Содержание к диссертации
Введение
ЧАСТЬ 1. Современные представления о поведении песчаных и глинистых грунтов при динамических воздействиях и методы его изучения 8
Глава 1. Природа и закономерности динамического деформирования дисперсных грунтов 8
1.1. Динамическая устойчивость грунтов как актуальная проблема современной инженерной геологии 8
1.2. Характерные формы реакции песчаных грунтов на динамические нагрузки 17
1.3. Поведение глинистых грунтов при динамических нагрузках 23
1.4. Особенности реакции слабосвязных грунтов на динамические нагрузки 29
Глава 2. Современные подходы к изучению динамической устойчивости дисперсных грунтов и методы ее оценки 36
2.1. Современные подходы к оценке реакции дисперсных грунтов на динамические нагрузки 36
2.2. Существующие показатели динамической устойчивости дисперсных грунтов и современные лабораторные методы динамических испытаний 40
ЧАСТЬ 2. Объекты и методика исследований 57
Глава 3. Общая характеристика использованных в экспериментальных исследованиях грунтов 57
Глава 4. Методика экспериментальных исследований 67
4.1. Вибростендовые испытания 67
4.2. Испытания на динамическом стабилометре 71
4.3. Методика определения удельной поверхности 11
ЧАСТЬ 3. Результаты исследования и их обсуждение 81
Глава 5. Поведение песчаных грунтов при динамических воздействиях 81
5.1. Исследование влияния пылеватых и глинистых частиц на динамическую устойчивость песчаных грунтов
5.2. Влияние низкого диапазона частот на динамическую устойчивость песчаных грунтов
5.3. Влияние начального напряженного состояния плотных песчаных грунтов на динамическую устойчивость
5.4. Влияние степени асимметрии цикла нагружения на динамическую устойчивость песчаных грунтов 96
5.5. Методика приготовления неводонасыщенных образцов для трехосных динамических испытаний
Глава 6. Поведение глинистых грунтов при динамических нагрузках 112
6.1. Исследование влияния низкочастотного динамического воздействия на деформируемость глинистых грунтов
6.2. Оценка разупрочнения глинистых грунтов 123
6.3. Влияние частоты воздействия на последующее упрочнение глинистых грунтов 132
6.4. Особенности динамической реакции слабосвязных грунтов 134
Глава 7. Моделирование динамического деформирования дисперсных грунтов 151
Выводы 165
Список литературы 167
- Динамическая устойчивость грунтов как актуальная проблема современной инженерной геологии
- Современные подходы к оценке реакции дисперсных грунтов на динамические нагрузки
- Влияние степени асимметрии цикла нагружения на динамическую устойчивость песчаных грунтов
- Исследование влияния низкочастотного динамического воздействия на деформируемость глинистых грунтов
Динамическая устойчивость грунтов как актуальная проблема современной инженерной геологии
Теоретические и экспериментальные исследования поведения дисперсных грунтов при динамических нагрузках были и остаются одной из наиболее сложных и актуальных областей современной инженерной геологии.
Реакция дисперсных грунтов на динамические нагрузки разнообразна по форме и по последствиям. Опубликованные в отечественной и зарубежной литературе данные свидетельствуют о том, что первым, пытавшимся описать и проанализировать поведение грунтов (лессовых пород) при динамических воздействиях (при Верненском землетрясении 1887 года), охарактеризовав причины образования в них грандиозных сейсмических оползней и селей, был И.В.Мушкетов (1890). Несколько позже, объясняя особенности поведения дисперсных грунтов (водонасыщенных глин) при действии динамических нагрузок и после их прекращения, А.М.Аттерберг опубликовал в 1908 году статью в немецком агрономическом журнале (Atterberg, 1908). Однако фундаментальные исследования реакции дисперсных систем на внешние воздействия были начаты в 30-х годах прошлого столетия и связаны с именами Т.Петерфи (1927), А.Ф.Лебедева (1935) и Г.Фрейндлиха (1939).
