Модели латерально-неоднородного плоского простого сдвига

Ю.Л. Ребецкий (2008) выделяет две схемы нагружения, приводящие к возникновению напряженного и деформированного состояния латерально-неоднородного простого сдвига. Они представлены на рис. 10. Если в модели сдвигающие усилия приложены к диагонально противоположным вертикальным торцевым поверхностям, а подошва слоя имеет возможность проскальзывать без трения по основанию, то формирующееся напряженное и деформированное состояния остаются неизменными по глубине [Кокер, Файлон, 1936; Осокина, 1960, 1963; Emmons, 1969; Кобылянский, 1991]. Однако они изменяются по латерали (поперек оси сдвига) уже на самой начальной упругой стадии. Подобная ситуация неоднородного по латерали простого сдвига наблюдается также в экспериментах П.М. Бондаренко [1991], где между сдвигающимися горизонтальными подложками, на которых лежала деформирующаяся плита, имелась широкая щель, сопоставимая с мощностью слоя по линейному размеру в поперечном к оси сдвигания направлении.

Формирующееся в этих экспериментах в материале модели состояние в механике именуется плоским напряженным состоянием, т.к. его параметры не изменяются по нормали к плите, а напряжения на плоскостях, параллельных поверхности, можно считать, нулевыми (если не учитывать массовые силы).

В этом случае две главные оси для алгебраически максимального и минимального главных напряжений лежат в горизонтальной плоскости, а промежуточное главное напряжение равно нулю и направлено вертикально. Для моделей, показанных на рисунках, максимальные сдвиговые деформации осуществляются для точек слоя вблизи оси сдвига и по мере удаления от нее в поперечном направлении уменьшаются до нулевых значений, т.е. напряженное состояние существенно неоднородное в латеральном направлении. В соответствии с установленными особенностями деформирования механизм нагружения можно именовать плоским простым сдвигом.

Ю.Л. Ребецкий (2008) также проанализировал эксперименты, в которых воспроизводился описанный выше сдвиг. Он пишет, что указанная особенность напряженного состояния (независимость от глубины) позволяет выполнять его изучение с использованием принципов фотоупругости [Осокина, 1960, 1963; Бондаренко, Лучицкий, 1985; Бондаренко, 1991].

В экспериментах на оптически-активных материалах, выполнявшихся П.М. Бондаренко [1991], наличие широкой щели между сдвигающимися стеклянным пластинами основания определяло формирование в широкой зоне напряженного состояния, однородного по глубине, но неоднородного вкрест от оси сдвига. Траектории главных напряжений в срединной части модели ориентированы под 45° к оси сдвига. Здесь же наблюдается максимум касательных напряжений.

Физическое моделирование структур разрушения, отвечающих механизму плоского простого сдвига однородного по глубине, восходит к экспериментам на влажных глинах Г. Клооса [H. Cloos, 1928] и В. Риделя [Riedel, 1929]. В этих экспериментах на самой ранней стадии нагружения происходит локализация пластических деформаций вблизи осевой зоны сдвига. В моделях это достигалось: (а) неоднородностью напряженного состояния в ее плоскости и концентрацией напряжений в осевой ее части. В эксперименте для этого создавались условия для проскальзывания без трения глины относительно подложек на некотором расстоянии от оси сдвига, (б) неоднородностью прочностных свойств модели (внесением дефектов в осевой зоне сдвига). Как показали эксперименты, на дизъюнктивной стадии в моделях возникают трещины сдвига типа R-сколов и трещины отрыва T. Формирующиеся R-сколы представляли собой эшелонированные кулисообразные трещины, расположенные вдоль оси зоны сдвигания.

В экспериментах Г. Клооса H. Cloos, 1930) наблюдаются либо только системы трещин, ориентированных под углом 12° к оси сдвига, либо также наблюдаются и трещины отрыва. Формирование трещин отрыва одновременно с трещинами сдвига возможно для материалов, в частности, для глин, обладающих повышенной вязкостью и хрупкостью. В моделях Г. Клооса появление трещин отрыва обеспечивалось смачиванием водой поверхности глины. Такая процедура резко снижала прочность глины на разрыв, создавая возможность возникновения мелкой сетки трещин отрыва на пликативной стадии задолго до появления трещин скола. Более поздние эксперименты, выполненные другими исследователями, показали, что если не делать специальных процедур, то трещины отрыва Т-типа проявляются далеко не всегда.

Структурный парагенез на поверхности модели сходен с парагенезом, формирующимся в условиях неоднородного по латерали и вертикали простого сдвига (раньше считали, что это одни и те же условия нагружения), поэтому детально мы остановимся на последнем.

Напряженное состояние однородное по горизонтали и неоднородное по вертикали никем не исследовалось. Возможно, что такое состояние возникает, если в «фундаменте» осуществляется однородный простой сдвиг, а мощность «чехла» достаточно велика. Может ли такой сдвиг иметь место в природе – неясно.

Дата добавления: 2014-01-07