Лекция № 2
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
Закон уплотнения и линейная деформируемость грунта. Компрессионная зависимость. Определение модуля деформации грунта. Модуль объемной деформации и модуль сдвига. Водопроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации. Модель водонасыщенного грунта. Закон сопротивления грунтов сдвигу. Определение расчетных характеристик сопротивления грунтов сдвигу.
При действии вертикальных или наклонных сил от сооружения в массиве основания возникают нормальные и касательные напряжения, приводящие к деформации грунтов. Кроме того, в основании действуют напряжения от собственного веса. Деформации от собственного веса грунта завершаются, как правило, в процессе образования и диагенеза грунтов. Нормальные в основном вызывают деформации уплотнения грунтов, а касательные напряжения – деформации сдвигов грунтов.
Воздействие нормальных напряжений на сплошные тела рассматривают в механике деформируемых тел. Для грунтов, как дисперсных тел, кроме закономерностей деформируемости сплошных тел, необходимо учитывать изменение объема пор при сжатии, то есть рассматривать дополнительно закон уплотнения (закон компрессии).
Деформируемость сплошных тел под действием касательных напряжений характеризуется модулем сдвига при упругих деформациях, границей текучести при пластических деформациях и коэффициентом вязкости, обусловливающим вязкое течение. Для грунтовых оснований важное значение имеет сопротивление их сдвигу при предельно напряженном состоянии. Это сопротивление зависит от угла внутреннего трения и удельного сцепления грунтов, определяемых в соответствии с законом сопротивления грунтов сдвигу.
Поровая вода под действием возникающего в ней давления постепенно отжимается и передает его на скелет грунта. Деформируемость грунтов и их сопротивление сдвигу зависят от фильтрационных способностей грунта, что приводит к необходимости изучения закона фильтрации поровой воды.
Для грунтов, структура которых нарушается при увлажнении, динамических воздействиях, напряженном состоянии или
оттаивании (структурно-неустойчивые грунты), приходится расматривать закономерности, определяющие характер их деформируемости – закономерности разрушения структуры.
При сжатии грунтов, как многокомпонентных сред, включающих твердые частицы и поры, частично или полностью заполненные водой и воздухом (газом), могут уменьшаться объемы всех трех компонентов. При сравнительно небольших напряжениях сжатия, возникающих в основаниях обычных сооружений, объемные деформации твердых частиц малы и, как правило, не учитываются. Тогда изменение объема грунта при сжатии может происходить в основном только из-за изменения объема пор.
Упругие деформации объема грунта за счет упругих деформаций скелета (частиц) грунта, тонких пленок воды между частицами, упругого сжатия пузырьков воздуха, а также сжатия поровой воды, содержащей растворенный воздух, как правило, во много раз меньше остаточных.
Деформации уплотнения развиваются в результате сдвигов или смещений отдельных частиц грунта относительно друг друга, а также при разрушении частиц, особенно в точках их контактов. Деформации уплотнения водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов представляют собой достаточно медленный процесс, протекающий во времени и связанный с выдавливанием воды из пор и с ползучестью связанной воды и скелета грунта.