Сочинение на тему Что такое сжижение почвы?

2.1 Общий обзор литературы

Более точное определение, данное Sladen et al (1985) [6], гласит, что «Разжижение – это явление, при котором масса почвы теряет большой процент своего сопротивления сдвигу, когда подвергается монотонной, циклической или ударной нагрузке, и течет так, как жидкость, до тех пор, пока сдвиговые напряжения, действующие на массу, не станут такими же низкими, как уменьшенное сопротивление сдвигу ».

Почва имеет тенденцию уменьшаться в объеме, когда подвергается сдвигающим нагрузкам. Зерна почвы склонны превращаться в более плотную упаковку с меньшим пространством внутри пустот, поскольку вода вынуждена выходить из поровых пространств. Если предотвращается слив этой поровой воды, то давление поровой воды увеличивается с нагрузкой сдвига. Следовательно, происходит перенос напряжения, другими словами, эффективное напряжение и, следовательно, сопротивление сдвигу почвы уменьшаются. В случае, если статическое, движущее напряжение сдвига больше, чем сопротивление грунта на сдвиг, тогда он подвергается деформациям, которые мы называем сжижением. Можно наблюдать разжижение рыхлых, некогезионных грунтов как при монотонных, так и при циклических сдвиговых нагрузках.

Когда плотные пески монотонно стригаются, почва сначала сжимается, а затем расширяется, когда частицы песка движутся вверх и друг над другом. Когда плотные насыщенные пески срезаются, препятствуя дренажу поровой воды, их тенденция к увеличению объема приводит к уменьшению давления поровой воды и увеличению эффективных напряжений и прочности на сдвиг. Когда плотный песок подвергается воздействию циклических небольших сдвиговых деформаций в условиях неосушенной поровой воды, избыточное давление поровой воды может создаваться в каждом цикле нагрузки, что приводит к размягчению и накопленным деформациям. Однако при больших напряжениях сдвига увеличение объема снимает избыточное давление воды в порах, что приводит к увеличению сопротивления почвы сдвигу.

В случае, если большие деформации предотвращаются после начального сжижения из-за увеличенной прочности на сдвиг без дождей, это называется «ограниченным сжижением» (Finn 1990) [7]. Когда плотные насыщенные пески подвергаются статическому нагружению, они имеют тенденцию постепенно размягчаться при недренированном циклическом сдвиге, достигая предельных напряжений, которые известны как циклическая подвижность (Castro 1975; Castro and Poulos 1979) [8]. Циклическую мобильность не следует путать со сжижением. Можно отличить оба факта от того, что в сжиженном грунте не наблюдается заметного увеличения сопротивления сдвигу, независимо от величины деформации (Seed 1979) [9].

Почвы, испытывающие циклическую подвижность, сначала размягчаются при циклическом нагружении, но позже, когда они монотонно нагружены без осушения, затвердевают, поскольку тенденция к увеличению объема уменьшает поровое давление. Во время циклической подвижности движущее статическое напряжение сдвига меньше, чем остаточное сопротивление сдвигу, и деформации накапливаются только во время циклической нагрузки. Тем не менее, на языке непрофессионала, почвенная недостаточность, возникающая из-за циклической мобильности, называется сжижением.

Согласно Селигу и Чангу (1981) [10] и Робертсону (1994) [11], дилатирующая почва может достигать состояния нулевого эффективного напряжения и сопротивления сдвигу. Циклические нагрузки могут приводить к изменению направления напряжения сдвига, когда начальное статическое напряжение сдвига мало, иными словами, путь напряжения испытывает состояние, известное как состояние нулевого напряжения сдвига. При таких условиях растягивающая почва может накапливать достаточное поровое давление, чтобы помочь достичь состояния нулевого эффективного напряжения, и могут развиться большие деформации. Однако деформации стабилизируются, когда заканчивается циклическая нагрузка, потому что наклон расширяться при дальнейшем сдвиге увеличивает эффективные напряжения и, следовательно, сопротивление сдвигу. Робертсон (1994) [11] назвал это «циклическим сжижением». Это включает в себя некоторую деформацию, возникающую в то время, когда статические напряжения сдвига превышают сопротивление сдвигу почвы (когда приближается состояние нулевого эффективного напряжения). Однако деформации прекращаются после окончания циклического нагружения, поскольку тенденция к быстрому расширению приводит к деформационному упрочнению. Этот тип разрушения в насыщенных плотных без когезионных грунтах также называется «сжижением», но с ограниченными деформациями.

