2. Сопротивление сдвигу связных грунтов

Связные грунты (глины, суглинки, супеси) отличаются от несвязных тем, что частицы этих грунтов связаны между собой водно-коллоидными и кристаллизационными связями. Сопротивление их сдвигу зависит от двух факторов:

1. угла внутреннего трения;

2. сил сцепления между минеральными частицами.

Закон Кулона для связных грунтов также следует из экспериментальной прямой (рис. 2 .13-с). Строго говоря, пока связи не будут разрушены, график имеет криволинейный вид. Однако, для определения удельного сцепления грунта, криволинейной частью пренебрегают и продолжают график до пересечения с осью абсцисс. Тогда математическая формулировка закона Кулона приобретает следующий вид:

, (2.0)

где - коэффициент внутреннего трения грунта; с - удельное сцепление.

Физический смысл удельного сцепления следующий: с численно равно касательным напряжениям , которые нужно приложить к грунту, чтобы разрушились внутренние связи (при нулевых нормальных напряжениях ).

Отрезок, отсекаемый продолжением графика на оси абсцисс, называется давлением связности . Его физический смысл следующий: численно равно нормальным напряжениям , которые следовало бы приложить к грунту без сцепления, чтобы произошел сдвиг при касательных напряжениях .

Такое представление графика сдвига для связных грунтов имеет следующие достоинства:

• позволяет просто определять удельное сцепление грунта с такой же погрешностью, как и при экспериментальном определении других механических характеристик грунта;

• упрощает формулировку закона Кулона для связных грунтов ( 2 .0);

• позволят эффективно решать некоторые задачи механики грунтов для связных грунтов, если уже получено решение для сыпучих грунтов (приводя связные грунты к сыпучим с помощью давления связности).

При проектировании котлованов и устройстве насыпей расчет ведут с учетом угла естественного откоса, равного максимальному углу, при котором неукрепленный откос сохраняет состояние равновесия. Иногда в расчетной практике углы внутреннего трения и естественного откоса принимают равными.

3. Сопротивление грунтов сдвигу при трехосном сжатии

Испытание грунтов на трехосное сжатие производят в стабилометрах (рис. 2 .16). Цилиндрический образец грунта 1, заключенный в резиновую оболочку 2, предварительно подвергают всестороннему сжатию напряжениями путем повышения давления в жидкости 3, заполняющей полость прибора. Затем через шток 4 к поршню 5 прикладывают вертикальную нагрузку F, которая вместе с давлением в жидкости создает напряжение в грунте . Увеличивая , можно достигнуть разрушения образца.

Рис. 2.16. Схема стабилометра

1 - цилиндрический образец грунта; 2 - резиновая оболочка; 3 - жидкость, заполняющая полость прибора; 4 - шток; 5 - поршень

Как видно из чертежа, к наклонной площадке приложена равнодействующая напряжений и под углом . При изменении угла , определяющего положение наклонной площадки, угол меняется в пределах . Для сыпучих грунтов угол не может быть больше угла внутреннего трения . Следовательно, условие предельного равновесия для сыпучих грунтов запишется в виде:

. (2.0)

Значение и, следовательно, можно найти из следующих соображений. Из Сопротивления материалов известно, что при плоском напряженном состоянии напряжения по наклонным площадкам определяются формулами:

Полное напряжение по наклонной площадке равно:

.

Следовательно:

.

Исследуя эту функцию на экстремум:

,

получим:

.

С учетом соотношения ( 2 .0), условие предельного равновесия для сыпучих грунтов запишется в виде:

. (2.0)

Для связных грунтов давление связности рассматривается как сила (удельная) всестороннего обжатия, равная . Прибавляя в выражении ( 2 .0) к и по , получим условие предельного равновесия для связных грунтов:

. (2.0)