Количественная оценка влияния интенсивности нарастания деформации сдвига и условий дренирования образцов

Как отмечалось ранее, быстро проводимые (Q) опыты при сохранении в течение опыта влажности постоянной дают для водонасыщенных глин значение φ = 0. Быстрые опыты с предварительным уплотнением образцов (Qс) дают значения φ в пределах 12—20°. Медленные (S) испытания приводят к значениям φ, близким к 30° почти для всех глин. Различие в значениях φ представляется главным образом следствием степени консолидации и изменения влажности глин под нагрузкой в течение опыта, еще до сдвига образца.

На рис. 7.31 приведены результаты серии опытов на сдвиг, в течение которых сдвигающее напряжение нарастало с различной интенсивностью (семь различных скоростей). Максимальное значение φ=29°40' было получено в случае, когда сдвигающее напряжение увеличивалось так медленно, что сдвиг образца произошел через 96 ч. Это значение φ может быть приравнено величине φ, полученной из медленных испытаний (S). Сопротивление сдвигу по опыту, который продолжался 4 ч (240 мин), оказалось только на 4% меньше, свидетельствуя о том, что дополнительное уплотнение, вызванное деформацией сдвига, к этому времени в основном уже завершилось. С дальнейшим сокращением времени испытания значения φ уменьшались по параболической кривой и при опыте с длительностью 1 мин составляли лишь приблизительно 60% от полученных при S-испытаниях (φ = 19°).

Испытания, результаты которых приведены на рис. 7.31, были выполнены на довольно тощей глине из Детройта с пределом текучести wL=36% и числом пластичности Ip=18%. Для более жирной и, следовательно, менее водопроницаемой глины должно было бы потребоваться большее время как на консолидацию, так и для того, чтобы достичь максимального значения φ при S-испытании. Такое положение было бы и в самой толще грунта, так как время, необходимое для достижения определенной степени консолидации, увеличивается с квадратом мощности слоя. Следовательно, во многих случаях в полевых условиях поведение глины под нагрузкой в пластах большой мощности должно было бы соответствовать поведению недренируемых образцов глины в лабораторных опытах, т. е. оно должно было бы находиться в соответствии с результатами испытаний, при которых предотвращалось уменьшение влажности грунта в период сдвига.

Однако испытания, проводимые на недренируемых образцах глины, показывают, что в таких случаях скорость нарастания деформации сдвига оказывает на величину предельного сопротивления противоположное действие по сравнению с дренируемыми образцами. Влияния пластического или вязкого течения в данной ситуации, по-видимому, преобладают и приводят к уменьшению сопротивления грунта сдвигу во времени. Так, например, испытания, выполненные в Массачусетском технологическом институте на образцах бостонской глины с нарушенной структурой и опубликованные Рутледжом, показали падение сопротивления глины на 16% при снижении скорости деформаций сдвига до 1/1000 первоначальной величины. Это, возможно, является одной из причин того, что аварии с сооружениями в результате их сдвига в натуре происходят не всегда сразу после завершения строительства, а спустя некоторое время после него.

Хоузелем была предпринята попытка учесть возможное влияние на подобные явления вязкого или пластического течения. С этой целью были проведены медленные опыты с контролем за напряжениями в условиях невозможности дренирования образцов в приборе и сдвиге по двум плоскостям. Результаты испытаний приведены на рис. 7.7. Было установлено, что влияние пластического течения возрастает во все большей степени с увеличением интенсивности сдвигающих напряжений. В конце концов деформация стала прогрессировать, и грунт в образце начал течь без какого-либо увеличения нагрузки до тех пор, пока не произошел сам сдвиг. Сопротивление сдвигу, при котором возникает прогрессирующее течение грунта, определялось графически и рассматривалось в качестве действительного сопротивления сдвигу. Однако сравнение этих величин с результатами полевых наблюдений показало, что значения сопротивления сдвигу, полученные таким образом, явно занижены. А.И. Каммингс указывает, что эти значения представляют собой предел упругости или предел текучести глин, а не предельное сопротивление сдвигу, как это предполагалось, и что опыты в условиях одноосного напряженного состояния дают лучшее соответствие полевым наблюдениям. На рис. 7.32 приводятся данные по сравнению величин сопротивления сдвигу глины из местечка близ Индиана Харбор, шт. Индиана, установленных путем подобных испытаний на сжатие с обработкой результатов по зависимости (7.17) и оцененных с помощью медленных испытаний на срез по двум плоскостям при отсутствии дренирования. Как можно видеть, среднее предельное сопротивление сдвигу, составляющее 1/2 сопротивления сжатию при одноосном напряженном состоянии, приблизительно в 5 раз больше, чем сопротивление, соответствующее пределу текучести, которое устанавливалось при медленных испытаниях на сдвиг со срезом образцов по двум плоскостям. Для других глин это расхождение может оказаться меньшим. Вместе с тем средняя его величина может быть принята равной четырем.