что такое сопротивление грунтов сдвигу

Лекция 2. ПРЕДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА СДВИГУ. УСЛОВИЕ ПРОЧНОСТИ ГРУНТА (ЗАКОН КУЛОНА)

Скачать:

в рамках общей темы «Основные закономерности механики грунтов»

Основные показатели грунтов, используемые при расчётах предельной прочности и устойчивости грунтов, а также при расчете давления грунтов на ограждения могут быть получены в результате изучения сопротивляемости грунта сдвигу, обусловленной в сыпучих телах – внутренним трением, а в связных грунтах – трением и сцеплением.

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГРУНТА

Если к поверхности грунта основания приложить нагрузку p, в нём возникнет напряженное состояние:

Полные напряжения по граням элемента σ’ и σ» можно разложить на нормальные составляющие σ_z и σ_x и касательные (сдвигающие) τ (рис. 2,а).;

Нормальные напряжения сжимают элемент, а касательные «перекашивают» (поворачивают) его. Если представить, что элемент состоит из шаровых зёрен грунта, связанных в точках контакта, то нормальные напряжения сжимают зёрна и усиливают связи между ними, а касательные стремятся вызвать относительный сдвиг зёрен, т.е. разрушить грунт (рис. 2,б).

В том случае, когда касательные усилия превзойдут сопротивление зёрен в точках контакта, произойдет относительный сдвиг частиц (Δx и Δz на рис 2,в). Эти деформации являются необратимыми и свидетельствуют о разрушении грунта в данной точке. Причиной разрушения являются касательные напряжения τ, которые превзошли величину внутреннего сопротивления грунта сдвигу.

ВНУТРЕННЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА СДВИГУ

Внутреннее сопротивление грунта сдвигу происходит в результате действия сил трения между частицами и сцепления между ними:

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА

Сопротивление грунта сдвигу может быть установлено различными способами, среди которых наиболее простым и распространённым является способ испытания образца на прямой сдвиг (срез). Последовательность испытания:

1. Цилиндрический образец грунта помещается в «срезыватель» 1 так, чтобы одна его половина оставалась неподвижной, а другая могла перемещаться горизонтально под действием прикладываемой к ней горизонтальной сдвигающей нагрузки (рис. 3);

2. К образцу прикладывается нормальная к поверхности среза сжимающая нагрузка N;

3. Сдвигающую касательную к поверхности среза нагрузку T прикладывают к срезывателю ступенями до тех пор, пока не произойдёт срез и скольжение одной части грунта по другой;

4. одновременно с приложением нагрузки и во всё время испытания производятся замеры горизонтальных деформаций (смещений) грунта δ (рис. 4);

5. Проводят несколько испытаний на срез (i штук 2 ) при различных значениях вертикальной (сжимающей) нагрузки N. То есть каждой ступени нагрузки σ_i будет соответствовать своё сопротивление сдвигу τ_i.

6. Данные опытов наносят на график, выражающий зависимость между нормальным напряжением σ и касательным напряжением τ. Опыты показывают, что в общем случае зависимость оказывается линейной.

УСЛОВИЕ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ СЫПУЧИХ И СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ

1. Для сыпучих грунтов (различного рода пески, крупнообломочные грунты, галечники). Зависимость σ – τ принимается прямой, проходящей через начало координат и наклонной к оси нормальных напряжений σ под углом внутреннего трения φ (рис. 5).

Из графика можно записать следующую зависимость:

Указанная зависимость – условие прочности грунта (закон Кулона) для сыпучих тел: сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трения, прямо пропорциональное нормальному давлению.

2. Для связных грунтов (пылевато-глинистые грунты) прямая σ – τ не проходит через начало координат, а отсекает отрезок c на оси τ, так как в связных грунтах, обладающих сцеплением между частицами, при отсутствии нормального давления (σ = 0) сопротивление грунта сдвигу больше нуля, что обусловливается силами сцепления (рис. 6).

Общее сопротивление сдвигу связного грунта можно выразить уравнением:

Таким образом, сопротивление связного грунта сдвигу складывается из сопротивления трения, пропорционального нормальному давлению, плюс сцепление, не зависящее от давления.

