ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ РЕОЛОГИИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

С. Р. МЕСЧЯН

Печатается по решению Ученого совета
Института Механики НАН Республики Армения

Месчян С. Р. Экспериментальные основы реологии глинистых грунтов. Ер.: Гитутюн, 2008, 807 с.

Обобщены результаты исследований в области экспериментальной реологии - ползучести и длительной прочности обыкновенных, просадочных и набухающих глинистых грунтов. Рассмотрены вопросы реологии твердых тел, теорий ползучести материалов, природы прочности и деформируемости, физических и водных свойств глинистых грунтов.
Описаны лабораторные устройства и приборы, методы испытания образцов, приведены результаты определения ползучести скелета обыкновенных неводонасыщенных и водонасыщенных глинистых грунтов, бокового давления, мгновенных и ползучих деформаций при одномерном уплотнении и простом сдвиге с учетом изменяемости их состояния под действием уплотняющих давлений, температуры, влажности, вибрационных воздействий и т.д. Рассмотрены специфические свойства просадочных и набухающих грунтов, их ползучесть при уплотнении и простом сдвиге с учетом изменяемости уплотняющих давлений и влажности.
Приведены реологические модели и уравнения ползучести скелета указанных выше глинистых грунтов при одномерном уплотнении и простом сдвиге, сформулировано Обобщенное уравнение (Закон) их ползучести при простом сдвиге, приведены методы их определения. Показана применимость Закона позучести простого сдвига ко всем видам глинистых грунтов с учетем всех перечисленных выше факторов. Рассмотрены примеры приложения Закона сдвиговой ползучести к решения практических задач Геoтехники без учета и с учетом сейсмических воздействий.
Рассмотрены вопросы начальной (кратковременной), длительной и предельно длительной прочности указанных выше глинистых грунтов, изложены методы их определения и полученные результаты.
Для научных, инженерно-технических работников научно-исследовательских и геотехнических лабораторий проектных институтов, а также аспирантов и студентов.

 

Содержание

 

Предисловие

11

Глава 1. Сведения о глинистых грунтах

 

1.1.

Введение

17

1.2.

Понятие о составе глинистых грунтов

18

1.3.

О природе прочности и деформируемости глинистых грунтов

26

1.4.

Природная уплотненность глинистых грунтов

38

1.5.

Физические свойства глинистых грунтов

40

1.6.

Водные свойства глинистых грунтов

45

Глава 2. Общие вопросы реологии твердых деформируемых тел

 

2.1.

Введение

52

2.2.

Простейшие виды напряжений и деформаций твердого деформируемого тела

53

2.3.

Ползучесть, релаксация напряжений и длительная прочность. Реология - наука о деформации и текучести вещества

63

2.4.

Понятие о реологических моделях и уравнениях состояния

71

2.5.

Теории ползучести

77

2.6.

Основные направления развития экспериентальной реологии глинистых грунтов

95

Глава 3. Одномерное уплотнение глинистых грунтов

 

3.1.

Введение

100

3.2.

Приборы одномерного уплотнения глинистых грунтов

105

3.3. Закономерности конечных деформаций одномерного уплотнения глинистых грунтов 112

3.4.

Методы испытания образцов грунтов, определение коэффициента сжимаемости и модуля общей компрессионной деформации

116

3.5.

Методы определения оптимальной влажности и наибольшей плотности скелета глинистых грунтов

131

Глава 4. Теории одномерного уплотнения (консолидации) водонасыщенных глинистых грунтов

 

4.1.

Теория фильтрационного уплотнения (консолидации) К.Терцаги

138

4.2.

Теория одномерного уплотнения пористой ползучей водонасыщенной глинистой грунтовой массы В.А.Флорина

142

4.3.

Методы проверки теорий одномерного уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов

149

4.4.

Методика испытания образцов глинистых грунтов различной высоты

151

4.5.

Методы и приборы измерения избыточного давления в поровой воде водонасыщенного глинистого грунта

155

4.6.

Влияние высоты образца на уплотнение водонасыщенных глинистых грунтов и методика определения ползучести их скелета

158

4.7.

Ползучесть образцов водонасыщенных глинистых грунтов при небольших давлениях

165

4.8.

Характер изменяемости избыточного давления в поровой воде и показателя одномерной консолидации водонасыщенных глинистых грунтов

168

Глава 5. Закономерности мгновенных компрессионных деформаций скелета глинистых водонасыщенных грунтов

 

5.1.

Введение

176

5.2.

Методика определения закономерностей мгновенных компрессионных деформаций глинистых грунтов

180

5.3.

Реологическое поведение глинистых грунтов при нагружении и последующей разгрузке в условиях одномерного уплотнåния

186

5.4.

Изменяемость модуля упругомгновенной (условно - мгновенной) компрессионной деформации в зависимости от состояния глинистого грунта

191

Глава 6. Ползучести скелета глинистых грунтов при одномерном уплотнении

 

6.1.

Введение

199

6.2.

