суглинку й глини за СНиП 2.02.01-83* змінюється від 2 до 6 залежно від виду ґрунту та його коефіцієнта пористості.

При цьому, однак, результати тривалих геодезичних спостережень за осіданнями будівель і споруд на слабких ґрунтах (Сотников С. М., 1987, 1992, Зоценко М. Л. та Винников Ю. Л., 1995, 1998 й інші) вказують, що для розрахунку осідань їх основ більш правильно використовувати результати саме компресійних випробувань без коригуючих коефіцієнтів mk.

4.6. МІЦНІСТЬ ҐРУНТІВ, ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК МІЦНОСТІ. ЗАКОН КУЛОНА

Під дією зовнішнього навантаження в окремих точках масиву ґрунту зовнішні напруги можуть перевищити сили внутрішніх зв’язків між частками, через що виникають зрушення одних агрегатів відносно других і порушується суцільність ґрунтового масиву, тобто вичерпується його міцність. Проявами таких зрушень є зсувні процеси, видавлювання ґрунту з-під фундаментів тощо.

У незв’язних ґрунтах опір зрушенню залежить від сил тертя між част-

ками, а у зв’язних – ще й від сил внутрішнього зчеплення між водно-колоїдними оболонками часток. У процесі зрушення виникають взаємні зміщення часток. Вони стають можливими тоді, коли дотичні напруги перевищують сили, що утримують між собою частки ґрунту в точках контакту.

Унезв’язних і пухких зв’язних ґрунтах опір зрушенню зростає поступово із збільшенням деформацій унаслідок стиснення частинок та структурних агрегатів один до одного в початковій стадії зрушення й зростання кількості контактів між ними. При цьому в загальному випадку до перевищення внутрішніх сил між частками ґрунт ущільнюється, а після зрушення – розпушується.

Узв’язних ґрунтах під силами зчеплення розуміють опір структурних зв’язків усякому переміщенню часток, які вони об’єднують, незалежно від зовнішнього тиску. Тобто, крім жорстких структурних зв’язків у точках контакту часток, опір зсуванню одночасно чинять ще й оболонки зв’язної води.

Важливою особливістю опору ґрунту зрушенню є те, що величина цього параметра не постійна, а залежить від тиску та умов контакту між частками.

Улабораторних умовах за ДСТУ Б В.2.1-4-96 характеристики міцності найчастіше визначають шляхом випробування на пряме зрушення у відповідно-

102

мої частини зразка за нерухомою. Аналогічно компресійним випробуванням на зразок ґрунту в кільці через штамп передають стискаючу (нормальну) силу F. Горизонтальні переміщення верхньої частини зразка Δℓ фіксують індикатором, установленим на верхній каретці приладу.

Найбільш апробовані дві схеми випробування зв’язних ґрунтів на пряме зрушення: за так званою “закритою схемою” (неконсолідовано-недреновані випробування) та “відкритою” (консолідовано-дреновані). Випробування ґрунтів за першою схемою виконують таким чином, що щільність і вологість ґрунту в процесі досліду не змінюється, й тому такі дослідження мають назву швидкого зрушення. Випробування за “відкритою схемою” виконують після попереднього ущільнення зразків вертикальним навантаженням до стабілізації осідання, а горизонтальне зусилля на зразок передають ступенями, при цьому кожну ступінь витримують до стабілізації горизонтальної деформації. Випробування незв’язних ґрунтів проводять за першою схемою.

Для встановлення залежності між опором зрушенню τ=Q/A і вертикальною напругою σ=F/A, де A – площа поперечного перерізу зразка, дослід проводять при кількох вертикальних напругах, які протягом одного випробування залишають постійними. Навантаження Q прикладають ступенями, поки не відбудеться зрушення (або переміщення Δℓ не досягне 5 мм). Після випробування будують графік у координатах “опір зрушенню τ – переміщення Δℓ” (рис. 4.12, а). За ним визначають граничний опір зрушенню τ і за результатами серії випробувань будують ще один графік у координатах “граничний опір зрушенню τ – вертикальна напруга σ” (рис. 4.12, б).

Як показують результати досліджень для незв’язних (сипучих) ґрунтів у межах звичайних для основ фундаментів більшості споруд (σ≤0,3…0,5 МПа), залежність між опором зрушенню τ та вертикальною напругою σ можна прийняти лінійною з початку координат (рис. 4.12, б). Тоді ця залежність може бути виражена рівнянням

де tgφ – коефіцієнт внутрішнього тертя сипучого ґрунту; φ – кут внутрішнього тертя ґрунту.

Залежність (4.43), встановлена в 1773 р. французьким ученим Ш. Куло-

ном, зумовлює закон опору незв’язних (сипучих) ґрунтів зрушенню, який фор-

103

зразок ґрунту, що випробовувався пенетрацією (тільки з протилежного боку). Час витримки кожного ступеня обертального моменту теж 1-2 хвилини. За результатами обертальному зрізу будують графік залежності між величиною обертального моменту M і кутом повороту крильчатки β. Питомий опір обертальному зрізу τ визначають як відношення максимального моменту, що спричиняє зріз Mτ, до статичного моменту поверхні зрізу Kτ, м3 (см3) (або так звана стала крильчастого наконечника)

де dcr та hcr – відповідно діаметр і висота відкрилка.

До речі, якщо глибина занурення наконечника суттєво більша від його висоти h>>hcr, то стала крильчастого наконечника зростає й дорівнює

За знайденим коефіцієнтом Kφ, користуючись графіком φ=f(Kφ), який подано на рис. 4.19, визначають кут внутрішнього тертя φн.

Відношення питомого опору обертальному зрізові ґрунту природної структури τmax до опору зрізу ґрунту, перем’ятого крильчаткою, τmin називають коефіцієнтом структурності. Величину, зворотну до нього, приймають за показник структурної міцності L

Польові методи визначення характеристик міцності ґрунту подані в п. 5.6.

108