Усталостное Динамическое Снижение

Разрушение уплотнение прочности

Частичное Разжижение

разуплотнение (полная потеря прочности)

Скальные и полускальные грунты подвержены усталости – снижению прочности и повышению деформируемости в условиях динамического нагружения вследствие которой разрушение грунтов происходит при меньшей нагрузке, чем в случае ее монотонного роста. Наибольшее напряжение при котором грунт может длительное время сохранять сплошность без разрушения в условиях динамических нагрузок называется пределом усталости (σ_у).предел усталости для большинства грунтов с жесткими связями близок к 50% от начальной прочности. Наибольший уровень напряжений не приводящий к изменению прочностных и деформационных свойств грунтов при их динамическом нагружении называется порогом усталости (σ_пу). Проявление усталости может иметь определенное значение для сооружений на скальных основаниях в районах с высокой сейсмичностью.

Поведение несвязных грунтов. Крупнообломочные грунты при отсутствии заметного количества тонкодисперсного материала динамически устойчивы. В рыхлых песках при прохождении упругих волн возникают колебания частиц, взаимное их смещение, сопровождающееся переупаковкой и изменением пористости, что приводит к уплотнению песков. Этот эффект положен в основу методов вибропогружения свай, а также поверхностного и глубинного виброуплотнения рыхлых песков для повышения их несущей способности и снижения чувствительности к динамическим нагрузкам. Разжижение водонасыщенных песков при вибрационной нагрузке связано с нарастанием порового давления на фоне уплотнения грунта вплоть до исчезновения эффективного напряжения и непосредственного контакта между зернами – в какой-то момент они оказываются как бы взвешенными во вмещающей их воде. Количественно разжижаемость песков оценивается величиной потенциала разжижения.

Поведение связных грунтов. Молодые слаболитифицированные связные грунты разного генезиса с высокой влажностью наиболее чувствительны к вибрации. Динамическая неустойчивость проявляется в форме частичной или полной (вплоть до разжижения) потере прочности. Динамическая нагрузка вызывает в грунте разные по знаку напряжения, благодаря чему в местах контакта частиц и их агрегатов попеременно возникают сжимающие и растягивающие напряжения, когда они превыщают прочность структурных связей начинается разрушение структуры грунта. Свободная вода и часть рыхлосвязанной и иммобилизованной воды переходящей в свободное состояние при разрушении грунта играет роль смазки обуславливая разупрочнение или разжижение глинистых грунтов. после прекращения вибрации эти грунты способны к восстановлению прочности, в основе которого лежит тиксотропия – физико-химическое явление присущее коагуляционным дисперсным системам и выражающееся в полном или частичном разрушении структурных связей грунта под действием внешней нагрузки и последующем самопроизвольном их восстановлении в покое при неизменной температуре, пористости и влажности. Однако конечная прочность природных связей после завершения восстановления как правило не достигает исходного уровня.

В основе тиксотропии лежат особые свойства коагуляционных контактов между частицами твердой фазы грунта – их малая прочность, подвижность и обратимость. При этом при механическом воздействии на коллоидную систему происходит разрушение ее структуры, утолщение гидратных облочек вокруг частиц, переход части связанной воды в свободное состояние и разжижение системы. Восстановление контактов происходит в покое в результате беспорядочных столкновений коллоидных частиц, которые могут совершать броуновское движение. При этом конечная прочность тиксотропно восстановленных структур всегда постоянна и не зависит от числа последующих разрушений. Такие системы называются идеально тиксотропными. Для характеристики тиксотропных свойств используют – коэффициент тиксотропного разупрочнения – отношение прочности грунта до динамического воздействия к ее минимальному значению достигаемому в процессе этого воздействия. К_р=s_u0/s_{г min}/

Коэффициент тиксотропного восстановления – выражается отношением прочности грунта через заданный промежуток времени после прекращения динамического воздействия на грунт к исходной прочности грунта. К_в=s_ut/s_{0 min}.