Принцип линейной деформируемости и деформативные характеристики грунтов

Осадка фундамента в предыдущем описании есть интегральный эффект напряжений и деформаций, действующих в каждой точке основания от передаваемой фундаментом нагрузки. Иначе говоря, осадка определяется напряженно-деформированным состоянием грунта (НДС), описание которого – важная задача механики грунтов. Для ее решения используются общие уравнения механики сплошной среды (МСС): уравнения равновесия, геометрические соотношения, связывающие деформации с перемещениями, условия совместности деформаций. К ним добавляются экспериментально устанавливаемые зависимости деформаций от напряжений.

Поскольку грунт в основании или в массиве находится в пространственном НДС, для его моделирования применяются приборы трехосного сжатия – стабилометры. По конструкции стабилометры разнообразны, но в общем они позволяют управлять одной группой параметров НДС (например, создавать заданные напряжения и управлять ими) и определять как «отклик» грунта другую (например, замерять деформации ).

Наиболее распространен гидравлический стабилометр. При испытании цилиндрический образец грунта первоначально подвергается всестороннему (гидростатическому) сжатию напряжениями . Затем боковые (радиальные) напряжения остаются постоянными , а образец сжимается увеличивающимся вертикальным напряжением с фиксацией вертикальных и горизонтальных деформаций и .

При некотором значении грунт разрушается.

Зависимость и разрушающее напряжение зависят от зафиксированного значения , но во всех случаях график зависимости имеет тот же вид, что и показанный на рис. 2.1. Таким образом, для образца грунта справедлива та же самая стадийность деформирования.

В стадии уплотнения и даже в начале стадии сдвигов зависимость деформаций от напряжений близка к линейной. Это позволяет в указанном интервале связь деформаций и напряжений принять в виде закона Гука:

;

; (2.1)

.

Параметры зависимостей (2.1) в механике грунтов называются: Е – модуль деформации; – коэффициент поперечной деформации, или коэффициент Пуассона. Это деформативные характеристики грунта. Их смысл выявляется из простого испытания на одноосное сжатие, когда и образец грунта сжимается вертикальным напряжением на простейшем прессе. Конечно, так можно испытывать только достаточно прочные связные грунты. При этом из (2.1) получаем:

и .

Отсюда ясно, что Е характеризует жесткость грунта и измеряется в единицах напряжения (Па, КПа и т.д.), а – меру деформирования в направлении, перпендикулярном действующему напряжению.

Интервал возможных значений для грунтов составляет обычно 0,1…0,5. Значения модуля деформации могут отличаться на порядок и больше: они оказывают определяющее влияние на рассчитываемую осадку сооружений. Поэтому их определение имеет большее значение, а значения ν на практике часто принимают по справочным данным в зависимости от вида и состояния грунта.

Положение о применимости зависимостей (2.1) в механике грунтов характеризуется как «Принцип линейной деформируемости грунтов». Он позволил использовать для расчета НДС оснований и массивов грунтов решения, полученные в теории упругости. При этом напряжения в грунте должны быть достаточно далеки от разрушающих, т.е. грунт должен работать в стадии уплотнения – начале стадии сдвигов.