15.Сопротивление сдвигу неконсолидированных грунтов.

Если образец песка 1 поместить в сдвиговой прибор в виде кольца, разрезанного по горизонтальной плоскости ,(рис. 2.9, а), то, приложив силу N и постепенно увеличивая силу Т, можно достигнуть среза (сдвига) одной части образца по другой приблизительно по линии, обозначенной пунктиром. Прибор имеет нижнюю неподвижную обойму 4; верхнюю подвижную обойму 3 и зубчатые фильтрующие пластины сверху и снизу 2.

Рис. 2.9. Схема прибора для испытания грунта на сдвиг (о) и графики со­противления сдвигу сыпучего (б) и связного (в) грунта

 Если мы проведем несколько таких опытов при различном вертикальном напряжении σ = N/A (где А — площадь образца в плоскости среза), то получим, что чем больше σ, тем больше предельное сопротивление грунта сдвигу τu. По данным экспериментов построим зависимость предельного сопротивления сыпучего грунта сдвигу τu от давления (рис. 2.9,б). На основе многочисленных опытов установлено следующее: для несвязных (идеально  сыпучих) грунтов   экспериментальные точки в пределах обычных изменений напряжений (до 0,5 МПа) оказываются на прямой, выходящей из начала координат. В таком случае для любого нормального напряжения τui = σi tg φ где tg φ — коэффициент внутреннего трения, характеризующий трение грунта о грунт: tg φ = f; φ — угол внутреннего трения. Зависимость (2.20) установлена Ш. Кулоном еще в 1773 г. Она выражает закон сопротивления сыпучих грунтов сдвигу, который формулируется так: предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному напряжению. Этот закон называется законом Кулона.

16.Сопротивление сдвигу связных грунтов.

Пылевато-глинистые грунты (глины, суглинки и супеси) обладают связностью, интен­сивность которой зависит от влажности грунта и степени его уплотненности. Приложенная к об­разцу водонасыщенного грунта вертикаль­ная нагрузка в первый момент времени передается на поровую воду. Лишь по мере выдавливания ее из пор это давление будет воздействовать на скелет грунта. В связи с этим обра­зцы грунта испытывают на сдвиг после консолидации грунта, когда нормальное напряжение уже передано на скелет грунта.

Если в сдвиговом приборе (рис. 2.10) провести несколько испытаний на сдвиг нескольких образцов одного и того же грунта, подвергая образцы воздействию различных напряжений  , то получим криволинейную зависимость предельного сопротивления грунта сдвигу  от  . Криволинейность графика наиболее выражена при малых значениях  . В интервале напряжений 0,05–0,5 МПа прак­тически имеем прямую, описываемую уравнением

 

 ,

где  – удельное сцепление пылевато-глинистого грунта, характеризующее его связность.

Зависимость (2.46) выражает закон сопротивления пылевато-глинистых грунтов сдвигу: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершенной их консолидации есть функция первой степени нормального напряжения.

Если прямую АВ продлить влево до пересечения с осью абсцисс, то она отсечет на ней отрезок  :

. (2.47)

Эту величину, заменяющую действие всех сил сцепления, называют давлением связности. С учетом (2.47) уравнение (2.46) может быть представлено в виде:

. ( 2.48)

Соотношение (2.48) формально показывает, что проявление связности (сцепления) грунта как бы эквивалентно фиктивному увеличению нормального напряжения в плоскости сдвига, повышающему прочность грунта.

 . ( 2.49)

Для оценки сопротивляемости грунтов сдвигу при не­полной их консолидации используют график с параметрами  и  , приведенный на рис. 2.11, б, но нормальное напряжение уменьшают на величину давления в поровой воде, то есть принимают рав­ным напряжению в скелете грунта:

, ( 2.50)

где  – полное нормальное напряжение;  –давление в поровой воде при неполной консолидации грунта.