Источник

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ СДВИГУ

Под сопротивлением грунтов сдвигу понимают наименьшее касательное напряжение, при котором грунт, находящийся под нормальным давлением, разрушается (сдвигается).

Сопротивление грунтов сдвигу, в общем случае, обуславливается двумя величинами: силами внутреннего трения и силами сцепления, действующими между частицами грунта. Только преодолев эти силы, можно вызвать сдвиг одной части грунта по другой.

Впервые физическая природа сопротивления сдвигу была сформулирована Кулоном в виде закона, который имеет следующий вид:

· для песчаных грунтов – , (1)

· для пылевато-глинистых грунтов – (2) где τ – сопротивление сдвигу, кПа;

σ – нормальное напряжение (давление), кПа;

φ – угол внутреннего трения, град;

с – удельное сцепление, кПа.

Силы трения в грунте пропорциональны нормальному напряжению, передаваемому на твердый скелет грунта.

Сцепление имеет сложную природу и обуславливается наличием электромолекулярных, водно-коллоидных, цементационных и других связей между пылевато-глинистыми частицами.

В песчаных (несвязных) грунтах сопротивление сдвигу τ обусловлено силами трения, а в пылевато-глинистых (связных) – трением и сцеплением.

В уравнении (2) характеристики сопротивления сдвигу φ и с являются математическими параметрами прямолинейной диаграммы сдвига, постоянными только для данного физического состояния грунта (данной его влажности, плотности, состава и т.д.).

Величины φ и с, получаемые в результате этой работы, называются прочностными характеристиками грунта. Они используются при определении расчетного сопротивления грунта, расчете устойчивости сооружений и земляных откосов, определении бокового давления грунта на ограждающие конструкции и при решении многих других задач.

Необходимое оборудование и материалы:

o сдвиговые одометры с грунтом – 3 шт.;

o рычажные системы для уплотняющей и сдвиговой нагрузок;

o груз (дробь или вода);

Приборы для испытания грунта на сдвиг, применяемые в этой работе, (рис. 5, а) состоят из сдвигового одометра (1), рычажной системы уплотняющей нагрузки (2) и рычажной системы сдвигающей нагрузки (3). Под сопротивлением грунтов сдвигу понимают наименьшее касательное напряжение, при котором грунт, находящийся под нормальным давлением, разрушается (сдвигается).

Сдвиговой прибор (рис. 5, б) относится к категории односрезных приборов. Он состоит из верхней неподвижной (4) и нижней подвижной (5) металлической обоймы, заполненных грунтом, дренажного поршня-штампа (6), дренажного днища (7), каретки (8), перемещающейся на роликах (9).

Эта конструкция сдвигового прибора отличается от других тем, что плоскость разреза, по которой срезается исследуемый грунт, расположена не параллельно направлению перемещения подвижной части, а под большим углом (2,5°) к указанному направлению. Благодаря этому при малейшем горизонтальном перемещении подвижной части прибора между верхней и нижней частями одометра появляется зазор, увеличивающийся в процессе испытания. Этим полностью исключается влияние трения между сдвигаемыми частями прибора и возможность заклинивания частиц грунта во время испытаний. Размеры сдвигового одометра – высота 20 мм, диаметр 56,5 мм.

Рис. 5. Приборы для испытания грунта на сдвиг:

Нормальная уплотняющая сила (нагрузка) прикладывается через рычажную систему с соотношением плеч 1:10; сдвигающая горизонтальная сила (нагрузка) Т – через рычаг с соотношением плеч 1:10.

Вес груза на рычаге уплотняющей нормальной нагрузки определяется из выражения:

,

где σ – нормальное уплотняющее напряжение, кПа:

;

А – площадь образца, м 2 ;

z₁ – кратность увеличения нагрузки рычагом (z₁=10).

Величина сдвигающего горизонтального усилия определяется из выражения:

где Q – вес сосуда с грузом (водой или дробью), определяемый опытом, Н;

z₂ – кратность увеличения нагрузки рычагом (z₂=10).

Сопротивление грунта сдвигу или касательное напряжение определяется по формуле

где А – площадь сдвига, равная площади образца.

До начала опыта необходимо ознакомиться с приборами и заготовить таблицу для записи результатов.