Практический и научный интерес к этому вопросу вызван необходимостью объяснения природы процессов, лежащих в основе динамической устойчивости грунтов -для предупреждения неблагоприятных, в том числе и катастрофических процессов, возникающих в грунтах при динамических воздействиях различной природы, а также для целенаправленного использования динамических нагрузок с целью улучшения инженерно-геологических условий строительства многих промышленных, гидротехнических и транспортных объектов, особенно на слабоуплотненных и водонасыщенных отложениях.
Многочисленные объективные причины - постоянное увеличение техногенного вибрационного воздействия на геологическую среду (движение транспорта, работа строительных и промышленных объектов), строительство в сейсмически активных зонах, на акваториях и на динамически неустойчивых грунтах, снижение несущей способности грунтов основания в связи с разупрочнением или разжижением ранее устойчивых дисперсных пород, строительство ответственных сооружений способствовали все возрастающему вниманию исследователей к вопросам реакции грунтов на динамические нагрузки (Баркан, 1943; Абелев, 1947; Гольдштейн, 1952, 1959; Маслов, 1959; Горькова, 1961, 1964; Рахматуллин и др, 1964; Гуменский, 1965; Иванов, 1962, 1977; Осипов, 1986, 1988; Кутергин, 1987, 1989; Вознесенский, 1990, 1997, 1999 и др.).
При рассмотрении вопроса о характерных формах реакции песчаных и глинистых грунтов на динамические нагрузки целесообразнее сначала остановиться на определении понятия динамическая нагрузка и ее основных характеристиках. Существующие в природе нагрузки традиционно подразделяют по величине и направлению на постоянные и переменные. Переменные, в свою очередь, подразделяют на монотонные (возрастающие и убывающие) и циклические (однократные и многократные).
По В.Д.Ломтадзе (1999) динамическая нагрузка - это нагрузка на грунты, создаваемая работой транспорта, машин и механизмов, забивкой свай, взрывами, землетрясениями и др., вызывающая в них колебательные движения, ослабляющие их прочность и устойчивость. Более общее определение дано Е.А.Вознесенским (1999), который под динамической нагрузкой подразумевает переменную нагрузку, изменяющуюся во времени быстрее, чем рассеиваются вызванные ею в грунте напряжения. Главными характеристиками волн напряжений, распространяющихся от источника возмущений, являются форма волны, параметры амплитуды и частоты, скорость, характер поляризации.
По характеру чередования возрастания и убывания напряжений все динамические нагрузки подразделяются на периодические, для которых характерно закономерное чередование убывания и возрастания напряжений (гармоническая), и непериодические -ударные (импульсные), биение, нерегулярные. В литературе по динамике грунтов часто употребляемым является выражение «циклическая нагрузка», которую рассматривают как периодическую динамическую нагрузку со сравнительно простой формой цикла при условии, что длительность цикла воздействия не превышает периода релаксации напряжений. В случае если напряжения успевают рассеиваться за цикл воздействия, циклическая нагрузка не может рассматриваться как динамическая (в соответствии с принятым нами определением последней).
Вибрация является наиболее распространенным случаем динамической нагрузки и представляет собой периодические колебания иногда достаточно сложного характера, сотрясающие толщи горных пород, здания, сооружения, установки, агрегаты и т.д. (Ломтадзе, 1999). Вибрационное воздействие, особенно с частотой более 30 Гц, вызывает опасные геологические явления, нарушает устойчивость и условия эксплуатации сооружений из-за изменения прочностных и деформационных свойств грунтов.
При передаче динамической нагрузки грунту происходит изменение ее характеристик в силу демпфирующих и фильтрующих свойств среды. Затухание (демпфирование) распространяющихся волн напряжений, вызванных динамическими воздействиями, и изменение их частотного состава (фильтрующие свойства среды), обуславливаются, главным образом, неидеальной упругостью и неоднородностью грунтов как среды распространения упругих волн. Одним из основных факторов, определяющих результат действия динамических воздействий, является время (Расулов, 1977 и др.). Оно определяет, с одной стороны, степень и интенсивность изменения физико-механических характеристик грунта, с другой, характеризует его способность накапливать, преобразовывать и рассеивать энергию. До сих пор остается малоизученным вопрос соотношения частоты динамического нагружения (особенно в практически значимом низком - менее герца - диапазоне частот) со скоростью деформирования грунтов из-за сложности анализа многофакторных явлений, происходящих в грунтах при действии динамических нагрузок.
