Aug
22
2.3.4. Модель водонасыщенного грунта

2.3.4.   Модель водонасыщенного грунта

Для лучшего понимания процесса уплотнения грунта во времени рассмотрим механическую модель грунтовой массы.

Картинка

Рис. 2.8. Модель деформации во времени грунта, полностью насыщенного водой

 

В стакан 1 (рис. 2.8) поставим пружину 5 и до ее верха нальем практически несжимаемую (не содержащую воздуха) воду 4. На поверхность воды и верх пружины поставим поршень 2 с отверстием малого диаметра и приложим к поршню нагрузку 3, создающую давление р.
В первый момент времени после загруженная (при t = 0), пока несжимаемая вода не успела выйти из отверстия, поршень еще не переместился по вертикали. Следовательно, пружина не получила деформацию, и усилие в ней, отнесенное к единице, площади поршня рz, будет равна нулю (рz = 0). В воде же возникает давление pω = р. Таким образом, в первый момент времени давление полностью передается на воду.
По мере выдавливания воды из стакана через отверстие в поршне последний будет опускаться, что вызовет развитие все большей деформации пружины. В течение этого процесса значение pω уменьшается, а значение рz увеличивается. В результате будет сохраняться равенство
р+ pω = р        (2.19)
После выдавливания определенного количества воды из-под поршня давление р будет полностью передано на пружину, т. е. при t = ∞ давление pω = 0 и рz=р.
Эта механическая модель в известной степени иллюстрирует деформацию полностью насыщенного водой грунта, не обладающего структурной прочностью и ползучестью скелета. При сжатии образца водонасыщенного грунта, помещенного в одометр, в поровой воде возникает давление pω. По мере выдавливания воды из образца давление в поровой воде падает, а давление рz в деформирующемся скелете грунта увеличивается. Таким образом, давление в пружине моделирует давление в скелете, а давление в воде соответствует давлению в поровой воде.
Если в поровой воде содержится воздух в растворенном виде или в виде пузырьков, то она мгновенно деформируется сразу после приложения нагрузки. Это можно исследовать с помощью той же модели (см. рис. 2.8). В данном случае вследствие сжатия воды после приложения нагрузки, часть давления будет передаваться на воду, а часть на скелет, т. е. справедливо выражение (2.19). Чем большей сжимаемостью обладает поровая вода, тем большая часть усилия в начальный момент времени передается на скелет. Во все последующие отрезки времени после загружения давление в воде станет уменьшаться вследствие выдавливания ее из грунта. Этот процесс развивается до тех пор, пока все давление не будет передано на пружину (скелет грунта).
В водонасыщенном грунте, обладающем ползучестью, деформации развиваются во времени как в результате постепенного выдавливания воды из пор грунта, так и вследствие ползучести самого скелета. Этот вопрос рассмотрен в п. 7.6.