Ход работы

1. Рычаг сдвиговой нагрузки (3) соединяется с кареткой (8) прибора. К рычагу подвешивается сосуд (10).

2. В гнездо прибора закрепляется индикатор часового типа ИЧ-10 для замера деформаций сдвига. Индикатор закрепляется в таком положении, чтобы подвижная ножка была сдвинута на 70-80% свободного хода, после чего шкала индикатора устанавливается на нуль.

3. Отвинчиваются горизонтальные упорные винты (11) каретки.

4. Для плавного приложения горизонтальной нагрузки вода подается из шланга на стенку сосуда малой струей и лишь до момента начала сдвига. Наблюдение за сдвигом ведется по шкале индикатора.

5. При заметном движении стрелки индикатора подача воды прекращается, а затем снова возобновляется после остановки движения стрелки индикатора и т.д. сдвиг считается законченным, если по показаниям индикатора перемещение каретки достигнет 4 мм.

6. После завершения сдвига сосуд с водой взвешивается. Результаты взвешивания записываются в таблицу.

Описанным способом осуществляется испытание на сдвиг всех трех образцов.

Форма записи результатов определения

№ Образ ца

Уплотняю щая нагруз ка N, Н

Площадь образца А, м 2

Нормальное уплотняю щее напряжение σ, кПа

Вес сосуда с грузом Q, Н

Сдвигаю щее усилие Т, Н

Сопротивле ние грунта сдвигу τ=Т/А, кПа

Обработка результатов сводится к вычислению сопротивления грунта сдвигу при различных значениях уплотняющих напряжений, построению диаграммы (рис. 6) и определении угла внутреннего трения φ и сцепления с.

При построении диаграммы сдвига величины σ и τ рекомендуется откладывать в масштабе: 100 кПа=4 см.

Рис. 6. Диаграмма сдвига

По полученным опытным точкам проводится осредненная прямая, описываемая уравнением: τ=σ·tgφ+с.

Тангенс угла внутреннего трения, а по нему – угол внутреннего трения φ, определяется по формуле

,

где , — величины сопротивления сдвигу, взятые по диаграмме, если они не лежат на прямой.

Сцепление определяется по формуле

с= – σ·tgφ.

Результат: φ=______°; С=_______кПа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Сопротивление грунта сдвигу

Прочность грунта нарушается, если в нем возникают касательные напряжения, превышающие его предельное сопротивление сдвигу, в результате чего образуется опасная поверхность скольжения. В песках, которые по их свойствам считают близкими к идеально сыпучим телам, сопротивление сдвигу обусловлено влиянием сил внутреннего трения грунта.

В связных глинистых грунтах сопротивление сдвигу зависит также и от сил сцепления. Поэтому в качестве основных прочностных характеристик в расчетах сопротивления грунта сдвигу принимают коэффициент внутреннего трения и удельное сцепление грунта.

Для определения понятия коэффициента внутреннего трения грунта рассмотрим случай предельного равновесия в сыпучем теле; очертание которого представим ограниченным некоторой произвольной поверхностью АВС (рис. 2.5)

Рис. 2.5. Схема к оценке устойчивости на сдвиг части сыпучего тела АВС, отсекаемого плоскостью SS.

Мысленно отсечем плоскостью SS, составляющей с горизонтом угла α часть этого тела, вес которой будет Р. Силу Р разложим в плоскости SS на нормальную к ней N = Pcosα и касательную Т = Рsinα. Касательная сила Т стремится произвести сдвиг отсекаемой части сыпучего тела. Этому сдвигу противодействует сила трения, направленная в противоположную сторону и равная в своем предельном значении величине Nf (где f – коэффициент внутреннего трения).

Скольжения отсекаемой части не будет до тех пор, пока сила Т остается меньше Nf и, следовательно, пока будет справедливо условие:

.

(2.22)

Если для состояния предельного равновесия, возникающего при Т=Nf, угол α обозначить через α = φ, то из формулы получим f=tg α =tg φ.

Таким образом, в идеально сыпучем теле коэффициент внутреннего трения f равен тангенсу угла его предельного или естественного откоса. Это соответствие практически выполняется и в песках, особенно когда они сухие или находятся в условиях подводного залегания.

