Лекция 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТА

6.1. Характеристики механических свойств грунтов.

Для расчетов деформаций, оценки прочности и устойчивости грунтовых массивов и оснований необходимо знать характеристики механических свойств грунтов.

Под механическими свойствами грунтов понимают их способность сопротивляться изменению объема и формы в результате силовых (поверхностных и массовых) и физических (изменение влажности, температуры и т. п.) воздействий.

Характеристики этих свойств различаются для разных видов и состояния грунтов и зависят от действующих напряжений. В допредельном по прочности напряженном состоянии (например, при р<р₂ на рис. 4.2 предыдущих лекций) характеристики механических свойств называются деформационными, так как они определяют способность грунта сопротивляться развитию деформаций (осадок, горизонтальных смещений и т. п.). В предельном по прочности состоянии (при р = р₂) эти характеристики называются прочностными и определяют способность грунта сопротивляться разрушению. Наконец, в случае грунтовой массы на процессы деформирования и разрушения грунта существенно влияет скорость отжатия воды из пор, поэтому возникает необходимость рассмотрения еще и фильтрационных характеристик грунта. Характеристики фильтрационных свойств грунтов имеют также и самостоятельное значение (расчет притока воды в котлован, водопонижающих установок и т. п.).

Механические свойства грунтов зависят от их состава (минерального и гранулометрического), физического состояния (плотности, влажности, температуры) и структурных особенностей, обусловленных физико-географическими условиями образования и последующего изменения грунтов. Грунты каждой строительной площадки формировались в течение длительного времени, испытывали различные, часто неопределенные, воздействия природной среды, а возможно, и человеческой деятельности. Поэтому характеристики их механических свойств, как правило, не могут быть назначены в зависимости от физического состава и состояния, а должны определяться экспериментально. Только в простейших случаях допускается определять значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по данным об их физических свойствах.

Для определения характеристик механических свойств грунтов обычно проводятся лабораторные и полевые испытания. В лаборатории испытываются образцы грунта относительно небольших размеров, отобранные на площадке строительства из шурфов и скважин. Особое внимание уделяется тому, чтобы образцы грунта по физическому состоянию соответствовали условиям естественного залегания. В этом случае они называются образцами ненарушенной структуры. При проектировании грунтовых сооружений испытываются специально изготовленные образцы, состояние которых должно соответствовать тому, которое грунты будут иметь в теле сооружения. Они называются образцами нарушенной структуры.

Полевые испытания характеристик механических свойств грунтов обычно значительно более трудоемки и дорогостоящи. В то же время полевые испытания обеспечивают наиболее полное соответствие грунта условиям его естественного залегания. В ряде случаев (при невозможности отбора образцов без существенного нарушения природного состояния, например для водонасыщенных песков, глинистых грунтов текучей консистенции; при испытаниях трещиноватых скальных пород в массиве и т. п.) они являются единственным способом определения характеристик механических свойств.

Необходимым требованием является также соответствие напряженно-деформированного состояния и условий деформирования испытываемого грунта тем, которые будут иметь место в основании или сооружении. Это достигается выбором соответствующих схем испытаний и режимов проведения опытов. При проектировании ответственных сооружений проведение полевых испытаний наряду с лабораторными является обязательным.