Введение. 
Упрочнение и разупрочнение глинистого грунта

Деформирование упрочняющегося глинистого грунта встречает увеличивающееся сопротивление, которое чаще всего описывается плавной кривой зависимости касательного напряжения от сдвиговой деформации, рассчитанных для плоской площадки, пересекающей образец в зазоре между обоймами сдвигового прибора. «Относительное скольжение агрегатов грунта на рассматриваемой площадке в допредельном состоянии возможно, если на определенном промежутке времени будет выполняться условие.

(1).

где — угол внутреннего трения; - изменяющееся во времени сцепление вследствие уплотнения и структурных изменений" [Тер-Мартиросян, 1990]. На каждой ступени нагружения образца грунта сдвиговые деформации затухают со временем вследствие упрочнения, и только по мере исчерпания резервов упрочнения грунт переходит в состояние пластического течения.

Схема возникновения пластических деформаций в допредельном состоянии грунтового тела по [9] предполагает, что все выделенные слои сдвигаются одновременно, по поверхностям скольжения, охватывающим весь образец (рисунок 1).

Рисунок 1 Схема развития пластических деформаций при сдвиге образца грунта по [9].

Однако это нереально даже в условиях опыта со скашиванием исследуемой части образца, потому что неизбежна концентрация напряжений в какой-либо его малой части, в которой возникает и развивается поверхность скольжения. Эта малая часть находится в контакте с жесткой границей грунтового тела — кольцом для отбора грунта или промежуточным подвижным кольцом. На этой малой части возникает площадка скольжения, на которой, в то время как остальной объем образца находится в допредельном состоянии, и в нем. Увеличение деформации сдвига приводит к увеличению площадки скольжения и раскрытию сдвиговой трещины до видимых размеров, как это было показано в опытах на сдвиг плотной глины [7] (рисунок 2).

Рисунок 2 Схема образования трещин, открывшихся на поверхностях скольжения при сдвиге грунта [7].

«Макроскопическое разрушение при сдвиге проявится, когда будет сформирована поверхность или система поверхностей скольжения (сдвига) с ослабленным сопротивлением, и таким образом станет возможным запредельное ускоренное смещение» [2]. Развивая эту мысль, мы приходим к представлению о последовательном образовании площадок скольжения, сливающихся в поверхность скольжения.

Последовательное образование конечного числа площадок скольжения, или сдвиговых трещин, должно отразиться на реакции образца, придать диаграмме сдвига менее гладкую форму. Этого не видно, так как авторы [7] измеряли реакцию с большими интервалами перемещения. Сдвиг с постоянной скоростью деформации и непрерывной записью реакции образца позволил увидеть колебания ее значений (рисунок 3).

Рисунок 3 Изменение реакции образца при сдвиге грунта с постоянной скоростью по [Покровский ГИ, 1937].

Г. И. Покровский [8] связывал колебания реакции с перестройкой микроструктуры грунта на поверхности скольжения и предлагал определять «эффективный диаметр частиц» по амплитуде колебаний, используя их статистическую оценку.

Пониманию физической сути изменений реакции способствует анализ сопротивления сдвигу при повторных нагружениях с разгрузкой при заранее определенных значениях перемещения. При разгрузке упругая деформация исчезает, а повторное нагружение добавляет долю остаточной деформации при бульших значениях полного сопротивления. Каждый цикл нагружения увеличивает полное сопротивление сдвигу и остаточную деформацию, что можно рассматривать как упрочнение грунта. Оно происходит при малых перемещениях (рисунок 4).

Рисунок 4 Изменение реакции образца при сдвиге грунта с разгрузкой при заданных значениях перемещения по [3].

Поскольку разгрузка производилась в [3] при заданных значениях деформации, то в этом опыте также неполно проявляется природа упрочнения. Очевидно, что измерение упрочнения следует вести по методике, рекомендованной Г. И. Покровским [8], т. е. с малой постоянной скоростью сдвига, с непрерывной записью силовой реакции образца. При этом разгрузка (релаксация) происходит естественно после увеличения упругих деформаций до предела прочности на локальной площадке, а упрочнение — как следствие неупругих деформаций на этой площадке [6].