Компрессионная ползучесть неводонасыщенного глинистого грунта

201

6.3.

Влияние начального состояния глинистых грунтов на закономерности одномерного уплотнения

206

6.4.

Компрессионная ползучесть скелета глинистого грунта при переменном нормальном напряжения

210

6.5.

Аппроксимация экспериментальных кривых компрессионной ползучести скелета глинистых грунтов

214

6.6.

Аппроксимация семейств экспериментальных кривых компрессионной ползучести скелета глинистых грунтов

223

6.7.

Описание процесса ползучести одномерного уплотнения глинистого грунта при переменном во времени напряжении

227

6.8.

Определение процесса компрессионной ползучести скелета глинистых грунтов с учетом изменяемости их начального состояния  плотности-влажности

231

6.9.

Практические методы определения параметров компрессионной ползучести глинистых грунтов

239

6.10.

Прогноз длительных деформаций компрессионной ползучести скелета глинистых грунтов по данным кратковременных опытов

251

6.11.

Деформации объемной ползучести скелета и боковое давление глинистых грунтов

255

Глава 7. Реологические свойства глинистых грунтов при простом сдвиге

 

7.1.

Введение

265

7.2.

Предельные касательные напряжения, простейшие реологические уравнения состояния деформаций простого сдвига глинистых грунтов

269

7.3.

Формы записи реологического уравнения состояния глинистых грунтов при простом сдвиге

274

Глава 8. Лабораторные устройства, приборы и приспособления для испытания глинистых грунтов в условиях простого сдвига

 

8.1.

Введение

283

8.2.

Приборы одноплоскостного cpeза глинистых грунтов

292

8.3.

Приборы и устройства кручения образцов глинистых грунтов

293

Глава 9. Кратковременное (начальное) сопротивление глинистых грунтов сдвигу

 

9.1.

Введение

307

9.2.

Влияние высоты образца и конструкции устройства (прибора) на сопротивление глинистых грунтов сдвигу

314

9.3.

Консолидированно-дренированный метод лабораторного oпpеделения сопротивления сдвигу (срезу) песчаных и глинистых грунтов (по ГОСТ 12248-96)

318

9.4

Консолидированно - дренированный метод определения сопротивления глинистых грунтов сдвигу кручением образцов (АСТ 178–99)

322

9.5

Определение сопротивления глинистых грунтов сдвигу методами консолидированно - недренированного(ускоренного) и неконсолидированно - недренированного (быстрого) среза (ГОСТ 12248 - 96).

325

9.6.

Метод лабораторного определения сопротивления сдвигу (срезу) глинистых грунтов в условиях незавершенного уплотнения Н.Н. Маслова

327

9.7.

Сопротивление глинистых грунтов сдвигу при повторном (многократном) закручивании образцов

328

9.8.

Результаты определения параметров сопротивления глинистых грунтов сдвигу методом повторного (многократного) испытания образцов

332

9.9.

Метод лабораторного определения истиного угла внутреннего трения и истинного сцепления глинистых грунтов

338

Глава 10. Закономерности деформаций глинистых грунтов при простом сдвиге

 

10.1.

Введение

345

10.2.

Закономерности мгновенных деформаций глинистых грунтов при простом сдвиге

347

10.3.

Закономерности ползучести глинистых грунтов при простом сдвиге

350

10.4.

Определение параметров ползучести простого сдвига глинистых грунтов методом трех кривых

357

10.5.

Упрощенная форма записи уравнения сдвиговой ползучести глинистых грунтов и определение его параметров методом одной кривой

362

10.6.

Прогноз длительных деформации простого сдвига глинистых грунтов по данным кратковременных опытов

370

10.7.

Проверка применимости теории ползучести к глинистым грунтам при простом сдвиге

372

10.8.

Кинетическая теория вязкого деформирования глинистых грунтов

375

10.9.

Взаимовлияние сдвиговых и объемных деформаций глинистых грунтов

378

10.10.

Исследование ползучести глинистых грунтов методами одноосного и трехосного сжатия

386

Глава 11. Влияние состояния глинистых грунтов на их мгновенные и ползучие деформации простого сдвига

 

11.1.

Общие сведения

391

11.2.

Влияние состояния грунта на зависимость касательное напряжение-мгновенная деформация простого сдвига

398

11.3.

Влияние уплотняющего давления на ползучесть глинистых грунтов при простом сдвиге

402

11.4.

Обобщенное уравнение (закон) сдвиговой ползучести глинистых грунтов

411

11.5.

Примеры определения характеристик сдвиговой ползучести глинистого грунта упрощенными методами

420

11.6.

Примеры приложения обобщенного уравнения сдвиговой ползучести (11.43) для решения практических задач

425

11.7.

Ползучесть деформации формоизменения глинисых грунтов в условиях сложного напряженно-деформированного состояния

439

Глава 12. Длительное сопротивление глинистых грунтов сдвигу

 

12.1.

Введение

442

12.2.

Существующие представления о природе изменяемости сопротивления глинистых грунтов сдвигу во времени

446

12.3.