Вибрационное поле в природе вообще, а на урбанизированных территориях особенно, имеет сложный характер. Этому способствует большое количественное и качественное разнообразие источников вибрации, неравномерность их распределения в пространстве - как по площади, так и по положению относительно дневной поверхности, различия в интенсивности и продолжительности действия, способности генерировать колебания различной амплитуды с неустановившимся режимом и сложным спектром. Все динамические нагрузки можно подразделить на две большие группы: 1) нагрузки природного происхождения, основными из которых являются: а) землетрясения, б) ветровые нагрузки, в) волновые нагрузки; 2) техногенные динамические нагрузки, основными источниками которых являются: а) движущийся автомобильный и железнодорожный транспорт, б) различные строительные и промышленные агрегаты, в) взрывы.
Современные подходы к оценке реакции дисперсных грунтов на динамические нагрузки
Сегодня существует несколько разных подходов к оценке реакции дисперсных грунтов на динамические нагрузки. Наиболее распространенный подход заключается в том, что оцениваются различные показатели динамических свойств с позиций физико-химической механики дисперсных систем. При этом анализируется изменение прочностных и деформационных характеристик грунтов в различных динамических условиях, что позволяет оценивать «способность» грунтов сопротивляться внешней нагрузке разной интенсивности (амплитудой напряжений, частотой их изменения и продолжительностью). В основе такого подхода - экспериментальное (лабораторное или полевое) определение показателей при заданных условиях нагружения, корректное воспроизведение которых реальным нагрузкам часто затруднительно.
В связи со все возрастающей стоимостью лабораторных и полевых динамических испытаний грунтов, обусловленной, в первую очередь, удорожанием современной аппаратуры, в мировой практике в последние 20 лет активно разрабатываются варианты численного моделирования их поведения на базе метода конечных элементов (Finn, 1986, 1990; Castro, 1989 и др.). Все многообразие моделей можно разделить на три группы. Первая группа моделей основывается на предположении, что физико-механические свойства грунта с удовлетворительной точностью могут быть аппроксимированы линейно-упругой моделью с затуханием, т.е. изменение модуля упругости определяется деформацией и коэффициентами эквивалентного вязкого затухания. Эти модели в комбинации с трехосными испытаниями используются для оценки потенциала разжижения грунтов, но надежно рассчитать смещение грунтов в результате разжижения по ним невозможно.
Вторая группа моделей (Finn et al, 1986, 1990; Castro et al, 1989) основана на оценке величины порового давления в выделенном элементе при некотором динамическом воздействии, моделирующем ожидаемое воздействие. Поведение грунта при таком виде моделирования считается упругим при достаточно малых приращениях нагрузки, но модули сдвига грунта при каждом таком приращении изменяются. Избыточное поровое давление, возникающее при каждом малом приращении нагрузки, используется для расчета текущего значения эффективного напряжения, по которому вычисляется зависящий от него модуль сдвига для следующего шага нагрузки. Диссипация порового давления учитывается алгоритмом одномерной диффузии, неточность моделирования которой отражается на точности оценки развития смещений грунта во времени.
Третья группа моделей, основывается на теории, что накопление и рассеивание порового давления непосредственно связаны с деформациями скелета грунта, т.е. уравнения состояния твердой и жидкой фаз взаимосвязаны с уравнением сохранения вещества (Biot, 1956, 1962). Решение базируется на формулировке взаимосвязанных дифференциальных уравнений, описывающих задачу.
Таким образом, существующие в настоящее время численные решения динамической устойчивости грунтов сводятся к оценке изменения ряда характеристик грунта при действии нагрузки определенных параметров. Применение такого подхода затруднено необходимостью адекватного моделирования исходных параметров, например, математического описания нагрузок сложной формы. Для подобных ситуаций предложен (Вознесенский, 2000) принципиально новый подход, основанный на рассмотрении энергетики процессов динамического деформирования и разрушения грунтов на основе экспериментальных оценок. Суть этого подхода сводится к следующему: при динамическом нагружении энергия, сообщаемая элементарному объему грунта, расходуется на поддержание достигнутого уровня разрушения структуры, на упругие деформации неразрушенных связей и на увеличение внутренней энергии системы.
