Глава VIII

ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

§ 23. Условия прочности грунтов

Если рассматривать сжатие грунта без возможности его бо­кового расширения, то образец грунта будет только уплотняться. Такое изучение уплотняемости грунта возможно на водонасьпценных образцах, т. е. в условиях, когда все поры грунта заполнены водой. Сжатие слоя грунта осуществляется в сосуде с жесткими стенками (где исключено боковое расширение) и с равномерно распределенной нагрузкой.

При сжатии грунтовой массы (водонасыщенного грунта), в со­ответствии с исследованиями проф. Н. М. Герсеванова «...каждо­му давлению в грунтовом скелете, относящемся к сисеме Р (т. е. давлению, которое передается от одной минеральной частицы к другой), соответствует определенная величина влажности грунто­вой массы. Это соответствие выполняется как в статическом со­стоянии, так и в любой момент динамического состояния грунто­вой массы». В глинистых грунтах, как уже указывалось выше, существенное влияние имеет связанная вода. Под действием внеш­ней равномерно распределенной нагрузки в первую очередь вы­давливается свободная вода, а затем уже рыхло связанная (лио- сорбированиая) вода, у которой электромолекулярное давление в наружных слоях меньше давлений, вызываемых внешней нагруз­кой. Новейшие исследования показывают, что полного равновесия не наступает. Возникает так называемая вековая осадка, харак­теризующаяся пологостью нижней ветви кривой осадки.

В водонасыщенных грунтах, все поры которых заполнены во­дой, коэффициент пористости е равен весовой влажности вдолях единицы со, умноженной на удельный вес частиц грунта [17]. Следовательно, можно перейти к зависимости между давлением и коэффициентом пористости, учитывая приведенную связь между весовой влажностью грунта и пористостью. Зависимость между давлением и коэффициентом пористости служит характеристикой уплотняемости грунта под действием внешней нагрузки и полу­чила название компрессионной кривой.

При испытании грунтов на уплотняемость (рис. 11, а) должны выполняться следующие условия:

отношение высоты уплотняемого слоя образца грунта к его диаметру должно быть возможно меньшим, чтобы избежать тре­ния образца о боковые стенки прибора. Обычно это отношение принимается равным

при испытании монолитов предварительная загрузка их дав­лением должна соответствовать природной (давлению, испыты­ваемому грунтом в месте взятия образца), и они должны загру-

жаться в прибор ориентированными, т. е. верх и низ образца должны соответствовать залеганию грунта в естественных усло­виях;

после сборки прибора производится зарядка испытуемым грун­том и установка его под пресс. Ход опыта состоит в уплотнении грунта ступенями нагрузки и определении коэффициента пористо­сти грунта для каждой ступени нагрузки (число ступеней устанав­ливается до начала опыта).

Уплотнение грунта фиксируется показаниями прибора (мессу- ры). Сборка прибора и установка под пресс производится в со­ответствии с инструкцией. Нормальное испытание производится при нагрузках 1, 2, 3, 4 и 6 кг/см² (рис. 11, а).

Рис. 11. Испытания грунтов на уплотняемость:

а — схема прибора; б — компрессионная кривая; Р — нагрузка; Е — коэффициент пористости; 1 — коль­цо; 2 — образец грунта; 3— обойма; 4 — пористый штамп; 5 — ветвь -нагрузки; 6 — ветвь разгрузки

Обработка результатов испытаний включает построение комп­рессионной кривой, вычисление коэффициента сжимаемости грун­та и составление заключения по результатам испытаний. Компрес­сионная кривая (рис. 11,6) имеет две ветви: кривую уплотнения, получаемую при возрастании нагрузки на грунт, и кривую набу­хания, получаемую при разгрузке грунта. Обе эти кривые не совпадают. Последнее указывает, что процессы уплотнения и на­бухания необратимы, так как хотя частицы грунта и обладают упругостью (особенно глинистые), но при сжатии грунта проис­ходит нарушение структуры некоторых агрегатных частиц.

Для характеристики сжимаемости грунтов существуют сле­дующие зависимости и показатели:

коэффициент уплотнения или сжимаемости а, предложенный проф. Н. М. Герсевановым;

величина относительной деформации, предложенная проф. Н. Н. Масловым.

Сжимаемость грунта, выраженная через коэффициент уплот­нения а, вычисляется по формуле

Рис. 12. Выражение сжимаемости грунта через коэффициент уп­лотнения а

Размерность коэффициента уплотнения выражается в см²/кг, т. е. она обратна размерности напряжения, выражаемой в кг/см². По коэффициенту уплотнения про­изводится оценка степени сжимае­мости грунтов следующим обра­зом:

а<0,001—грунты практически несжимаемы; а=0,001 -=-0,01 —грун­ты слабо сжимаемы; а = 0,014-0,1 — грунты имеют повышенную сжи­маемость; а>0,1 — грунты сильно сжимаемы.

Являясь важной расчетной ха­рактеристикой грунта, коэффици­ент сжимаемости входит множите­лем во многие формулы для расче­та осадки сооружений. Он может служить характеристикой для определения грунтов по трудности их разработки дноуглубительными снарядами. При выражении сжимаемости грунта величиной его относительной деформации е опытным путем устанавливается для той или иной нагрузки Р величина сжатия образца высотой

(29)

(30)

где Е — модуль сжатия, кг/см².

При заданных значениях ей Р можно из выражения (30) оп­ределить Е. Это значение отражает особые условия сжатия грун­та и именуется модулем общей деформации грунта. Из выражения (29) видно, что е является безразмерной величиной, но на прак­тике она может быть выражена в промиллях, т. е. мм/м. В этом случае показатель именуется модулем осадки или сжатия и ему придается индекс р, т. е. е_р, указывающий на величину нагрузки.

Таким образом модуль осадки или сжимаемость указывает вели­чину сжатия в мм столба грунта высотой 1 м при приложении к нему дополнительной нагрузки Р.

Н. Н. Маслов степень сжимаемости грунтов по величине моду­ля осадки е_р охарактеризовал следующими данными (табл. 11).

Таблица 11