Под термином «упрочнение» (англ. hardening) предлагается понимать повышение сопротивления материала пластическим (остаточным) деформациям. Это не только повышение прочности, но и повышение жесткости (снижение деформативности). Разберемся подробнее.

Вот что об этом пишет Ю. К. Зарецкий в лекциях по современной механике грунтов (1989):

Untitled

Первичное нагружение грунта до точки А и последующая разгрузка и повторное нагружение до меньшего давления показывают упругую работу, то есть отсутствие пластических (остаточных) деформаций — график возвращается в начало. Если последующее нагружение превысит давление, достигнутое ранее в точке А, то грунт начнет проявлять нелинейную зависимость, и после нагружения до точки В разгрузка покажет наличие остаточных деформаций (график не вернулся в 0 по горизонтальной оси).

Последующее нагружение, разгрузка, повторное нагружение при условии, что давление менее, чем было ранее в точке В, будет сопровождаться только упругими деформациями. Таким образом, точка В стала пределом упругой работы грунта и она отделяет упругое поведение от упругопластического. Условимся называть эту границу пределом упругости. Еще встречается вариант «предел текучести», который подразумевает не предельное состояние, а выход за предел упругости.

В современной механике грунтов и в моделях под пределом упругости можно понимать шатровую поверхность в координатах $p-q$ (среднее напряжение – девиатор). Ниже показан пример для модели HS: точка 3 соответствует бытовым напряжениям и образует шатер (1) — изолинию равных объемных деформаций. После строительства здания (нагружение) траектория напряжений направлена от 3 к 4, и шатровая поверхность увеличивается от (1) к (2).

Пример роста шатровой поверхности для модели HS

Пример роста шатровой поверхности для модели HS

Предел упругости, как достигнутое ранее давление, называют давлением предуплотнения (историческое давление). Это весьма важный показатель природного напряженного состояния грунтового массива. См. также Природное напряжённое состояние. Расчёт Initial phase.

Учет параметров природного напряженного состояния (POP или OCR), получаемых на основе измерения давление предуплотнения, существенно влияет на все результаты расчетов. Подробнее — Сжимаемая толща для POP и OCR.

Интересно отметить, что упрочнение можно рассматривать в виде роста предела упругости как в компрессионном, трехосном сжатии, так и в виде роста сопротивления сдвигу в испытаниях на приборе одноплоскостного среза. Рассмотрим на примерах.

Упрочнение в компрессионной кривой

Обычную компрессионную кривую в полулогарифмическом масштабе (горизонтальная ось — логарифм) можно представить так:

Компрессионная кривая в полулогарифмической шкале

Компрессионная кривая в полулогарифмической шкале

Поворот этого графика (см. рис. ниже) позволяет получить представление об упрочнении грунта при компрессионном сжатии. Термин «упрочнение» подразумевает повышение предела упругости (давления предуплотнения) при нагружении и последующей разгрузки. Повторное нагружение до достигнутого ранее давления (историческое или предуплотнения) происходит по закону теории упругости. После превышения этого давления (предел упругости) проявляются пластические деформации.

На рисунке ниже показана компрессионная кривая (повернутая), в которой условное нагружение выполнено в последовательности 1-6, где:

Упрочнение модели грунта по объёму (при сжатии)

Упрочнение модели грунта по объёму (при сжатии)

Давление предуплотнения, как предел упругого поведения, при нагружении от 1-2 и последующей разгрузке фиксируется для этого напряженного состояния. Любые нагрузки, не превышающие значение давления предуполотнения_1, будут характеризоваться упругими деформациями. Так работает грунт в выемках и котлованах, если вес вынутого грунта больше, чем вес сооружения. См. также: Переуплотненные грунты.