Низкочастотное воздействие на грунт не относится к категории динамических воздействий, т.к. колебания напряжений происходят медленно с частотой до 1 Герца и, следовательно, ускорением частиц можно пренебречь. К таким воздействиям подвергаются грунты, находящиеся в основании морских гидротехнических сооружений (волновое воздействие), а также в основании сооружений, имеющих низкие частоты собственных колебаний. В последнее время появилось много работ, в которых утверждается возможность действия сверхнизкочастотных колебаний в верхних слоях земной коры, которые также могут вызвать дополнительные деформации в основаниях сооружений.
При низкочастотных воздействиях процесс дополнительного деформирования вследствие сверхстатического нагружения (разгрузки) σ = σ0 ± Δσ(t) существенно зависит от амплитуды действия дополнительных нагрузок Δσ и мало зависит от частоты изменения нагрузки. Опыты, проведенные в МГСУ на песчаных и глинистых грунтах в стабилометре (рис. 10.11) и в компрессионном приборе при различных значениях плотности - влажности грунта с частотой от 0,1 до 0,5 Герц, показали, что дополнительные деформации имеют затухающий с ростом циклов (времени) характер, и что кривую зависимости деформации от количества циклов можно представить в виде логарифмической функции
где N- количество циклов; εст и γст - соответственно линейные и угловые деформации от статической нагрузки, α и β - эмпирические коэффициенты.
Если количество циклов заменить временем, то получим зависимость вида
где t1 - период одного цикла; t - текущее время.
Анализ многочисленных испытаний, выполненных в лаборатории прикладной геомеханики МГСУ, показал, что влияние частоты на дополнительное деформирование ограничивается в пределах первых десятков циклов, далее все зависит от количества циклов. Поэтому при исследовании закономерностей дополнительного деформирования грунтов под низкочастотном воздействием можно сократить количество и длительность экспериментов, проводя опыты при больших частотах до 1 Герца. На величину дополнительных деформаций при низкочастотном воздействии существенное влияние оказывает уплотняющая нагрузка. Следовательно, с ростом глубины заложения слоя дополнительные деформации при циклическом нагружении уменьшаются.
К низкочастотным воздействиям на грунт следует отнести также изменение уровня грунтовых вод и особенно напоров в водоносных горизонтах. Они периодически меняют НДС массива грунта и вызывают в нем дополнительные деформации, в том числе и в сооружениях, опирающихся на такой массив. Более ярко это явление наблюдается на оползневых склонах, когда оползневой массив опирается на водоносный напорный горизонт (рис. 10.12, а). Аналогичная ситуация возникает в основаниях гидротехнических сооружений, опирающихся на глинистые грунты (рис. 10.12, б). Колебания уровня верхнего бьефа вызывают изменения одновременно в поровом давлении и касательных напряжений в грунтах оснований. То же можно сказать и о подвижках подпорных стен.
Все это, в конечном итоге, приводит к развитию дополнительных сдвиговых деформаций грунтов и соответствующим смещениям склонов и оснований гидротехнических сооружений (рис. 10.12).
В лаборатории прикладной геомеханики МГСУ были проведены многочисленные испытания глинистых грунтов в приборах перекашивания и кручения (рис. 10.13) полых цилиндрических образцов грунтов, отобранных из оползневых склонов Ахангаранского водохранилища (Узбекистан) и Загорской ГАЭС, которые показали, что при периодическом действии напора на нижней границе приборов в образцах грунта возникает неоднородное по высоте НДС вследствие распространения напорных волн, снижаются эффективные напряжения, и при неизменных касательных напряжениях развиваются необратимые вязкопластические деформации.