В связных грунтах, обладающих сцеплением между частицами, судить о величине коэффициента внутреннего трения по углу естественного откоса нельзя. Поэтому сопротивление сдвигу здесь определяют путем испытания образцов на срез в приборе, работающем, например, по схеме, представленной на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Схема испытания образца грунта на срез:

А – образец грунта; В – пористые диски для отвода воды.

Образец грунта, помещенный в такой прибор, вначале нагружают вертикальной силой N, действующей нормально к поверхности среза ОО. Через некоторое время, необходимое для завершения деформации сжатия образца, к нему прикладывают горизонтальную силу и постепенно доводят ее до значения Т, при котором происходит срез по указанной поверхности ОО. Из этих исследований находят значения нормальных и касательных напряжений σ и τ, действующих в плоскости среза, зависимость между которыми определяется известным уравнением Кулона:

где φ – угол внутреннего трения грунта;

с – удельное сцепление, которое понимают как сопротивление сдвигу, обусловленное силами связности между частицами грунта.

Уравнение (2.23) указывает на линейную зависимость между касательными и нормальными напряжениями при сдвиге в грунте.

Графически это уравнение представлено на рис. 2.7.

При определении сопротивления сдвигу в глинистых грунтах удельную силу сцепления с часто в целях удобства выражают через «давление связности» σ по формуле:

с = σ tgφ.

(2.24)

Если это значение с подставить в уравнение (2.23), то оно получит следующий вид:

τ = (σ + σ ) tgφ.

(2.25)

Рис. 2.7. График сопротивления сдвигу образцов глинистого грунта:

1 – опытная кривая; 2 – спрямленный график τ = σ tgφ + с.

Давление связности – понятии условное. Его следует считать лишь как эквивалентное давление, которое, будучи приложено к некоторой площадке в сыпучем теле, создает в ней такое же сопротивление сдвигу, какое возникает в реальном связном грунте под влиянием имеющихся в нем сил сцепления. Замена с через σ обозначается на рис. 2.7 переносом точки О в положение точки О .

Кроме испытаний на срез, прочностные характеристики сопротивления грунтов сдвигу можно определить также и из опытов на раздавливание их образцов в стабилометре, схематическое изображение которого было дано на рис. 2.3.

Современные конструкции стабилометров позволяют испытывать образцы при различном заданном их обжатии боковым давлением. Опыты ведут с несколькими образцами грунта. Для каждого из них определяют разрушающую вертикальную нагрузку σ , соответствующую величине приложенного бокового давления σ . По этим данным строят круги напряжений Мора и проводят к ним общую касательную (рис.2.8), для которой справедливо приведенное ранее уравнение (2.23).

Рис. 2.8. Построение кругов Мора для определения

Приборы, работающие по схеме плоского сдвига, имеют тот же недостаток, что и одометры. В них также сказывается влияние сил трения грунта о стенки прибора, возникающих при уплотнении образца вертикальной нагрузкой. Кроме того, происходит и местное смятие грунта взаимно смещающимися при опыте кольцами прибора, которыми передается горизонтальное усилие образцу. В результате этого срез в грунте возникает вначале у краев образца и далее развивается в плоскости сдвига к его середине. Все это в какой-то мере снижает точность получаемых результатов. Однако простота устройства приборов этого типа обеспечила им широкое распространение, а в современных их конструкциях влияние указанных недостатков сведено к минимуму.

Стабилометры представляют более совершенный прибор, испытания в них грунта ближе отвечают его работе в природных условиях. Подробное описание указанных выше приборов дается в современных пособиях по лабораторному исследованию грунтов.

Источник

Сопротивление грунтов сдвигу (прочность на сдвиг)

Сдвиг бывает поверхностным и глубоким. В первом случае деформации затрагивают лишь верхние слои грунта, не влияют на общую устойчивость массива. Глубокий сдвиг проходит по криволинейной плоскости, в нем задействовано несколько грунтовых слоев. Такая деформация ведет к существенному повреждению и даже разрушению массива.

Сдвигающие силы действуют практически на все грунты при ведении строительных работ. Показатель влияет на несущую способность материала, устойчивость насыпей, откосов и зданий.

