Сопротивление грунтов сдвигу. Сопротивляемость горных пород и грунтов сдвигу. Показатели и методы их определения, страница 2

У песков зацепление изменяется в пределах:  от 0 (предельно рыхлое состояние n_макс)  до 0,3—0,5 кг/см²  (плотные пески).

У неоднородных сыпучих грунтов с включением крупных фракций (песчано-гравелисто-галечниковые грунты): зацепление обычно достигает 1 и даже 2 кг/см².                                                                     

Угол внутреннего трения φ_n повышается с увеличением содержания в грунте крупных включений, уменьшением окатанности слагающих породу зерен и увеличением его плотности. Для оценки возможного влияния на величину угла φ_n у песков и гравия указанных выше факторов Ханзен и Ландборн вывели эмпирическую формулу:

φ_n = 30^о + φ₁ + φ₂ + φ₃ + φ₄.

φ₁ , φ₂ , φ₃ , φ₄ – поправочные величины при переходе от очень плотной укладки песка к рыхлой (φ_n может уменьшиться на 7^о – 12^о) и наоборот.

Значения поправочных величин даны в табл. 1.

Таблица 1

Значение поправочных величин φ₁ - φ₄ (град)

В зависимости от указанных выше факторов угол внутреннего трения сыпучих грунтов варьируется в широких пределах — от 24 до 40° и выше .

Сопротивляемость сдвигу сыпучих грунтов повышается с увеличением их плотности. Однако такое положение справедливо лишь при отсутствии возможности разуплотнения грунтов при деформации, вызванной воздействием сдвигающего напряжения. Такая деформация может сопровождаться выходом  зерен из своих гнезд,  где   они находились   при    плотном   состоянии грунта, и подъемом поверхности его толщи.

Указанное положение иллюстрируется рис. 1.

Здесь τ_наиб – наибольшая сопротивляемость сдвигу, которую может развить плотный сыпучий грунт при малой деформации сдвига (смещение образца). При дальнейшем его смещении сопротивляемость грунта сдвигу в связи с прогрессирующим его разуплотнением снижается и достигает, наконец, своей предельной величины τ_пред, отвечающей примерно сопротивляемости грунта сдвигу в предельно рыхлом состоянии при значительной деформации.

Следует отметить, что сопротивляемость сдвигу сыпучих грунтов в таком состоянии постепенно возрастает в связи с ростом деформации сдвига за счет увеличивающейся в этом случае их плотности.

Примесь в сыпучих грунтах глинистого материала снижает угол внутреннего трения, но одновременно повышается сопротивляемость сдвигу за счет связности Σ _w, т.е. влияет  степень увлажнения породы. Влажность может играть существенную роль и при отсутствии в породе глинистых частиц.

До некоторого значения влажности (порядка 34%) угол внутреннего трения даже тонкозернистых пылеватых песков при увлажнении практически не изменяется и равен примерно 30°. Далее, по мере перенасыщения породы водой угол внутреннего трения резко уменьшается (до 14° и ниже).

Структурные связи имеют в известной мере упругий характер, определяющий степень деформируемости. Однако при разрушении структуры породы или грунта жесткие структурные связи, определяющие величину структурного сцепления с_с, безвозвратно нарушаются. Это позволяет характеризовать связи структурного сцепления как необратимые.  Это свойство структурного сцепления грунта является главным и определяющим. Структурное сцепление грунта может нарушиться в следующих случаях:

1) в относительно слабых породах при чрезмерной нагрузке (раздавливание структурного скелета),

2) при необратимом сдвиге,

3) чрезмерном увлажнении пород с относительно слабым структурным сцеплением и т. п.

В последнем случае в связи с расклинивающим воздействием утолщающихся водных пленок, обволакивающих частицы грунта, часто происходит пучение (набухание) глинистых пород. Эти явления приводят в свою очередь к разрыву имеющихся в породе жестких структурных связей и, как следствие, к часто происходящей в коренных глинистых породах потере прочности их во времени.

Связность

Рассматриваем природу связности глинистых грунтов. Связность Σ _w, присущая несцементированным глинистым породам в любой консистенции и в основном определяющая их прочность, имеет иной характер, чем структурное сцепление с. В зависимости от степени увлажнения глинистые породы могут многократно переходить из твердого состояния в полуразжиженное и наоборот, что можно наблюдать, например, во время весенней и осенней распутицы на глинистых участках грунтовых дорог.