Влияние длительности и режима испытания образцов на сопротивление глинистых грунтов сдвигу

453

12.4.

Прочность глинистых грунтов при больших деформациях сдвига

466

12.5.

Влияние сдвиговой ползучести на сопротивление глинистых грунтов сдвигу

470

Глава 13. Термореологические свойства водонасыщенных глинистых грунтов

 

13.1.

Введение

483

13.2.

Компрессионная термоползучесть водонасыщенных глинистых грунтов

489

13.3.

Термопрочность водонасыщенных глинистых грунтов

523

13.4.

Термоползучесть глинистых грунтов при сдвиге

527

Глава 14. Реологические свойства глинистых грунтов при динамических вздействиях

 

14.1.

Введение

539

14.2.

Компрессионная вибропрочность глинистых грунтов

542

14.3.

Вибросопротивление глинистых грунтов сдвигу

564

14.4.

Влияние вибрационных воздействий на  поведение глинистых грунтов, находящихся в допредельных состояниях

584

14.5.

Виброползучесть глинистых грунтов при простом сдвиге

589

14.6.

Скорости смещения по наклоненному напластованию слоя вязкого глинистого грунта при сейсмическом воздействии

600

14.7.

Метод определения степени устойчивости природных склонов и скоростей смещения по наклонному напластованию глинистого грунта при сейсмических воздействиях

609

14.8.

Диссипативные свойства глинистых грунтов

612

Глава 15. Реологические свойства просадочных грунтов

 

15.1.

Введение

628

15.2.

Компрессионная ползучесть просадочных грунтов

635

15.3.

Сопротивление просадочных грунтов сдвигу

653

15.4.

Ползучесть просадочных грунтов при простом сдвиге

659

Глава 16. Реологические свойства набухающих грунтов

  

16.1.

Введение

669

16.2.

Основные показатели набухающих свойств глинистых грунтов и методы их определения

679

16.3.

Упрощенный метод определения параметров набухания глинистых грунтов

696

16.4.

Ползучесть набухающих глинистых грунтов в условиях одномерного уплотнения

704

16.5.

Сопротивление набухающих грунтов сдвигу

725

16.6.

Ползучесть набухающих грунтов при сдвиге

744

16.7.

Применение свойства набухания глинистых грунтов в гидротехническом строительстве

762

Глава 17. Примеры проявления реологических свойств глинистых грунтов в природных условиях

 

17.1.

Длительные деформации - ползучесть глинистых грунтов

771

17.2.

Исчерпание прочности глинистых грунтов

781

Список литературы

789

       

СТЕПАН РУБЕНОВИЧ МЕСЧЯН

Доктор технических наук, профессор,

лауреат премии Президента Республики Армения

Родился в 1922г в г. Ахалцихе /Грузия/. В 1939 г. окончил армянскую школу в г. Тбилиси , в 1944 г. строительный факультет ТбИИЖТа - Тбилисского института инженеров ж.-д. тран­спорта. В 1956 г. ему была присвоена ученая степень кандидата технических наук , в 1965 г. доктора технических наук, в 1969г – звание профессора.
Является одним из основоположников Экспериментальной реологии глинистых грунтов.
Принял активное участие в строительстве крупнейшей в Армении Гюмушской гидроэлектростанции (1946–1953), работал в Институтах стройматериалов и сооружений (1953–1956), математики и механики (механики с 1972г) геологических наук (1986–1992), а с 1992г по настоящее время в Институте механики НАР РА, где занимает должность главного научного сотрудника. Педагогическую деятельность начал в 1947г чтением лекции по курсу "Механика грунтов, основания и фундаменты" в Ереванском отделении ТбИИЖТа, преподавал в Ереванском политехническом и Сельскохозяйственном институтах, в 1968–1982гг занимал должность профессора кафедры "Общая и прикладная геология" Ереванского государственного университета.
Научные работы относятся к вопросам экспериментальной реологии - ползучести, релаксации напряжений и длительной прочности обычных, набухающих и просадочных глинистых грунтов, служащих основанием, средой и материалом грунтовых сооружений, их термореологии, виброреологии, природы прочности, уплотнения и разуплотнения, динамических, сейсмических и других свойств.
Опубликованû более 190 научных статьей и десять монографий на армянском, русском и английском языках. Второе издание книги “Экспериментальная реология глинистых грунтов” опубликовано на английском языке изд-вом Балкема (1995), а ее 3-е русское идание (2005) удостоено премии Президента Республики Армения 2005г Oтдельные главы первой, опубликованной в области экспериментальной реологии глинистых грунтов в 1967г книги “Ползучесть глинистых грунтов” (1967), переведенны на французский язык. Запатентованы несколько научных изобретении, составлен Государственный стандарт Армении ACT 178-99, организованы крупные лаборатории реологии глинистых грунтов в Институте механики НАН РА и в Ереванском госуниверситете, подготовлены научно-технические работники в области эксперимeнтальной реологии глинистых грунтов.