых грунтов зависит от ряда факторов н является функцией не менее, чем трех переменных:

t=/(-e, /?, t\ (IV.3)

где -0 - 01рицательная температура грунта; р - величина внешнего давления; t - время действия нагрузки.

* См. сноску на стр. 146. 6-1362 161

Как показывают тщательно поставленные опыты, предельное (разрушающее) сопротивление -мерзлых грунтов плоскостному сдвигу зависит от нормального давления, т. е. обусловлено не только силами сцепления, но и внутренним трением и при не очень больших давлениях (до 10-15 кГ/см) может быть описано уравнением первой степени от нормального давления с переменными параметрами, зависящими от величины отрицательной температуры -6° С и времени действия нагрузки т. е.

u, = %t + g?,,,p. (IV.4)

Результаты определения предельного сопротивления сдвигу мерзлых грунтов при различной их температуре* показывают, что чем ниже температура мерзлого грунта, тем больше его сопротивление сдвигу, как общее, так и его составляющие: угол внутреннего трения ф° и сцепление с кГ/см. Так, например, для мерзлой глины («7с = 33%) при е=-1С ф=14°, а при е=-2°С ф = 22°. При температуре, близкой к 0°, угол внутреннего трения -мерзлых грунтов практически будет равен углу внутреннего трения грунтов немерзлых, сцепление же мерзлых грунтов имеет значительно большую величину по сравнению со сцеплением грунтов немерзлых.

Величина оцепления в общем сопротивлении сдвигу мерзлых грунтов составляет значительную часть (табл. 17) **, что позволяет во многих случаях, особенно при высокотемпературных мерзлых грунтах (когда угол трения по величине приближается к его значениям для грунтов немерзлых) учитывать при расчетах лишь сцепление мерзлых грунтов. Дальнейшие опыты показали что угол внутреннего трения мерзлых песков практически не зависит от времени нагружения, тогда как для мерзлых глин характерно изменение сцепления и угла внутреннего трения по мере увеличения времени действия разрушающей нагрузки.

Существенное значение для оценки сопротивления мерзлых грунтов сдвигу имеет время действия сдвигающей нагрузки в связи с огромным влиянием на сопротивление сдвигу релаксации напряжений, обусловливающей текучесть мерзлых грунтов под нагрузкой и снижение их прочности,.

В табл. 18 приведены результаты некоторых наших опытов по определению временного (близкого к мгновенному) сопротивления сдвигу при кручении Твр и предела текучести Ттек при сдвиге, которые определялись при скорости возрастания сдвигающей нагрузки в 1,5/сГ/сж в 1 прикладываемой ступенями поО,6/сГ/сж-

-*Н. К. Пекарская и Н. А. Цытович. О роли трения и сцепления в общем сопротивлении мерзлых грунтов сдвигу при быстром возрастании нагрузки. Сб. «Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов», № 3. Изд-во АН СССР, 1967. ** См. там же. *** См. сноску * 2 на стр. 146. **** Н. А. Цытович. Исследование упругих и пластических деформаций мерзлых грунтов. «Труды КОВМ АН СССР», т. X. 1940.

Таблица 17

Трение и сцепление в % от общей величины сопротивления сдвигу для грунтов в мерзлом и немерзлом, но твердом состоянии (покровная глина)

2,04 2,07 2,11

23,2 22,8 22,7

1 3 5

0,84 0,99 1,10

91,7 77,7 70,0

8,3 22,3 30,0

Примечание. Немерзлые образцы предварительно уплотнялись нагрузкой в 5 кГ/см".

Таблица 18 Сопротивление мерзлых грунтов сдвигу при кручении

Наименование грунта

8 "С

вр кПсм

тек,

KfjCM

Метод испытания

(содержание 1-0,25 мм -

Песок фракций 96%)

Пылеватый грунт (содержание фракций 0,05-0,005 лм - 6\%)

Глина (содержание фракций <0,005 мм - 50%)

22 22 22 35 35 35

-2,5

-0,5 -1,8 -6,0 -0,5 -1,4 -10,0

17,0

4,8 9,7 28,0 4,6 6,5 18,0

1,7 3,0 6,8

1,1 2,3 6,8

Скручивание цилиндрических образцов

То же

и выдерживаемой до затухания деформаций или до достижения 1ластично-вязкого течения.

Приведенные в табл. 18 данные указывают на снижение во времени сопротивления мерзлых грунтов сдвигу.

Особенно большое снижение сопротивления сдвигу мерзлых грунтов имеет место при длительном действии нагрузки от

6* 163