Основные закономерности механики грунтов

Под действием передаваемых сооружением вертикальных или наклонных сил в массиве основания возникают нормальные и касательные напряжения, приводящие к деформации грунтов. Кроме того, напряжения возникают под действием собственного веса грунта. Деформации от этих напряжений развиваются, как правило, в процессе образования и диагенеза грунтов. Напряжения, возникающие от усилий, передаваемых сооружением, приводят к новой деформации грунтов. Наиболее часто рассматривают деформации уплотнения грунтов под действием нормальных напряжений, реже – деформации сдвигов грунтов под действием касательных напряжений.

Воздействие нормальных напряжений на сплошные тела рассматривают в механике деформируемых тел (сопротивление материалов, теория упругости). Поскольку грунты относятся к дисперсным телам, при их рассмотрении кроме закономерностей деформируемости сплошных тел учитывают изменение объема пор при сжатии – закон уплотнения (закон компрессии). Кроме того, в грунтах, как и в сплошных телах, при действии нормальных напряжений наблюдается боковое расширение, но по более сложной закономерности.

Деформируемость сплошных тел под действием касательных напряжений характеризуется модулем сдвига при упругих деформациях, границей текучести, характеризующей начало развития пластических деформаций, и коэффициентом вязкости, обусловливающим вязкое течение. В грунтах деформации сдвигов рассматривают сравнительно редко, обычно рассматривают их сопротивление сдвигу при предельном напряженном состоянии. Это сопротивление зависит от определяемых в соответствии с законом сопротивления грунтов сдвигу угла внутреннего трения и удельного сцепления грунтов.

Деформируемость грунтов во времени и их сопротивление сдвигу зависят от напряжений, передаваемых на скелет грунта и на воду, находящуюся в порах грунта. Поровая вода под действием возникающего в ней давления постепенно отжимается, передавая давление на скелет грунта, поэтому деформируемость грунтов и их сопротивление сдвигу зависят от фильтрационных способностей грунта. Кроме того, фильтрация воды в грунтах интересует строителей в отношении определения притока воды в котлованы и расчета водопонижающих установок. Все это обусловливает необходимость изучения закона фильтрации поровой воды.

Для так называемых структурно неустойчивых грунтов, структура которых нарушается при увлажнении, динамических воздействиях, напряженном состоянии или оттаивании, приходится рассматривать закономерности, определяющие характер их деформируемости (закономерности разрушения структуры).

Знание указанных трех законов и закономерностей разрушения структурно неустойчивых грунтов позволяет составлять прогнозы ожидаемой осадки и предусматривать возможность потери устойчивости массивов грунтов.