Условия нарушения устойчивости вертикальных бортов выемок, иллюстрируемые модельными испытаниями на желатине
В лаборатории У. Хаузела Мичиганского университета Д. Xapрауном была проведена серия опытов с моделями из желатина. Их результат находит свое отражение на рис. 8.3. Желатин в разжиженном виде был залит в холодной комнате между двумя стеклами, покрытыми смазкой и поставленными вертикально параллельно плоскости чертежа. После того как желатин остыл и затвердел, поддерживавшая его сбоку вертикальная стенка 1—1 удалялась. Желатиновый откос при этом оседал, занимая положение 2. Следует отметить, что, судя по рис. 8.3, в положении 2 в толще откоса еще никаких трещин растяжения не наблюдалось. Однако на напряженное состояние поверхности откоса указывало относительно большое перемещение его подошвы во внешнем направлении. Начало развития криволинейной поверхности скольжения улавливается на трех из четырех фотоупругих отпечатках, отмеченных на рис. 8.3 кружками.
На третьей стадии эксперимента (на схеме помечена цифрой 3) температура в комнате была несколько повышенной. Это привело к уменьшению сопротивления желатина сдвигу и вызвало дальнейшую деформацию откоса. У его верхней поверхности появились явно выраженные трещины растяжения, а у подошвы обнаружились следы раздавливания желатиновой массы.
Только на четвертой стадии эксперимента (обозначенной 4), когда температура в комнате поднялась еще выше, было отмечено скольжение массы желатина по криволинейной поверхности, которая несколько сместилась с ее начального положения. В результате такого скольжения желатин у подошвы откоса оплыл.
Приблизительно в то же время Терцаги сообщил о результатах исследований, проведенных в его венской лаборатории на желатине несколько более тугой консистенции, чем у Харрауна. В процессе этих измерений еще до появления в модели трещин растяжения замерялись относительные деформации, связанные с растягивающими напряжениями у верхней поверхности свободно стоящего откоса из желатина. Общая тенденция развития трещин соответствовала рис. 8.3. Наибольшего значения относительная деформация растяжения и, следовательно, растягивающие напряжения достигли на расстоянии oт кромки откоса, приблизительно равном 1/2 его высоты.
Из экспериментов такого рода нельзя сделать никаких определенных количественных выводов, но они помогают наглядно представить себе механизм нарушения устойчивости свободно стоящих вертикальных бортов выемок в толще связных грунтов. Подобные изменения прочности связного грунта, конечно, не имеют места в природных условиях, но в соответствии с уравнением (8.10) изменение сопротивления грунта сдвигу в толще откоса при постоянной его высоте должно иметь такое же общее влияние на степень его устойчивости, как и изменение высоты борта выемки в толще грунтов с постоянной прочностью. Таким образом, рис. 8.3 может рассматриваться как пример деформации и разрушения откосов различной высоты в одних и тех же грунтах в уменьшенном масштабе. Анализ приведенной схемы показывает, что характер грунтов, лежащих ниже горизонтальной плоскости, проходящей через подошву откоса, должен оказывать существенное влияние на его поведение.