Его определяют:

Дальше мы опишем, как определяется сопротивление грунта сдвигу.

Определение показателей сопротивления сдвигу

Грунт при сдвиге разрушается за счет того, что на него действует сжимающая сила от вертикальной нагрузки и сдвигающая от касательной (горизонтальной). Чем интенсивнее сжатие, тем больше нужно приложить усилий, чтобы срезать или сдвинуть материал. Прочность в этом случае определяется соотношением нагрузок, а не критическим напряжением.

Она выражается уравнением Кулона (предельного равновесия):

Детальнее об этих величинах вы можете прочитать в продолжении текста и других статьях нашего сайта.

Для определения прочности грунта при сдвиге используют такие методы:

Методики описаны в ГОСТ 12248-2010. Информацию о них вы найдете в следующей части текста.

Одноплоскостной срез

Этим методом определяется угол внутреннего трения всех грунтов, сцепления глинистых, органических и скальных типов. По формуле вычисляют прочность при сдвиге.

Метод одноплоскостного среза имеет две схемы:

В опытах используют образцы с природным сложением либо заданной плотностью и пористостью (при изъятии из предварительно уплотненных массивов). Глинистые грунты и песок берут в состоянии естественной влажности, а просадочные – полностью насыщенные влагой.

Пробы должны иметь форму цилиндра со следующими параметрами:

Для проведения опыта используется срезной прибор и уплотнитель.

Составные части срезного прибора:

Уплотнители используются, если нужно проверять прочность грунта с определенными параметрами влажности и плотности.

Составные части уплотнителя:

Дальнейшие действия зависят от метода, которым проводятся испытания.

Метод медленного среза

Перед началом испытания грунт уплотняют, при этом выбирают такое максимальное давление, которое на массив будет оказывать фундамент или другая конструкция. Минимальное и среднее давление в процессе опыта определяют как 0,25 и 0,5 от максимального. Если данных о нагрузках на массив нет, выбирают стандартные из таблицы.

Ступени уплотнения держат 15-25 минут, лишь последнюю – до момента 100% фильтрационной консолидации t100 (плотности, при которой отжимается вся вода, а поровое давление практически равно 0). После прекращения воздействия ступени записывают данные вертикальной деформации грунта. На основе этих данных строят график. По нему определяют t100, которое будет использоваться в дальнейших расчетах.

После уплотнения грунта его следует перенести в срезной прибор и предпринять следующие шаги:

Нагружают пробу тем же давлением, которое применялось при уплотнении. Нагрузку передают в одну ступень.

Она длится:

При непрерывном режиме скорость деформирования грунта высчитывают следующим образом:

Скорость деформирования при срезании у глинистых грунтов коррелирует с числом пластичности. Данные приведены ниже.

Ступенчатое увеличение давления должно быть на уровне 5%. Этап завершают, когда величина деформации приближается к значениям, приведенным в таблице.

Ниже приведено приблизительное время воздействия ступени для распространенных разновидностей грунтов.

Деформация становится стабильной, если за данный выше отрезок времени она не увеличивается более чем на 0,05%.

Статическое испытание считается завершенным, если на очередном этапе часть грунта отделяется от остальной или если его деформирование превышает 10%.

При кинетическом режиме скорость деформации стабильная. Ее данные для разных типов грунтов приведены в таблице.

Деформацию и величину касательной нагрузки фиксируют каждый раз, когда режущий прибор продвигается на 0,25-0,5 мм. Обычно фиксируют около 20 таких показателей. Испытание считается завершенным, если грунт деформируется больше, чем на 10% от изначального значения, или если нагрузка достигает максимума, после чего не увеличивается либо снижается.

Метод быстрого среза

Образец готовят и устанавливают также, как и в предыдущем случае. Вместо перфорированного штампа берут сплошной. Пробу нагружают одной ступенью, величину которой определяют по предлагаемому давлению на массив или берут из таблицы.

После завершения опыта вычисляют горизонтальную (τ) и вертикальную (σ) нагрузку, при которых происходит сдвиг грунта.