Собрав все эти механизмы разрушения грунта, Робертсон (1994) и Робертсон и др. (1994) [11] предложили полную систему классификации для определения «разжижения почвы». Последние, выдвинутые Робертсоном и Страхом (1996) [12], приведены ниже:

(1) Разжижение потока – неосушенный поток насыщенного, сжимающегося грунта, когда он подвергается циклическому или монотонному сдвиговому нагружению, когда статическое напряжение сдвига превышает остаточную прочность почвы

(2) Циклическое размягчение – большие деформации, возникающие во время циклического сдвига из-за повышения давления в поровой воде, которое может увеличиваться при недренированном монотонном сдвиге.

Циклическое размягчение, при котором деформации не продолжаются после прекращения циклического нагружения, может быть дополнительно классифицировано как

Циклическое разжижение. Это происходит, когда начальное статическое напряжение сдвига превышает циклическое напряжение сдвига, чтобы вызвать изменение напряжения. Это может помочь в достижении состояния нулевого эффективного напряжения, при котором могут развиться большие деформации.

Циклическая подвижность. Циклические нагрузки не приводят к изменению напряжения сдвига, и условие нулевого эффективного напряжения не возникает. Деформации накапливаются в каждом цикле напряжения сдвига.

Ни одна из систем определения или классификации не представляется полностью удовлетворительной. Следовательно, широкое определение разжижения почвы будет принято для нашего будущего исследования. Как определено Комитетом Национального исследовательского совета по проектированию землетрясений (1985 г.) [13], разжижение почвы определяется как явления, при которых происходит потеря сопротивления сдвигу или развитие чрезмерных деформаций в результате кратковременного или повторного нарушения насыщенного несвязные почвы.

2.2 Восприимчивость почв к разжижению во время землетрясений

Разжижение чаще всего наблюдается на неглубоких рыхлых, насыщенных без когезионных грунтах, подверженных сильным колебаниям грунта во время землетрясений. Ненасыщенные почвы не подлежат сжижению, так как объемное сжатие не создает избыточного порового давления воды. Разжижение и большие деформации больше связаны с сжимающимися почвами, в то время как циклическое размягчение и ограниченные деформации более вероятны с обширными почвами. На практике потенциал разжижения в заданном месторождении почвы во время землетрясения часто оценивают с использованием тестов на проникновение на месте и эмпирических процедур.

Поскольку явления сжижения возникают из-за склонности зерен почвы к перестройке при сдвиге, любой фактор, препятствующий движению зерен почвы, будет увеличивать сопротивление сжижения почвенного осадка. Цементация частиц, почвенная ткань и старение являются одними из основных факторов, которые могут предотвратить движение частиц почвы.

История стресса также имеет решающее значение для определения сопротивления сжижения почвы. Например, отложения в почве с начальным статическим напряжением сдвига, другими словами, условия анизотропной консолидации, как правило, более устойчивы к образованию давления поровой воды (Seed 1979) [9], хотя статические напряжения сдвига могут привести к большим деформациям по мере инициирования разжижения.

Сверхплотные почвы (то есть почвы, подвергшиеся в прошлом большему статическому давлению) более устойчивы к перегруппировке частиц и, следовательно, к ожижению, потому что зерна почвы имеют тенденцию к более устойчивому расположению.

Сопротивление разжижению почвенного осадка увеличивается с глубиной с увеличением давления вскрышных пород. Именно поэтому почвенные отложения глубже, чем около 15 м, редко бывают сжиженными (Krinitzky et al. 1993) [14]