2.2Сжимаемость грунтов

Общие замечания

При рассмотрении физических свойств было установлено, что грунты состоят из трех фаз; минеральной части, воды, газа. Две последние фазы размещаются в пустотах, называ­емых порами. Для минеральных частиц грунта характерно то, что их прочность значительно превышает прочность связей по контактам между ними. Поэтому грунты не могут работать на растяжение.

Если поры грунта полностью заполнить водой, то в изоли­рованном объеме его сжатие нагрузкой происходить не будет. Действительно, в применяемом на практике диапазоне нагрузок на грунт (до 5-7 кг/см²) при малых значениях ко­эффициентов объемного сжатия минеральных частиц и воды (со­ответственно 6,0х10^-6 и 4,7х10^-6 см²/кг) деформациями мож­но, безусловно, пренебречь. Значит, уменьшение объема грун­та нагрузкой может происходить только за счет сокраще­ния объема пор (сжатия скелета грунта), а если поры заняты водой, последняя под действием нагрузки должна из них выдав­ливаться. В реальных условиях нагружение грунта может про­изводиться по трем схемам. Эти схемы и соответствую­щие им схемы исследования грунтов в лабораторным условиях приведены на рис. 19.

1. Бесконечная по простиранию равномерно-распределенная нагрузка соответствует первой схеме испытания грунта – сжатию в условиях невозможности бокового расширения. Частицы грунта под воздействием нагрузки перемещаются только вниз.

2. Нагружение «столбчатых» отдельностей может иметь место при подземной разработке угля и строительных материалов.

1. 2. 3.

Рис. 19. Реальные схемы грунта и соответствующие им случаи

лабораторных испытаний:

1 - сжатие в условиях невозможности бокового расширения;

2 - сжатие в условиях неограниченного бокового расширения;

3 - сжатие в условиях ограниченного бокового расширения.

При устройстве тоннелей, водосбросов и пр. (По данной схеме могут работать только полускальные, скальные и твердые глинистые грунты). В этом случае можно говорить о сжатии в условиях неограниченного бокового расширения.

2. Условия работы одиночного фундамента ограниченных в плане размеров когда под действием нагрузки частицы перемещается не только вниз, но и в стороны, в условиях наличия боковых напряжений, являющихся реакцией грунтов с боков на рассматриваемый объем.

В этом случае имеет место сжатие в условиях ограниченного бокового расширения.

Закономерности поведения грунта при сжатии исследуют в лабораторных условиях. Цель этих испытаний заключается в том, чтобы получить экспериментальную зависимость измене­ния коэффициента пористости грунта от внешнего давления применительно к какой-либо из трех схем, названных выше.

Пористость природных грунтов обусловлена как размерами, формой и природой минеральных частиц, так и условиями образования грунтовых отложений. Существенное влияние на формирование свойства грунтов во все время их дальнейшего существования оказывает окружающая их физико-географическая среда. Поэтому в лаборатории нельзя искусственно соз­дать грунт совершенно идентичный естественному, не могут быть воспроизведены природная структура, пористость и про­чие особенности грунтов. При изучении оснований сооружений следует рассматривать грунты такими, какими они сформиро­вались на всю геологическую историю их существования. (При исследовании же грунтов как материала для земляных соору­жений, конечно, необходимо изучать их свойства и нарушен­ном состоянии). Отсюда следует вывод, что грунты, взятые для исследования, должны минимально отличаться от грунтов в естественном состоянии.