§ 2. Механические свойства грунтов

Основные показатели механических свойств грунтов (сжимае­мость, прочность и др.) широко используются в строительной прак­тике. Они необходимы для расчета величины осадок сооружений, оценки степени устойчивости оползневых склонов и откосов вые­мок и т. д. Механические свойства грунтов выражают, деформаци­онными и прочностными показателями. Первые характеризуют, прежде всего, сжимаемость грунтов под нагрузкой, вторые — со­противление их срезу (сдвигу). Механические свойства определяют в лабораторных и полевых условиях (ГОСТ 12248—96; ГОСТ 20276— 99).

Деформационные характеристики грунтов

Сжимаемостью грунтов называют способность их под воздей­ствием внешних нагрузок, не подвергаясь разрушению, умень­шаться в объеме (давать осадку) за счет уменьшения объема пор и увеличения плотности.

Сжимаемость зависит, прежде всего, от характера структурных связей и физического состояния грунтов, а также от их минерально­го состава, степени дисперсности и других факторов.

В лабораторных условиях сжимаемость определяют в специаль­ных приборах — одометрах в условиях, исключающих возможность бокового расширения образца грунта, помещенного в жесткое ме­таллическое кольцо (компрессионные испытания).

Коэффициент сжимаемости или уплотнения а, МПа-1 (мегапаскаль в минус первой, 1/МПа), харак­теризует сжимаемость грунта в выбранном интервале нагрузок:

где p₁ и p₂ —- соответственно исходная и последующая нагрузки, МПа,

а е₁ и е₂ — отвечающие этим нагрузкам коэффициенты пористости.

Коэффициент сжимаемости а является классификационной ха­рактеристикой, с его помощью грунты по степени сжимаемости раз­деляются следующим образом:

Коэффициент сжимаемости а, МПа-1	Степень сжимаемости
< 0,001	Практически несжимаемый
0,001—0,005	Слабая
0,005—0,01	Средняя
0,01—0,10	Повышенная
> 0,10	Сильная

Есть другие модули – общей деформации, модуль осадки, но мы их рассматривать не будем.

Прочностные характеристики грунтов.

Под прочностью грунтов в широком смысле понимают их спо­собность сопротивляться разрушению под воздействием механичес­ких напряжений. Прочностные характеристики грунтов необходи­мы для расчетов устойчивости оснований сооружений, оползневых склонов, откосов котлованов и др.

Важнейшей прочностной характеристикой рыхлых осадочных грунтов является сопротивление грунтов сдвигу, которое определя­ется на специальных приборах. Схема таких приборов показана на рис.

Сущность опыта заключается в срезе (сдвиге) одной части образ­ца относительно другой при одновременном нагружении образца на­грузкой, нормальной к плоскости среза.

Сопротивление грунтов сдвигу (срезу) выражается линейной за­висимостью Кулона:

τ = σ • tgφ + с,

где τ — предельное сопротивление грунтов сдвигу, МПа; σ — нор­мальное сжимающее напряжение, МПа; tg φ — коэффициент внут­реннего трения; ф — угол внутреннего трения, градус; с — удельное сцепление, МПа.

Показатели сопротивления сдвигу (срезу) в лабораторных ус­ловиях определяются на специаль­ных срезных (сдвиговых) прибо­рах. При испытаниях грунтов в этих приборах исполь­зуют две основные схемы опытов:

1) медленный срез предваритель­но уплотненного грунта (консолидированно-дренированное испыта­ние) и

2) быстрый срез без пред­варительного уплотнения (некон­солидированное — недренированное испытание) для медленно уп­лотняющихся водонасыщенных грунтов.