ГРУНТОВОЙ МАССЫ

При сжатии грунтовой массы рассматривают две системы давлений:

1 – давление в скелете грунта P_z называют эффективными;

2 – давление в поровой воде P_w называют нейтральными, так как они не уплотняют и не упрочняют грунт, а только создают напор в воде вызывающий ее фильтрацию.

Полное давление в грунте

 

P = P_z + P_w. (34)

 

При постоянном внешнем давлении изменение одного из слагаемых ведет к изменению другого.

Рассмотрим пример: сосуд с несжимаемой водой, дырчатым поршнем и пружиной имитирует некоторый объем грунта (рис. 9). Пружина с определенной жесткостью соответствует сжимаемому скелету грунта, отверстия в поршне — диаметру пор в грунте, а вода — поровой жидкости. В момент приложения нагрузки Р (t = 0) поровая вода еще не успевает отжаться через отверстия, скелет грунта еще не деформируется, поэтому вся нагрузка воспринимается только водой. В результате в начальный момент в воде возникает избыточное (поровое) давление и_w, равное приложенной к поршню нагрузке (u_{w 0} = P). Напряжение в скелете грунта (эффективное напряжение) σ в этот момент равно нулю (σ ₀ = 0).

 

 

Рис. 9.Механическая модель процесса консолидации

водонасыщенного грунта при одноосном сжатии

 

Избыточное давление в воде приводит к ее отжатию через поры грунта (отверстия в поршне) в области с меньшим давлением. Поршень опускается, все сильнее сжимая скелет грунта (пружину) и создавая в нем увеличивающееся эффективное напряжение. Поскольку в любой момент времени должно выполняться условие равновесия системы P = σ _t + u_wt с увеличением эффективного напряжения поровое давление уменьшается.

Когда пружина сожмется до такой степени, что полностью воспримет внешнюю нагрузку (σ _k = P), поровое давление упадет до нуля (u_wk = 0) и дальнейшее отжатие воды прекратится. Это означает, что к моменту времени t _к консолидация грунта завершилась, его уплотнение прекратилось и наступило стабилизированное состояние.

 

Таким образом, в соответствии с рассмотренной моделью в процессе консолидации грунта эффективное напряжение постепенно возрастает от 0 до P, а поровое давление соответственно уменьшается от P до 0. Тогда, можно записать, что полное напряжение в грунте равно сумме эффективного напряжения в скелете грунта и порового давления в воде:

σ = σ _t + u_wt. (35)

 

Поскольку полное напряжение зависит от внешней нагрузки и остается постоянным то эффективное напряжение в любой точке грунта равно разности между полным и нейтральным напряжением.