Закономерности предельного сопротивления грунтов сдвигу

8.1. По результатам наблюдений и исследований за процессами разрушения грунтовых оснований под различными сооружениями в различных граничных условиях было установлено, что все они сопровождаются сдвигами одной части массива по другой с развитием поверхностей взаимных смещений. Например:

а) потеря устойчивости откоса грунта	б) потеря устойчивости грунта за подпорной стенкой
в) потеря устойчивости грунта под штампом

Все смещения одной части грунта по другой сопровождаются преодолением сил сопротивления на контактной поверхности. Силы сопротивления сдвигу на контактных поверхностях характеризуют прочность грунтового основания. Разрушение скелета грунта на контактных поверхностях наступает тогда, когда касательные напряжения превышают силы внутреннего сопротивления.

В сыпучих породах внутренними силами сопротивления сдвигу являются силы трения на контакте отдельных зерен между собой. Так как эти силы возникают внутри грунта их принято называть силами внутреннего трения.

В глинистых грунтах на контакте крупных зерен возникают силы трения, а на контакте глинистых зерен образуются кристаллические и вводно-коллоидные связи, которые обеспечивают развитие сил сцепления. Жесткие структурные связи после преодоления их прочности не восстанавливаются. Вводно-коллоидные связи после разрушения вновь восстанавливаются.

По результатам испытания сыпучих грунтов в приборах плоского среза было установлено, что их предельное сопротивление сдвигу зависит от величины действующих нормальных напряжений и достигаются при смещениях 3..5мм.

а)

б)

в)

Рис.8.1. Испытания грунтов на сдвиг в приборе одноплоскостного среза.

а) схема испытания образца грунта;

б) графики испытания образцов грунта на срез при разных величинах нормальных

напряжений ;

в) график зависимости предельных сопротивлений сыпучего грунта сдвигу

от величины нормальных давлений.

Зависимость предельных сопротивлений сыпучего грунта сдвигу прямо пропорциональна нормальным напряжениям – закон Кулона для сыпучих грунтов

- угол внутреннего трения грунта.

Величина угла внутреннего трения в сыпучих грунтах зависит от их гранулометрического состава, степени однородности состава, формы частиц по окатанности и плотности их сложения. В грунтах, сложенных более крупными зернами, угол внутреннего трения выше. В грунтах более однородных угол трения выше, чем в менее однородных. В грунтах с не окатанной формой зерен сопротивление сдвигу выше, чем при окатанной форме зерен. В более плотно сложенных грунтах сопротивление сдвигу выше, чем в рыхлых грунтах.

В связных грунтах (глинах, суглинках и супесях) частицы связаны между собой пластичными связями, плотность и прочность которых будет зависеть от содержания влаги в грунте и степени уплотненности его скелета. В процессе уплотнения под внешней нагрузкой вода из порового пространства грунтов выдавливается достаточно медленно, увеличения их сопротивления сдвигу накапливается значительно медленнее, чем рост нагрузок при воздействии зданий и сооружений. По этой причине для глинистых грунтов проводятся испытания по закрытой системе при (не консолидировано не дренированные) и испытания по открытой системе (консолидировано дренированные).

Фактически в основании под реальным сооружением существует предельное сопротивление грунтов сдвигу до начала приложенной нагрузки:

В процессе уплотнения грунта во времени ( ) после начала строительства предельное сопротивление возрастает по мере увеличения давлений в скелете грунта:

Для момента завершения консолидации:

Методика испытаний глинистых грунтов в зависимости от плотности-влажности была разработана Н.Н.Масловым и заключается в испытании грунтов на сдвиг при разной степени уплотненности под нагрузками в течение разного времени . В полностью водонасыщенных грунтах достигаются разные степени уплотненности и влажности. По результатам испытания образцов на сдвиг получаются зависимости :

Рис.8.2. Зависимость предельного сопротивления глинистого грунта ( ) от влажности и нормальных напряжений по методу Маслова Н.Н.

В практике исследований грунтов для строительных условий широкое применение получила методика испытания образцов грунта после достижения уплотненного состояния при разных нормальных напряжениях. По результатам компрессионных испытаний было установлено, что при разгрузке уплотненного образца коэффициент пористости практически не изменяется .

Рис. 8.3. Зависимость предельного сопротивления сдвигу глинистого грунта предварительно уплотненного при

Испытания образцов грунта предварительно уплотненных позволяют определить максимальное значение предельных сопротивлений сдвигу. По результатам испытаний принимается: .

Практика применения закономерностей сдвига предварительно уплотненных грунтов при проектировании объектов на быстро уплотняющихся грунтах показывает хорошие результаты. Для медленно уплотняющихся грунтов приведенную методику рекомендуется применять с учетом эффективных давлений в скелете грунта на данный период времени:

- нейтральное давление в поровой воде в заданный период времени консолидации;

- давление в скелете грунта в заданный период времени консолидации.

Медленно уплотняющимся глинистым грунтом считается грунт при степени влажности и коэффициенте консолидации .

Характеристики предельного сопротивления грунтов сдвигу получили название прочностных ( - удельное сцепление, - угол внутреннего трения). Их величины получаются по результатам испытаний с обеспеченностью среднего значения для условий второй группы предельных состояний с доверительной вероятностью и для условий I ГПС с .

По результатам испытаний грунтов на сдвиг получают нормативные значения прочностных характеристик и . Расчетные характеристики и , и получаются по результатам обработки полученных результатов с оценкой величин среднеквадратических отклонений ( ) и коэффициентов вариации характеристик ( ).

Рис.8.4. Схема зависимостей для оценки прочностных характеристик грунта для I и II ГПС.

Все величины полученные по результатам испытаний проверяются на возможность грубой ошибки. Величину принять по таблице 8.1.

Таблица 8.1

Число определений	Значение критерия	Число определений	Значение критерия
	2,07 2,18 2,27 2,35 2,41 2,47 2,52 2,56 2,60 2,64 2,67 2,70 2,73 2,75 2,78		2,80 2,82 2,84 2,86 2,88 2,90 2,91 2,93 2,94 2,96 2,97 2,98 3,00 3,01 3,02

Величины определяется по результатам определения и :

В случае обнаружения с грубыми ошибками, эти величины отбрасываются и определения и повторяются.

Расчетные значения прочностных характеристик определяются по величине нормативных:

и - расчетные средние величины удельного сцепления и угла внутреннего трения, зависят от величины доверительной вероятности;

и - показатели точности оценки средних значений удельного сцепления ( ) и угла внутреннего трения грунта ( ).

Величины принимаются по таблице 8.2 в зависимости от величины доверительной вероятности и числа определений ( ) величин .

Таблица 8.2