Характеристика сжимаемости грунта

Коэффициент сжимаемости, МПа	Сжимаемость грунта
mo  0,1 0,1 < mo  0,5 mo > 0,5	Малосжимаемый Средней сжимаемости Сильносжимаемый

Коэффициент относительной сжимаемости

Подставив m_o вместо tg, получим уравнение прямо­линейного отрезка компрессионной кривой

Сопоставляя выражения получим

Откуда

Правая часть уравнения является относительной деформацией грунта (отнесенной к единице давления). Поэтому левая часть уравнения называется коэффициентом относительной сжимаемости грунта, который обозначается m_v. Согласно уравнению он равен

Коэффициенты m₀ и m_y измеряются в единицах, обратных давлению, т.е. КПа^-1 (МПа^-1).

Модуль деформации грунтов

Рассмотрим грунт в интервале небольших измене­ний давлений как линейно деформируемое тело. Деформируемость грунтов в этих условиях описывается законом Гука:

где v - коэффициент Пуассона,

Е - модуль деформации;

_x _y _z – нормальные напряжения, приложенные к площадкам, перпендикулярным соответственно осям X, Y, Z;

_x _y _z – относительные деформации грунта соответственно по осям X, Y, Z.

При проведении компрессионных испытаний в одометре образец грунта, находясь в жестком кольце, не может расширяться в стороны. При этом он оказывает на стенки кольца горизонтальное давление, которое соот­ветствует развивающимся в кольце горизонтальным напряжениям. Вертикальное нормальное напря­жение равно интенсивности р приложенной нагрузки. Посколь­ку боковое расширение грунта отсутствует, то относительные горизонталь­ные деформации грунта е_х = е_у =0.

Преобразовав первые два уравнения системы, получим

Относительная деформация грунта вдоль оси Z – находится из последнего уравнения системы. В то же время е_z может быть опреде­лена из сопоставления уравнений:

Приравнивая правые частя уравнения и последнего уравнения системы, с учетом уравнения получим

Введем обозначение

Окончательно получим

m_v = /E

где  - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе, принимаемый: для песков - 0,8; супесей - 0,7; суглинков - 0,5; глин - 0,4.

Результаты вычислений заносят в журнал (табл. 1).

Прочность грунтов

Под прочностью грунтов понимают такое предельное значение напряжений, по достижении которого грунт теряет свою сплошность. В нем появляются трещины отрыва или сдвига. В этом случае имеет место хруп­кое разрушение. Такой характер разрушения присущ, например, скальным грунтам.

Некоторым материалам, например мерзлым глинистым грунтам, присуще пластическое деформирование без видимого нарушения сплошно­сти, переходящее в течение.

Особенности разрушения грунтов (хрупкое или пластическое) зави­сит не только от их структурных связей, но и от величины и скорости при­ложения нагрузки.

При приложении нагрузки к грунтовому массиву в нем возникают напряжения, способные превзойти в отдельных точках (областях) внутрен­ние связи между частицами грунта. В этом случае возникнут скольжения (сдвиги) одних частиц грунта по другим, нарушится сплошность грунта в некоторой области, т.е. будет превзойдена прочность грунта и он перейдет в предельное состояние. Переход грунта в предельное состояние означает, что прочность его в данном объеме исчерпана.

Под предельном состоянием понимают состояние грунтов, при кото­ром происходит качественное изменение их свойств, например, переход из упругого - в состояние разрушения.

Существует множество теорий прочности: наибольших нормальных напряжений, наибольших относительных удлинений и др.

В механике грунтов наиболее широкое распространение получила теория прочности Мора-Кулона.

Согласно этой теории прочность грунта нарушается в той точке массива, где нормальное и касательное напряжения, действующие по некоторой площадке, находятся в соотношении.

И напротив, прочность грунта в данной точке (области) массива бу­дет обеспечена, если напряжения, действующие по любой площадке, удовлетворяют условию

где  - угол внутреннего трения и удельное сцепление соответст­венно, являющиеся показателями прочности грунта.

Как установлено экспериментально, разрушение песчаных грунтов происходит за счет сдвига одной части грунта по другой. Сопротивление сдвигу таких грунтов возникает в основном в результате трения между перемещающимися частицами и зацепления их друг за друга, т.е. сопротивление сдвигу песчаных (несвязных) грунтов есть сопротивление их трению. Сопротивление растяжению в этих грунтах практически отсутствует, поэтому песчаные грунты называются сыпучими.

Такая же концепция прочности (разрушение за счет сдвига) распространяется и на глинистые грунты. Однако кроме трения в таких грунтах возникают силы сцепления между частицами, зависящие от величины уплотняющих давлений, возникающих в точках и на площадках контактов частиц. Имеющиеся в глинистых грунтах водно-коллоидные и цементационные связи обеспечивают им некоторое сопротивление растяжению. Эти грунты называют связными.

Показатели сопротивления сдвигу – это основные прочностные показатели сопротивления грунтов внешним силам.