книги / Механика грунтов

Рис. 60. Установки для полевых испытаний связных грунтов шаровым штам­ пом по методу проф. Цытовича в разработке АСиА АН БССР

маций можно пренебречь. Соотношение (г9) и определяет ми­

не удовлетворяется, нагрузку добавляют. При соблюдении соот­ ношений (гв) и (г9), как показали исследования автора, по­ лученные результаты сопротивления грунта сдвигу могут при­ ниматься практически не зависящими ни от диаметра шарового штампа, ни от величины нагрузки на него.

По результатам испытания определяется сцепление грунта с,

Коэффициент 0,18 определен теоретически1,2 на основе уста­ новленного А. Ю. Ишлинсюим постоянства для упруго-пластиче­ ских неуплотняющихся тел отношения величины твердости к пределу текучести.

Как показали соответствующие исследования, формула (57) в чистом виде справедлива лишь для вязких (практически не-12

Для определения сил сцепления в настоящее время предло­ жен и ряд к о с в е н н ы х методов: по компрессионной кривой для грунтов нарушенной структуры и кривой набухания диа­ граммы сжатия (Гарееванова—Хворслева), по диаграмме сдви­ гов переуплотненных грунтов (Саваренского) в зависимости от плотности грунтов (Ничипоровича) и непосредственно путем ис­ пытания на разрыв (Цытовича—Булычева), однако эти методы широкого применения на практике не получили1.

О выборе расчетных характеристик сопротивления грунтов сдвигу

Сопротивление грунтов сдвигу и характеризующие его пара­ метры огибающей предельных напряжений (сцепление с и угол внутреннего трения 9 ), как указывалось ранее, являются важ­ нейшими показателями механических свойств грунтов. Зная па­ раметры с и 9, по теоретическим зависимостям, приводимым в последующих главах, можно оценить величину предельной на­ грузки на грунтовое основание сооружений, устойчивость масси­ вов грунта при оползнях и выпирании, боковые давления грун­ тов на сооружения и т. п. — все это говорит о том, что методи­ ка испытания грунтов на сдвиг и выбор характеристик сопро­ тивления грунтов сдвигу имеют первостепенное значение.

При выборе расчетных характеристик прежде всего необхо­ димо в геологических разрезах напластований грунтов рассмат­ риваемого места постройки выделить пласты грунтов, которые практически можно считать однородными по их свойствам.

При выделении пластов грунта одинаковой сопротивляемости может быть с успехом применено о п р о б о в а н и е монолитов грунта иглой Вика, как это было предложено еше в тридцатых годах проф. Н. Н. Масловым и с успехом применялось при строительстве Свирьских гидроэлектростанций, а также опробо­ вание при помощи шарового штампа, что позволяет получить и числовую оценку сопротивляемости грунтов.

Для предварительных расчетов оснований и фундаментов при возведении сооружений III и IV классов сопротивление сдвигу обычных грунтов (непросадочных, немерзлых) допускается оце­ нивать по табличным значениям параметров с и 9 , получен­ ным на основе обобщения результатов непосредственных опы­

Выбор «расчетных характеристик «сдвига ( глинистых г р у н ­ тов и методика их испытания на сопротивление сдвигу еще в большей степени, чем для лесков, зависят от того, в каком физичебком «состоянии находятся глинистые грунты и в каких усло­ виях они будут работать.

Для глинистых грунтов можно считать твердо установлен­ ным, что расчеты оснований на прочность и массивов грунта на устойчивость, о чем (подробно было освещено на специаль­ ной конференции по сопротивлению сдвигу глинистых грунтов1, должны производиться по полным напряжениям лишь тогда,

практически приводит к тем же результатам, если известна ве­ личина порового давления2. Результаты н е д р е н и р о в а н н ы х и с п ы т а н и й (по закрытой системе) используются также при расчете оползневых склонов на устойчивость, начальной устой­ чивости сооружений на глинах с незавершенной консолидацией, давлений в укатываемых насыпях и пр. При расчете устойчиво­ сти глинистых пластов и склонов сопротивление сдвигу по по­ верхностям скольжения также может приближенно оцениваться

(по открытой системе) глинистых грунтов используются при расчетах окончательной устойчивости оснований, длительной устойчивости склонов с учетом эффективных напряжений и т. п.

Ф а к т о р в р е м е н и должен учитываться при испытании пластичных глинистых грунтов на сопротивление их сдвигу. Как показывают соответствующие опыты, если образец грунта испы­ тывает сдвигающие напряжения, большие определенного преде­ ла, то диаграммы перемещений 8 при сдвиге (ползучести) пла­ стичных глинистых грунтов имеют очертания, указанные на рис. 62. Здесь различают три характерных участка кривых, со­ ответствующие трем с т а д и я м п о л з у ч е с т и : участок оа — не у ста п о в и в ш е й с я п о л з у ч е с т и , когда скорость де­ формаций сдвига уменьшается, стремясь к- некоторой постоян­

В. М. Ж у к о в а . Поровое давление и сопротивление сдвигу глинистых пород, изд. Водгео, 1957.

См. также доклад Р. Пека и Дж. Лоу на конференции по сопротивлению глин сдвигу в Колорадо, 1960.

ще г о т е ч е н и я , когда скорость деформаций сдвига быстро возрастает и возникает скольжение одной части грунта по дру­ гой. Все стадии ползучести особенно хорошо просматриваются

у.пластичных глин и мерзлых льдонасыщенных грунтов1.