За счет своих гистерезисных свойств грунт накапливает некоторую долю рассеянной энергии воздействия (при этом происходит увеличение внутренней энергии системы), концентрируя ее в пределах наиболее ослабленных микрообъемах породы. Это отражается на общем энергетическом балансе системы. Одинаковым для всех групп дисперсных грунтов является то, что накопление избыточной внутренней энергии во всех случаях идет в форме кинетической энергии колеблющихся частиц. При достижения величины накопленной внутренней энергии некоторого критического значения, начинается ее расходование на увеличение поверхностной энергии грунта (за счет разрыва межчастичных контактов), на изменение потенциальной энергии системы (за счет перемещения частиц) и на теплоизлучение. В течение цикла происходит трансформация одних видов энергии в другие, и лишь часть рассеянной внутренней энергии расходуется собственно на пластические деформации грунта. Другая же ее часть в виде внутренней энергии поглощается грунтом, изменяя тем самым энергетический баланс системы.
Для несвязных грунтов, характерной формой реакции которых на динамические нагрузки является дилатансия, энергия воздействия накапливается в форме кинетической энергии частиц и расходуется на их относительное перемещение, т.е. на изменение пористости грунта, на преодоление межчастичных сил трения и сцепления упрочнения, на тепловые потери и на увеличение потенциальной энергии системы. Исходя из того, что физико-химическая активность песчаных частиц весьма низкая, приращением поверхностной энергии системы за счет разрыва структурных связей можно пренебречь. Высокая теплоемкость внутрипорового пространства и невысокая суммарная площадь межчастичных контактов позволяет считать тепловые потери незначительными. Таким образом, в несвязных грунтах основная часть накопленной внутренней энергии в форме кинетической энергии колеблющихся частиц расходуется на их относительное перемещение, проявляя положительную или отрицательную дилатансию.
Динамическая устойчивость глинистых грунтов - более сложный случай. Известно (Урьев, 1980), что в высококонцентрированных дисперсных системах частицы зафиксированы на расстояниях, не точно соответствующих дальнему потенциальному минимуму на суммарной энергетической кривой их взаимодействия (рис. 5), и соответствующие энергии их связи точки несколько смещены от него в ту или иную сторону (Аід,..., Bi2,...). Увеличение внутренней энергии системы означает повышение подвижности частиц и увеличение вероятности их взаимодействия в ходе последующего восстановления по наименее стабилизированным участкам своей поверхности с повышением энергии взаимной фиксации (приближение к точке С на рис. 5) (Вознесенский, 1997).
Таким образом, накопленная энергия в кинетической форме расходуется не только на образование новых поверхностей (в том числе и за счет разрыва внутриагрегативных контактов), но и на изменение сил взаимодействия между частицами в сторону энергетического оптимума. Кроме того, при динамическом разрушении исходная неравномерная структура глинистого грунта (за счет наличия крупных пор, в несколько раз превышающих мелкие) становится более равномерной, увеличивается количество контактов в единице объема и, следовательно, возрастает энергоемкость деформирования системы.
Влияние степени асимметрии цикла нагружения на динамическую устойчивость песчаных грунтов
Обобщая изложенный в данной главе материал, остановимся на следующих основных моментах: - современные лабораторные методы динамических испытаний грунтов позволяют получать различные показатели динамических характеристик грунтов, позволяющие оценивать динамическую устойчивость грунтов; - существующие лабораторные методы динамических испытаний различаются по типу, частоте и амплитуде возбуждаемых в образце волн напряжений, и, следовательно, по величине достижимых амплитуд деформаций сдвига (от 10 6 % при акустических испытаниях до 1 % при сдвиговых, стабил о метрических и др. испытаниях); - при выборе метода испытаний следует руководствоваться а) его адекватностью поставленной задаче - набором определяемых показателей, величиной максимально достижимых амплитуд деформаций, точностью метода, методикой подготовки образцов и т.д., б) техническими возможностями и экономической целесообразностью.