Для этого используют формулы:

Показатель горизонтальной нагрузки определяют минимум в трех разных опытах. Из полученных цифр выстраивают график. Наибольшее значение τ – это предельное сопротивление грунта сдвигу.

Трехосное сжатие

Трехосным сжатием определяют:

Последние три характеристики напрямую зависят от устойчивости грунта к сдвигу.

Испытание проводится в камере, где материал имеет возможность расширяться в стороны. Его сдавливают в горизонтальной и вертикальной плоскости, по соотношению разнонаправленных нагрузок определяют прочность.

Сложение грунта может быть нарушенным или естественным, в зависимости от поставленной задачи. Образцам придают цилиндрическую форму с диаметром среза 35 мм. Соотношение между высотой и диаметром – 1,85:2,25. Отдельные зерна не должны превышать 1/6 диаметра.

Прибор для трехосного состоит из таких деталей:

Этапы подготовки к испытаниям:

Дальнейшие испытания проводятся тремя методами:

Детально о них читайте в продолжении статьи.

Неконсолидировано-недренированный метод

Образец сначала доводят до естественной плотности всесторонним обжатием без дренажа. Нагружают грунт непрерывно либо ступенями. В первом случае скорость наращивают на 0,5-2% за минуту, во втором – увеличивают давление на каждой ступени на 2-10% (перерыв между ступенями – от 15 с до 1 мин).

Испытание заканчивается, когда грунт начинает разрушаться. Его разгружают и берут образец для определения влажности.

Во время опыта записывают значения вертикальной деформации. При непрерывном методе это делают, когда деформация достигает 1% от изначального либо предыдущего значения. При ступенчатой технике фиксируют деформацию после каждой ступени.

Консолидировано-недренированный метод

Перед началом испытания грунт полностью насыщают водой и проводят его реконсолидацию (разуплотнение). Затем давление в камере повышают, чтобы дополнительно уплотнить материал и удалить через дренаж излишнюю влагу. Давление при консолидации должно соответствовать нагрузке, которую будет испытывать грунт в естественных условиях. Если таких данных нет, их берут из таблицы.

Консолидировано-дренированный метод

Испытание проводится после предварительной реконсолидации и водонасыщения образца. Затем его уплотняют, отводя влагу в дренажную систему. На следующем этапе грунт сжимают со всех сторон.

Далее обеспечивают ступенчатую либо непрерывную нагрузку. В первом случае на каждой ступени увеличивают давление на определенный процент от заданного в камере перед началом испытания. В таблице ниже мы разместили эти значения.

При кинематическом (беспрерывном) режиме фиксируют стартовую высоту. Когда она изменяется на 0,05%, записывают полученную цифру. Это будет значением деформирования грунта в вертикальном направлении.

При ступенчатом режиме данные о деформации снимают через определенные промежутки времени.

Для каждого типа грунта они будут своими:

Испытание заканчивают, когда грунт начнет разрушаться, после чего переходят к вычислениям.

Прочность грунта при трехосном сжатии определяется на основе нескольких показателей:

Относительная вертикальная деформация высчитывается по формуле:

Для определения девиатора напряжения используется формула:

После завершения построения графика рассчитывают угол внутреннего трения и сцепление. О них вы можете прочитать в соответствующих статьях на нашем сайте.

Недренировано-неконсолидированным методом изучают сопротивление грунта недренированному сдвигу (Cu).

Его вычисляют по формуле:

Особенности сопротивления сдвигу у разных грунтов

Сопротивление сдвигу, как и другие виды прочности, зависят от строения грунтов и некоторых внешних факторов. Характеристика зависит, в первую очередь, от типа связей и дисперсности грунтов.

В продолжении текста вы узнаете о прочности на сдвиг таких видов грунтов:

Сопротивление сдвигу у скальных грунтов

Прочность на сдвиг у скальных грунтов намного выше, чем у дисперсных. Это связано с высоким показателем сцепления. Сопротивление сдвигу особенно высокое у монолитных пород с минимальными признаками выветривания.