Ка к показали опыты с пластичными мерзлыми грунтами2,

стадия установившейся ползучести при достижении некоторой

меньшей предельного сопротивления сдвигу, при стандартном методе испытания прогрессирующее течение может и не насту-

1 Н. А. Ц ы т ов и ч. Принципы механики мерзлых грунтов. Изд-во АН

СССР, 1952.

2 С. С. Вялов. Реологические свойства и несущая способность мерз­ лых грунтов. Изд-во АН СССР, 1959.

Его же. Реологические процессы в грунтах. Доклады к V Междуна­ родному конгрессу по механике грунтов и фундаментостроению. Госстройизг дат, 1961.

пить, так как в длительный промежуток времени структура грун­ та успевает перестроиться и приспособиться к новому напря­ женному состоянию, увеличив свое сопротивление. Таким об­

п р о ч н о с т и при сдвиге. Оно всегда несколько меньше макси­ мальной прочности при стандартной скорости загружения и для дисперсных глин составляет примерно 7Ло—9/ю от -их стандартно­ го предельного сопротивления, а для мерзлых льдонасыщенных

штампа путем определения длительного эквивалентного сцепле­ ния, на что требуются всего лишь одни или несколько суток. Последнее позволяет широко использовать метод шарового штампа для определения предела длительной прочности при сдвиге глинистых грунтов. Так, например, на рис. 64 приведена одна из кривых длительного сцепления для кинельских глин, сла­ гающих основание одной крупнейшей гидроэлектростанции

СССР1, послужившая обоснованием установления величины пре­ дельного сопротивления грунтов основания этой электростанции.

Из изложенного ясно, что выбор того или иного метода испы­ тания глинистых грунтов на сопротивление их сдвигу и опреде­ ление характеризующих его коэффициентов зависят от того,

вкаком физическом состоянии находится рассматриваемый грунт,

вкаких условиях он будет подвержен действию нагрузки,, вклю­

чая и действие собственного веса, в течение какого времени

икак эта нагрузка передается на грунт.

1Н. А. Ц ы т о в и ч, И. 3. З а х а р о в . Определение длительного соп­ ротивления глин деформациям с помощью сферического штампа. Труды Гид­ ропроекта. Сб. № 1. Госстройиздат, 1958.

§ 5. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ ГРУНТОВ КАК ДИСКРЕТНЫХ ТЕЛ ПРИНЦИП ЛИНЕЙНОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Некоторые замечания

В механике грунтов рассматриваются грунты как природные дискретные тела, состоящие из отдельных мелких и мельчай­ ших минеральных частиц, которые не связаны между собой или связаны так, что прочность связей во много раз меньше проч­ ности материала самих частиц. Поэтому возникает вопрос, как применять к грунтам общую теорию напряжений, разработан­ ную для сплошных тел, какие основные положения принять при изучении напряженного состояния грунтов и каковы будут ус­ ловия, при которых те или иные упрощающие допущения не будут вносить в получаемые результаты существенных погреш­ ностей.

Всякая внешняя нагрузка, а также собственный вес в дис­ персных телах передаются от одной частицы к другой через точки их контакта, расположенные незакономерно или по не­ которой структурной сетке. В большинстве практических при­ ложений нет необходимости рассматривать действие отдельных сил, приходящихся на отдельные частицы грунта. Можно счи­ тать эти силы непрерывно распределенными по любой, доста­ точно малой площадке, напряжение по которой мы определяем. Проф. Н. М. Герсеванов показал, что неточность в определе­ нии напряжений в грунтах (например, в глинах) при таком рассмотрении не будет большей, чем при рассмотрении напря­ жений в стали, которая так же состоит из мельчайших зерен (кристаллов). В крупнозернистых грунтах погрешность в опре­ делении напряжений вследствие замены отдельных сил, прихо­ дящихся на частицы грунта, силами, непрерывно распределен­ ными на некоторой площадке /например, на 1 см2), будет боль­ ше, чем для глин, но, как показывают соответствующие расчеты, не превзойдет обычных, допустимых в инженерных расчетах отклонений.

Следует отметить (далее этому вопросу посвящен специаль­ ный раздел),-что теория напряжений в применении к грунтам имеет свои особенности. Эти особенности заключаются в том, что в водонасыщенных грунтах нормальные напряжения не сра­ зу передаются на твердые частицы (как в сплошных твердых телах), а требуют определенного времени для своего полного развития, зависящего не только от величины внешней нагрузки, но и от проницаемости грунта, размеров загруженной площади и жесткости тела, передающего нагрузку на грунт. Большое практическое значение при расчете естественных оснований со­ оружений имеют напряжения, соответствующие полной стаби­

лизации грунта, т. е. когда вся внешняя нагрузка передается на твердые частицы.

Также следует подчеркнуть, что существенной особенностью грунтов как дискретных (раздробленных) тел является то, что при нагрузке и последующей разгрузке в них всегда наблю­ даются и остаточные деформации, т. е., строго говоря, грунты

деформаций грунта от величины действующего на него давле­ ния, подобные графикам на рис. 65, б, можно получить и при одноосном испытании грунтов (например, связных) или трехос­ ном (сыпучих и связных). Обычно график зависимости дефор­ маций от напряжений строится в координатах: напряжение о и относительная деформация е и для грунтов имеет свои харак­ терные особенности.

При анализе зависимости деформаций от напряжений сле­ дует различать по крайней мере два вида грунтов: сыпучие и связные.

У с ып у ч и х г р у н т о в при действии на них внешней на­ грузки и последующей разгрузки наблюдаются как восстанав­ ливающиеся, так и остаточные деформации, причем ос т ат оч -