Исследование длительной прочности и деформируемости мерзлых грунтов показывают, что проявление реологических свойств (снижение прочности во времени, релаксация напряжений, формирование кривых ползучести) имеет такой же характер как и для твердых деформируемых тел. Это показывает, что физическая природа разрушения идентична, и может рассматриваться с позиций кинетической теории прочности, разработанной С.Н. Журковым и подтвержденной многочисленными опытными данными [1]. В соответствии с кинетической теорией механизм разрушения является термофлуктуационным, т.е. обусловленным тепловым колебанием атомов. Разрушение межатомных связей происходит за счет внутренней кинетической энергии, внешняя нагрузка только догружает межатомные связи. С учетом особенностей физических свойств мерзлых грунтов (многокомпонентностью, различной прочностью всех компонентов, физико-химическими и механическими взаимодействиями, фазовыми превращениями поровой влаги в широком диапазоне отрицательной температуры) получено уравнение прочности (σt) мерзлых грунтов, включающее кинетический параметр t0, равный периоду колебаний атомов - 10^-13с.[2]:

Обработка опытных данных также показала, что зависимость скорости установившейся ползучести от напряжения в логарифмическом масштабе при данной температуре является зеркальным отображением зависимости lgt - lgσt (рис. 1б). Следовательно, в основе деформирования и разрушения лежит термофлуктуационный механизм, обусловливающий постепенное накопление во времени разорванных атомных связей. Аналитическая зависимость скорости деформации (ε') от напряжения (σ) и температуры (ϑ) имеет вид:

Исследование прочности и ползучести мерзлых засоленных грунтов показывают, что влияние концентрации порового раствора на длительную прочность и скорость деформирования мерзлых грунтов аналогично влиянию температуры. Эта аналогия обусловлена тем, сто повышение температуры мерзлых грунтов так же как и увеличение концентрации порового раствора приводят к увеличению содержания незамерзшей воды, снижая прочность и увеличивая деформируемость. Следует отметить, что при обработке опытных данных, напряжение рассчитывалась на площадь занятую твердыми компонентами (минеральными частицами и льдом), которая принималась пропорциональной их объемному содержанию, и рассчитывалось по характеристикам физических свойств [3].

Полученные зависимости позволяют рассчитать энергию активации (U) процесса разрушения (рис 3) при:

потере прочности

ползучести

Величины Uσ и Ucr весьма близки, что так же свидетельствует о термофлуктуационном характере протекания обоих процессов, и их тесной взаимосвязи.

Изложенные результаты исследования дают возможность прогнозировать длительную прочность (на весь срок эксплуатации сооружения) и деформацию грунтов основания.

1. Зависимость lgt - lgσt и lgε' - lgσt для мерзлого незасоленного суглинка при температуре 1 - минус 1,0oС, 2 - минус 2,0oС, 1 - минус 3,0oС.

2. Зависимость lgt - lgσt и lgε' - lgσt для мерзлого засоленного суглинка с концентрацией порового раствора 1 - 0,004159 , 2 - 0,000499, 1 -0,000392, испытанного при температуре минус 3oС.

3. Зависимость энергии активации (U) от напряжения (σ) для мерзлого суглинка.

Литература:
1. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевская Э.И. Кинетическая теория прочности твердых тел. М., Наука, 1975, 560 с.
2. Роман Л.Т. Механика мерзлых грунтов. М., Наука/Интерпериодика, 2002, 426 с.
3. Роман Л.Т., Кривов Д.Н. Влияние засоленности на разрушение мерзлых грунтов //Основания, фундаменты и механика грунтов. 2007. N5. С27-29.