Таким образом, для оценки и прогноза реакции грунтов на динамические нагрузки существует большое разнообразие лабораторных методов. Однако корректный анализ и сравнение динамических показателей, полученных разными методами или при разных методиках приготовления образцов, часто оказывается неприемлемым из-за значительного разброса получаемых значений.
Анализ опубликованной литературы, приведенный в 1 части, показывает, что характерные формы поведения дисперсных грунтов разных групп в условиях динамических нагрузок различны. Наиболее типичными формами проявления динамической реакции несвязных грунтов являются: 1) отрицательная дилатансия (уплотнение рыхлых и средней плотности разностей), 2) циклическая подвижность (прогрессирующая или затухающая) при ограниченных сдвиговых деформациях, 3) разжижение водонасыщенных разностей. Для глинистых грунтов в условиях динамических нагрузок характерны два типа реакции - разупрочнение, выражающееся в снижении показателей их физико-механических свойств и накоплении деформаций, и полная потеря прочности, проявляющаяся как разжижение некоторых водонасыщенных разностей. На нарушение динамической устойчивости грунтов оказывает влияние две группы факторов: 1) факторы, характеризующие состав, строение и состояние самих грунтов и их массивов, и 2) факторы, характеризующие параметры воздействия. Известно, что важнейшим силовым фактором, определяющим поведение грунтов, является амплитуда динамических напряжений. Между тем, определяющим (особенно при умеренных амплитудах воздействия) может быть соотношение амплитуды динамических напряжений с характеристиками напряженного состояния грунта до динамического воздействия, определяющее степень инверсии знака напряжений и асимметрию цикла нагрузки.
В целом, анализ опубликованного материала, свидетельствует о том, что большинство авторов считает динамическую реакцию песков не зависящей от частоты воздействия. Для глинистых грунтов рядом авторов приводятся данные о резонансном усилении разупрочнения в определенных интервалах частот. Однако влияние частот разных диапазонов изучено неравномерно. Большинство авторов исследовало влияние техногенных вибрационных частот на динамическую устойчивость грунтов, тогда как данные о поведении грунтов при сейсмических и волновых низкочастотных (менее 1 Гц) воздействиях, имеющие определенный научный и практический интерес, присутствуют лишь в единичных работах и пока только для глинистых паст.
В опубликованной литературе также практически не рассмотрено влияние начального напряженного состояния на динамическую устойчивость грунтов, хотя имеются отдельные сведения о влиянии коэффициента бокового давления покоя на динамическую устойчивость глин, а также в отдельных работах приводятся данные о влиянии «истории» деформирования песчаных образцов в процессе их подготовки на последующую разжижаемость при динамических испытаниях. Кроме того, практический интерес может представлять анализ относительной значимости начального бокового давления и таких важнейших факторов динамической устойчивости как величина эффективных напряжений и степень плотности. Такой анализ может быть особенно важен с методических позиций для корректной экспериментальной оценки возможной реакции песков на динамические воздействия.
На сегодняшний день в области исследований реакции дисперсных грунтов на динамические нагрузки сложилось несколько подходов. Большинство авторов рассматривает устойчивость грунтов в инженерных терминах, традиционно оценивая изменение прочности и деформируемости в результате действия нагрузок с определенными параметрами. Однако при таком подходе очень трудно проследить изменение физико-механических характеристик во время воздействия. Кроме того, одной из основных сложностей при таком подходе является контроль порового давления. С одной стороны, это проблематично в отношении глинистых грунтов: измеряемое в недренированных трехосных испытаниях глинистых грунтов поровое давление не соответствует реально существующему в центральной части образца из-за низких диссипативных характеристик глинистых грунтов, и поэтому не может служить критерием поведения грунтов, а особенно их разжижения. С другой стороны, отсутствует методика исследования неводонасыщенных грунтов, поскольку надежный контроль парциальных составляющих порового давления в воде и в газовой фазе, в общем случае различных даже в разных точках лабораторного образца, представляет собой технически сложную с позиции требуемой точности измерений задачу.
