Тема 3. Физико-механические свойства грунтов

3.1. Основные закономерности механики грунтов

Ниже рассматриваются основные закономерности механики грунтов как механики дисперсных тел, которые совместно с уравнениями теоретической механики и механики деформируемых сплошных тел дают систему зависимостей, достаточную для решения задач механики грунтов. Эти закономерности и необходимые при их использовании характеристики грунтов, а также основные практические приложения приведены в табл. 3. Перечисленные зависимости являются важнейшими закономерностями, описывающими механические свойства дисперсных (мелкораздробленных) тел, какими являются грунты.

Таблица 3

Основные закономерности механики грунтов

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

Так, сжимаемость грунтов, обусловленная изменением их пористости, а следовательно, и общего их объема под действием внешних сил вследствие переупаковки частиц (т. е. изменения содержания твердых частиц в единице объема грунта), есть свойство лишь дисперсных материалов, не учитываемое в строительной механике сплошных тел. Следует, однако, отличать сжимаемость грунтов как весьма характерное их свойство, обусловливаемое изменением пористости, от общей деформируемости грунтов, присущей всем физическим телам и имеющей лишь свои особенности для грунтов.

Водопроницаемость, представляя общее свойство всех пористых тел, имеет для грунтов особенность, так как является для лих переменной величиной, изменяющейся в процессе уплотнения их под нагрузкой.

Контактная сопротивляемость сдвигу обусловлена лишь внутренним трением в сыпучих грунтах и трением со сцеплением в грунтах связных.

Наконец, деформируемость грунтов зависит как от сопротивляемости и податливости их структурных связей (будут ли связи сплошные или только в точках контакта минеральных частиц; являются ли они пластичными - водно-коллоидными, или хрупкими - кристаллизационными и т.п.), так и от деформируемости отдельных компонентов, образующих грунты. При этом при однократном загружении и давлении, большем прочности жестких структурных связей, грунты всегда будут иметь кроме восстанавливающихся и остаточные деформации, во много раз превосходящие по величине деформации восстанавливающиеся.