Механические свойства грунтов

Основные показатели механических свойств грунтов (сжимае­мость, прочность и др.) широко используются в строительной прак­тике. Они необходимы для расчета величины осадок сооружений, оценки степени устойчивости оползневых склонов и откосов вые­мок и т. д. Механические свойства грунтов выражают деформаци­онными и прочностными показателями. Первые характеризуют, прежде всего, сжимаемость грунтов под нагрузкой, вторые — со­противление их срезу (сдвигу). Механические свойства определяют в лабораторных и полевых условиях (ГОСТ 12248—96; ГОСТ 20276— 99).

Деформационные характеристики грунтов

Сжимаемостью грунтов называют способность их под воздей­ствием внешних нагрузок, не подвергаясь разрушению, умень­шаться в объеме (давать осадку) за счет уменьшения объема пор и увеличения плотности.

Сжимаемость зависит, прежде всего, от характера структурных связей и физического состояния грунтов, а также от их минерально­го состава, степени дисперсности и других факторов.

В лабораторных условиях сжимаемость определяют в специаль­ных приборах — одометрах в условиях, исключающих возможность бокового расширения образца грунта, помещенного в жесткое ме­таллическое кольцо (компрессионные испытания) (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Схема одометра:

1 — образец грунта; 2 — металлическое кольцо для грунта; 3 — штамп с отверстиями для выхода воды из образца; 4 — сосуд для воды

Сжимаемость характеризуют компрессионной кривой, которая отражает зависимость между давлением на грунт и коэффициентом пористости, т. е. е = f (р) (рис. 5.3). Результаты компрессионных испытаний позволяют определить модуль общей деформации грун­та Е, коэффициент сжимаемости а и модуль осадки грунта l_p.

Рис. 5.3. Компрессионные кривые;

1 — ветвь нагружения; 2 — ветвь разгрузки грунта

Коэффициент сжимаемости или уплотнения а, МПа-1, харак­теризует сжимаемость грунта в выбранном интервале нагрузок:

где р₁ и р₂ — соответственно исходная и последующая нагрузки, МПа, ае₁ие₂- отвечающие этим нагрузкам коэффициенты пористости.

Коэффициент сжимаемости а является классификационной хаактеристикой, с его помощью грунты по степени сжимаемости раз­деляются следующим образом:

Коэффициент сжимаемости а, МПа-1	Степень сжимаемости
<0,001	Практически несжимае­мый
0,001—0,005	Слабая
0,005—0,01	Средняя
0,01—0,10	Повышенная
>0,10	Сильная

Модуль общей деформации Е представляет собой коэффициент пропорциональности между приращениями давления на образец и его деформацией

где е₀ - начальный коэффициент пористости грунта, доли единиц; а — коэффициент сжимаемости, МПа-¹; β - коэффициент, учиты­вающий невозможность бокового расширения грунта (для песков и супесей β = 0,74, суглинков — 0,62, глин — 0,40).

Сжимаемость грунта можно выражать не только через коэффици­ент сжимаемости а, но и с помощью модуля общей деформации.

Модуль осадки е_р характеризует величину деформации слоя грун­та толщиной 1 м при приложении к нему дополнительной нагрузки р = 0,1 МПа:

где е_р — модуль осадки, мм/м; h — начальная высота образца, мм; д/г — уменьшение высоты образца при давлении р, мм.