Один из вариантов решения этих проблем предлагается энергетическим подходом, в рамках которого оценка динамической устойчивости может вестись в полных напряжениях. Однако остается сложность надежного измерения рассеянной энергии в открытом поле, а также оценки коэффициентов поглощения. В связи со все возрастающей стоимостью лабораторных и полевых динамических испытаний грунтов, обусловленной, в первую очередь, удорожанием современной аппаратуры, в мировой практике в последние 20 лет наиболее активно разрабатываются варианты численного моделирования их поведения и его прогноза. Сама идея такого подхода очень заманчива - попытаться получить простые решения оценки динамической устойчивости, на основе сочетания преимуществ.
Основываясь на этих соображениях, основные усилия автора при выполнении работы были направлены на лабораторные экспериментальные исследования влияния параметров динамической нагрузки, природного напряженного состояния грунтов и их состава на динамическую устойчивость; на разработку и опытную проверку методики экспериментальных исследований динамической устойчивости неполностью водонасыщенных песчаных грунтов, а также на разработку и экспериментальную проверку модели динамического деформирования дисперсных грунтов разного состава.
Исследование влияния низкочастотного динамического воздействия на деформируемость глинистых грунтов
Образцы глинистых грунтов естественного сложения для испытаний на вибростенде вырезались жесткой экспериментальной обоймой (4,5 х 6,7 см) с режущим краем стандартным способом из монолита.
Образцы глинистых грунтов нарушенного сложения вырезались экспериментальной обоймой из однородного объема грунта, подготовленного в условиях одномерной консолидации жидкообразной грунтовой пасты при нагрузке, обеспечивающей требуемую для эксперимента плотность образцов. Вариации плотности образцов, приготовленных при одной и той же нагрузке, составили ±0,05%.
Образцы песчаных грунтов готовились непосредственно в жестких экспериментальных обоймах способом влажной укладки с уплотнением. Для изготовления же водонасыщенных образцов из чистого песка применяли также осаждение в воде. Вариации плотности для выборки из 10-17 образцов, приготовленных при одной и той же влажности, составили: для способа влажной укладки с уплотнением 0,77 - 1,05%, а для осаждения в воде всего 0,05%о.
Приготовленные при заданной влажности образцы выдерживались не менее суток в эксикаторе с водой для выравнивания по всему объему образца влажности, которая определялась после каждого опыта.
Экспериментальные исследования на вибросдвиговой установке (рис.14) осуществлялись по традиционной для вибростендовых испытаний схеме: определение прочностных характеристик грунта (методом лопастного среза с помощью смонтированной вместе с вибратором микрокрыльчатки) до вибрации - приложение динамической нагрузки - повторное определение тех же показателей в заданный момент времени после снятия вибрационного воздействия. Принципиальная схема вибросдвиговой установки приведена на рис.8. Детальное описание принципа действия и технические характеристики отражены в работе Вознесенского и др. (1990).
В ходе эксперимента обойма с образцом (высота образца 4,5 см, диаметр 6,7 см) закреплялась на платформе вибростенда вертикального действия. Прочность грунта определяли по максимальному значению касательных напряжений, возникающих в образце при вращении от электромотора с постоянной скоростью плавно внедренной на фиксированную глубину в образец микрокрыльчатки. Затем, по данным калибровки измерительной системы установки и постоянной крыльчатки получали значения минимального и максимального касательного напряжения (в МПа).
Ввиду того, что крыльчатка установлена с некоторым смещением относительно центра обоймы, существует возможность проведения измерений прочности до вибровоздействия и после него на одном и том же образце, но в разных его точках. Для этого достаточно повернуть обойму вокруг своей оси на 120, что позволяет на одном образце провести до трех определений, исключая при этом влияние зон нарушения, образующихся вблизи круглоцилиндрической поверхности сдвига, на результаты эксперимента. Избежание влияния зон разрушения структуры грунта, влияния дна и стенок обоймы на получаемые результаты стало возможным при определенном соотношении размеров самой микрокрыльчатки (13x13 мм), глубины ее погружения (26 мм) и размеров образца (45x67 мм).
