Механизм повышения порового давления


          Существует и другой механизм повышения порового давления, а именно колебания грунта при землетрясениях. Если сухой зернистый или песчаный грунт подвергается повторяющейся нагрузке, то даже сравнительно плотный материал уменьшается в объеме по мере увеличения количества циклов нагрузки.

Следовательно, если такой грунт поместить в установку, воспрепятствовать удалению воды и вдоль оси образца приложить циклическую нагрузку, вызывающую его сжатие и растяжение, то поровое давление будет постепенно возрастать. Каждый цикл нагрузки приводит к приращению остаточного порового давления. Верхняя диаграмма показывает переменное касательное напряжение, передаваемое на образец путем циклического приложения осевой нагрузки. Второй график показывает циклическое изменение порового давления и тенденцию его постепенного роста в процессе испытания. Поскольку во время испытания внешнее гидростатическое, или виутрикамериое, давление остается неизменным, постепенное возрастание порового давления означает, что эффективные напряжения в образце грунта уменьшаются. Вследствие этого величина осевого смещения, или деформации образца, показанная на нижней диаграмме, постепенно увеличивается вместе с ростом порового давления. В конце концов, поровое давление становится очень близким к окружающему внешнему давлению, а эффективные напряжения почти исчезают. В этом случае говорят, что произошло разжижение образца, так как он имеет теперь свойства скорее плотной жидкости, чем твердого вещества: деформации, или смещения, при переменной нагрузке становятся очень большими.

Когда происходит землетрясение, в грунте, находящемся у дневной поверхности, возникают переменные касательные напряжения, за исключением, конечно, того, что циклы не столь регулярны, а амплитуды имеют случайную величину. Поскольку продолжительность землетрясения сравнительно невелика, грунт, состоящий из достаточно мелких зерен и поэтому слабо проницаемый, не может за время колебаний освободиться от воды. В результате этого происходит повышение порового давления. Если колебания достаточно интенсивны или если их продолжительность велика для свойств данного грунта, происходит явление разжижения. Поскольку для этого требуется условие полного или почти полного отсутствия дренажа и поскольку грубозернистый песок и гравий бывают довольно плотными, такие грунты редко испытывают разжижение при землетрясениях. Этот эффект наблюдается обычно только в средней мелкозернистых песках, находящихся в довольно рыхлом или умеренно уплотненном состоянии. Если материал еще более тонкозернистый, чем мелкий песок или грубый ил, он обладает обычно каким-то сцеплением. Это препятствует развитию процесса разжижения, так как, хотя поровое давление может там в какой-то мере возрасти, сцепление зерен не позволяет им потерять контакта между собой; поэтому-то большинство видов глин и илистых глин не испытывают полной потери прочности на сдвиг, и в них не происходит разжижения.

Ползучесть, приводящая к разрушению. Все рыхлые и плотные горные породы под непрерывным действием касательных напряжений проявляют свойство вязкого течения, или ползучести. Поскольку такие напряжения характерны для склонов холмов, очень часто на склонах можно видеть деревья с искривленными стволами, причем вогнутая сторона смотрит вверх; это явление связано со сползанием почвенного слоя вниз по склону. Скорости или величины смещения в зависимости от глубины для таких медленно текущих материалов максимальны у поверхности и уменьшаются с глубиной. Поэтому деревья испытывают постоянный вынужденный наклон в направлении склона, но природное свойство деревьев расти вертикально заставляет их стволы искривляться. Если в материале, находящемся в состоянии ползучести, сохраняется устойчивое соотношение сила — смещение ползучесть проявляется сравнительно равномерно, если только смещение не приводит к изменению формы склона в направлении большей устойчивости.

С другой стороны, если поведение материала неустойчиво, то на участке максимальных касательных напряжений и смещений (обычно у основания или у гребня склона) развиваются поверхности скола, и там прочность материала понижается до своей конечной величины. Эта зона становится, затем чем-то вроде поверхности раздела или треШдаы в металле и вызывает увеличение касательных напряжений вблизи от нее.
 Тектонические движения. Во многих местах мира, особенно у краев плит земной коры, происходит вздымание или погружение поверхности. Кроме того, после крупных землетрясений реакция земной коры приводит к значительным поднятиям или опусканиям, захватывающим участки площадью в тысячи квадратных километров. В других районах изменение высот происходит, например, из-за продолжающегося выравнивания коры в результате снятия нагрузки льда после последнего оледенения. Наполнение крупного водохранилища также может вызвать измеримые смещения на соседних площадях. Во всех этих случаях изменение высот приводит к увеличению или уменьшению крутизны склонов. На тех склонах, которые находились на грани неустойчивости, при увеличении крутизны в грунтах происходит нарастание касательных напряжений, что ведет к развитию оползней.