Раздел2. Механические свойства грунтов

2.1. Понятие об основных закономерностях механики грунтов

Основным объектом изучения механики грунтов являются дисперсные грунты, обладающие в работе под нагрузкой рядом особенностей, обусловленных самой природой образования рыхлых пород. Мы будем рассматривать только дисперсные грунты – песчаные, глинистые. Их деформируемость под нагрузкой во много раз превышает деформируемость твердых тел. Эти деформации происходят, главным образом, за счет изменения объема пор между частицами, так как сжимаемость самих частиц грунта, как обломков твердого тела, ничтожно мала.

В закономерностях механики грунтов используются количественные показатели механических свойств различных грунтов, получаемые экспериментальным путем.

Образцы грунта для проведения экспериментальных исследований не могут быть изготовлены в лаборатории искусственно, т.к. невозможно воспроизвести природные тела, созданные многовековой историей их образования и существования. Поэтому испытания проводят на образцах грунта, тщательно отобранных в полевых условиях, т.е. стараются сохранить природную структуру, пористость, влажность, взаиморасположение частиц (на образцах ненарушенной структуры). Исключение составляют исследования грунтов как строительных материалов для земляных сооружений. В этих случаях испытания проводятся на образцах нарушенной структуры, соответствующей фактическому состоянию грунта в земляном сооружении. При исследовании влияния внешних воздействий на грунты как сложные минеральнодисперсные пористые тела выявлены следующие особенности их поведения под нагрузкой:

1) изменение пористости, а следовательно, и водопроницаемости грунта под действием внешнего давления;

2) ухудшение водопроницаемости из-за наличия в тонкодисперсных грунтах прочно- и рыхлосвязанной воды;

3) незначительная деформируемость самих грунтовых частиц по сравнению с деформируемостью пор.

Первые две особенности значительно осложняют расчеты, а пренебрежение ими придает практическим расчетам некоторую условность.

Деформируемостью грунтовых частиц при расчетах можно пренебречь.

Рассмотрим основные закономерности механики грунтов (табл.2.1) как механики дисперсных тел, которые совместно с уравнениями теоретической механики и механики деформируемых сплошных тел дают систему зависимостей, достаточную для решения задач механики грунтов.

Таблица 2.1

Свойство	Закономерность	Показатели	Практические приложения
Сжимаемость	Закон уплотнения	Коэффициент уплотнения	Расчет осадок фундаментов
Водопроницаемость	Закон ламинарной фильтрации	Коэффициент фильтрации	Прогноз скорости осадок водонасыщенных грунтовых оснований
Контактная сопротивляемость сдвигу	Предельное сопротивление сдвигу. Условие прочности	Коэффициент внутреннего трения и сцепление	Расчеты предельной прочности, устойчивости и давления на ограждения
Структурно-фазовая деформируемость	Принцип общей и линейной деформируемости	Модули деформируемости	Определение напряжений и деформаций грунтов

Перечисленные зависимости являются важнейшими закономерностями, описывающими механические свойства дисперсных тел, какими являются грунты.

Сжимаемость грунтов, обусловленная изменением их пористости, т.е. их общего объема, под действием внешних сил, является свойством лишь дисперсных материалов, которое не учитывается в механике сплошных сред.

Водопроницаемость является свойством всех пористых тел, однако для грунтов это величина переменная.

Для сыпучих грунтов контактная сопротивляемость сдвигу обусловлена внутренним трением, для связных грунтов – трением и сцеплением.

Структурно-фазовая деформируемость грунтов зависит как от сопротивляемости и податливости их структурных связей, так и от деформируемости отдельных компонентов, слагающих грунт.