Основной целью исследований на вибростенде было изучение влияния частоты динамического нагружения на характер изменения прочности слабосвязных систем, поэтому режим нагружения, амплитуда и продолжительность вибрации в ходе эксперимента оставались постоянными. Вибрации в гармоническом режиме подвергался весь объем грунта в отсутствии дополнительной пригрузки. Частота вибрации изменялась от 5 до 35 Гц с шагом 2,5 Гц. Амплитуда вибрации задавалась равной 1 мм. Продолжительность вибрации составляла 3 мин., как оптимальное время вибрации для наиболее полного разрушения структуры пылеватых грунтов (Вознесенский и др., 1990). Экспериментальные значения динамических напряжений сдвига в среднем сечении образца изменялись от 5 до 25 кПа, что близко к величинам начальной (до динамического нагружения) прочности. Относительная погрешность измерения прочности составляла ± 5 % при точности регистрации ± 0,2 кПа.
В ходе эксперимента измеряли три значения недренированной прочности грунта на одном образце в разные моменты времени: s0 - исходная прочность грунта (до динамического нагружения); sc - прочность на момент завершения динамического нагружения; sr - максимальная прочность грунта по завершении тиксотропного упрочнения (в эксперименте через 24 часа после динамического воздействия). Исходя из предположения, что за время динамического нагружения уплотнение образцов завершилось, по полученным значениям максимальных касательных напряжений определяли коэффициент разупрочнения кс =sc Is0. Этот показатель безразмерный и в какой-то мере условный, так как если для случая неводонасыщенных разностей можно принять поровое давление на момент прекращения вибраций равным нулю и считать уплотнение завершенным, то при разжижении водонасыщенных слабосвязных и глинистых грунтов тиксотропное структурообразование может проявляться и до полной диссипации порового давления, и его поэтому сложно отделить от эффекта уплотнения, т.е. на процессы уплотнения накладываются процессы тиксотропного преобразования структурных связей (упрочнения, идущего и на фоне избыточного порового давления) неразделимые во времени. Коэффициент тиксотропного упрочнения kr=sr/sc, определяли из условия, что на момент прекращения динамического нагружения уплотнение практически завершено и дальнейшее изменение прочности системы (в нашем случае в течение суток) происходит только за счет тиксотропного преобразования структурных связей. Анализировались графики зависимости коэффициентов разупрочнения и тиксотропного упрочнения от частоты динамического воздействия.
В ходе испытаний на вибростенде оценивали способность грунтов к тиксотропному упрочнению по двум схемам: а) в зависимости от степени водонасыщения (на примере слабосвязного среднего суглинка, aQi); б) оценивали способность к тиксотропному упрочнению грунтов различного гранулометрического состава, но близкой степени водонасыщения (Sr=0,7-0,8) и аналогичных условиях нагружения (частота нагружения f=20 Гц, амплитуда А=0.25 мм, время вибрации t0=3 мин., время восстановления прочности tBOCCT.=24 часа). Способность грунта к тиксотропному упрочнению определяется подвижностью частиц, их возможностью к переориентации, переупаковке и установлению коагуляционных контактов по энергетически наиболее выгодным участкам своей поверхности. Сравнение тиксотропного потенциала грунтов с разного состава возможно на основе интегрального параметра дисперсности и физико-химической активности - удельной поверхности грунта. Однако даже при одинаковой степени водонасыщения разная гидрофильность грунтов подразумевает разное соотношение между различными видами связанной воды и, как следствие, разную толщину гидратных пленок, что создает неодинаковые условия для тиксотропных превращений грунтов различной дисперсности. Для получения сравнимых данных было проведено нормирование экспериментальных величин коэффициентов тиксотропного упрочнения по показателю гидрофильности грунтов. Показатель гидрофильности определялся по отношению содержания прочносвязанной воды в исследуемом образце к содержанию прочносвязанной воды в некотором эталонном грунте при аналогичных условиях. Приведенные значения коэффициентов тиксотропного упрочнения, равные произведению показателя гирофильности грунта на экспериментальное значение коэффициента тиксотропного упрочнения, характеризуют способность грунта к тиксотропному повышению прочности в сравнении с друг другом.