На сцепление и сопротивление сдвигу скальных грунтов влияют такие факторы:

Сопротивление сдвигу несвязных дисперсных грунтов

Прочность при сдвиге несвязных грунтов довольно низкая. Их зерна контактируют между собой только посредством трения. Такая физическая связь быстро разрывается под воздействием касательных напряжений. Сопротивление горизонтальным нагрузкам будет зависеть от угла откоса и угла внутреннего трения, без учета связности.

На устойчивость к сдвигу дисперсных несвязных грунтов влияют:

Сопротивление сдвигу связных глинистых грунтов

Связные грунты по своей структуре немного напоминают скальные. Они состоят из отдельных частиц, связанных между собой цементирующим веществом и кристаллическими решетками. При повышении влажности часть контактов разрушается или ослабевает, в материале преобладают слабые коагуляционные связи между отдельными молекулами, которые разрушаются при повышении влажности. Отдельные зерна также контактируют между собой за счет силы трения.

Способность сопротивляться сдвигу у связных грунтов обусловлена сцеплением, но оно намного слабее, чем у скальных. Этот показатель варьируется в широких пределах. Например, в иле он составляет всего 0,001-0,0001 МПа, а в твердой глине – 0,5-1 МПа.

Грунты с кристаллизационными и цементационными связями (твердые литифицированные глины и суглинки) достаточно устойчивы к сдвигу. Показатель снижается в илах и органических почвах, так как в них преобладают коагуляционные связи. В супесях многие частицы удерживаются вместе лишь силой трения, в них сцепление на сопротивление сдвигу почти не действует. Устойчивость зависит от величины угла внутреннего трения.

На прочность во многом влияет структура. Она всегда выше в массиве, чем в отобранном образце.

Некоторые авторы классифицируют глинистые грунты по чувствительности к сдвигу в зависимости от показателя структурной прочности (St):

Плывунные грунты могут сдвигаться под собственным весом, при воздействии вибрации или минимальной нагрузки.

Глинистые грунты нередко имеют слоистую структуру и разную направленность частиц. Как и в скальных, их прочность на сдвиг повышается, если прикладывать горизонтальное напряжение перпендикулярно слоям.

Большое влияние на устойчивость к сдвигу оказывает его влажность. Самый прочный связный грунт – совершенно сухой. В нем компактно расположены частицы, между ними существуют прочные связи. При увлажнении расстояние между отдельными зернами увеличивается, так как на их поверхности образуется водная пленка. При воздействии горизонтальных нагрузок возникают пластические деформации.

При переходе в текучее состояние грунт приобретает плывунные свойства. При малейшей вибрации или под незначительным давлением он начинает перемещаться, как жидкость. Это делает основания чрезвычайно неустойчивыми.

Значение имеет и состав поровой жидкости. Если в ней много растворенных солей и электролитов, возникает явление коагуляции. Оно ярко выраженно в мелкодисперсных грунтах. Отдельные частицы грунта слипаются в агрегаты, увеличивается пористость и рыхлость. В результате материал становится более чувствительным к сдвигу даже при низкой влажности.

Сопротивление сдвигу мерзлых грунтов

В мерзлых грунтах лед обеспечивает дополнительные цементационные связи, что повышает их прочность на сдвиг. Но этот показатель может отличаться в разных типах грунтов. На него существенно влияет дисперсность. Самое высокое сопротивление сдвигу – у среднего и мелкого песков. Практически весь лед, который находится в порах такого грунта, замерзает и прочно скрепляет частицы между собой.

Прочность на сдвиг у крупнообломочных грунтов, крупного и гравелистого песка при замерзании увеличивается. Но лед не может связать крупные частицы так прочно, как мелкие. При горизонтальных нагрузках контакты быстро разрушаются. Поэтому прочность таких мерзлых грунтов будет всегда меньше, чем у мелкозернистых.

На сопротивление сдвигу мерзлых грунтов влияет засоленность. Электролиты вызывают коагуляцию и изменение структуры грунта. В нем увеличивается количество пор, рыхлость, что ведет к падению прочности. Кроме того, соли снижают температуру замерзания, в грунте появляется большее количество свободной воды.

При таянии сцепляющее действие льда на грунт сглаживается, повышается его влажность. При повышении температуры прочность на сдвиг мерзлого грунта резко снижается. Она может быть гораздо меньше, чем у такой же не замерзшей разновидности.

Источник