Прочность грунтов на сдвиг

Если напряжение сдвига в массе грунта превышает определенную величину, возникает пластическая деформация, и происходит относитель­ное перемещение: сдвиг разрушает грунт.

Между песками и глинами проведем различие.

Пески. На всех гранях, расположенных вдоль линии или поверхно­сти разрыва песка, существует пропорциональность между касательным напряжением т и нормальным напряжением Ϭ: напряжение сдвига связано только с трением между зернами. При возникновении относительного пе­ремещения можно записать:

τ = Ϭtgφ,

где φ - угол внутреннего трения песка.

34

В среднем угол трения песков составляет около 35°. У высоко­плотных песков угол трения достигает 40-45°, у рыхлых песков угол тре­ния составляет менее 30°.

Глинистые грунты. В глинах и илах прочность на сдвиг относится как к контактным действиям (трению), так и физическим связям между частицами.

Поскольку глина или ил насыщены, нормальное напряжение с частично уравновешивается давлением в пустотах U.И в таком случае вышеприведенное уравнение предела равновесия можно записать в виде:

τ = С + (ϭ - u) tgφ,

где (ϭ - u) - нормальное напряжение, которому обычно подвергается твердый скелет.

Величина С означает сцепление (или прочность на сдвиг при нуле­вом нормальном напряжении).

Для определения прочности грунтов на сдвиг проводят два типа эксперементов: прямой сдвиг и испытание трехосным нагружением.

Испытание на прямой сдвиг проводится на устройстве, схематично изображенном на рис. 1.6, а.

(а)

(б)

Рис. 1.6. Определение прочности грунтов на сдвиг:

а) принцип испытания на прямой сдвиг с целью определения собственной кривой;

б) принцип испытания трехосной нагрузкой с целью определения собст­ венной кривой.

35

Образец грунта заключается в разрезанную коробку, обе половины которой способны смещаться относительно друг друга. Образец подвергается следующим нагрузкам:

• постоянной нормальной нагрузке ϭ;

• напряжению сдвига τ, увеличивающемуся до разрыва. Местоположение точек, представляющих пары значений (ϭ, τ) на

изломе, составляет собственную кривую.

При испытании с трехосным нагруженном образец грунта, заклю­ченный в герметичную оболочку (рис. 1.6, б) и помещенный в камеру, подвергается:

- в боковом направлении действию напряжения ϭ₃(=ϭ₂), созда­ваемого жидкостью;

- в вертикальном - действию напряжения ϭ₁,создаваемого поршнем. При поддержании ϭ₃ постоянным, ϭ₁постепенно увеличивают до

разрыва. Записывается кривая отношения «осевой нагрузки (ϭ₁- ϭ₃) к осе­вой деформации ɛ». На рис. 1.7 представлен ряд типичных кривых «на­пряжение-деформация» для песков и глин. Излом принимает форму:

• или плоскости сдвига (в жестких грунтах);

• или чрезмерной деформации (особенно в мягких глинах).

(б)Мягкий песок (К_е<«и (д Рыхлый песок

Рис. 1.7. Кривые зависимости деформации от напряжения для грунтов различных типов

С помощью этого испытания определяют круги предельного рав­новесия Мора. Огибающая кругов Мора образует собственную кривую, которая практически линейна в случае с образцами, подвергнутыми обычным нагрузкам порядка сотен кПа или большим.

В случае глинистых грунтов, в зависимости от скорости проведения трехосного нагружения, внутреннее давление и, созданное увеличением нормальных напряжений, может или исчезнуть (рассеяться), или остаться.

36

Сжимаемость грунтов

Зернистый скелет породы, находящийся в определенном состоянии напряжения, подвергается постепенному сжатию. При испытании песков оседание обычно мало и не требует много времени. Изучение же уплотне­ния глин требует длительных лабораторных экспериментов.

Уплотнение глины состоит из трех ясно различимых фаз, соответ­ствующих трем различным физическим явлениям.

Мгновенное оседание грунта до удаления воды соответствует недренируемой деформации грунта.

Первичное оседание (или гидродинамическое уплотнение) соответ­ствует диссипации внутреннего давления и. Длительность этой фазы можно рассчитать, если известны конфигурация слоя (толщина, дренажные слои), сжимаемость и проницаемость грунта.

Вторичное оседание, являющееся следствием ползучести, подчи­няется линейному закону в логарифме времени. Это дополнительное осе­дание, практически ничтожное у плотных и переуплотненных глин, на­оборот, приобретает важное значение для ила или мягких глин.

37