Деформируемость грунтов

2.2.1. Виды деформаций в грунтах

Так как грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой, то при действии внешней нагрузки в грунте происходят такие деформации:

- взаимное смещение частиц и агрегатов частиц с более плотной их переупаковкой;

- разрушение частиц и их агрегатов;

- отжатие воды и воздуха из пор грунта;

- деформация пленок воды в точках контакта грунтовых частиц;

- сжатие воздуха в закрытых порах грунта;

- упругие деформации минеральных частиц.

После снятия нагрузки некоторые деформации восстанавливаются. Их называют упругими деформациями. Это деформации частиц грунта, пленок связанной воды, упругое сжатие защемленных пузырьков воздуха и поровой воды. Такие деформации грунта, как правило, во много раз меньше, чем деформации за счет сдвигов частиц грунта, отжатия воды и воздуха из пор, которые называются остаточными, т.е. не восстанавливающимися после снятия нагрузки. В итоге остаточные деформации приводят к уплотнению грунта.

2.2.2. Фазы напряженного состояния грунта

Если на поверхность грунта установлен штамп, передающий на грунт возрастающее давление p , то под действием этого давления будет происходить осадка грунта S, величина которой возрастает с увеличением p (рис. 2.1).

При изменении давления от 0 до некоторой величины p₁ (участок 0а) осадка штампа практически линейна. Напряжения, возникающие в грунте при такой нагрузке, не превышают структурную прочность и в грунте развиваются преимущественно упругие деформации. Эту фазу напряженного состояния грунтов называют фазой упругих деформаций.Осадки этой фазы невелики.

По мере увеличения нагрузки грунт будет больше уплотняться, и напряжения в грунте будут превышать предел упругого сопротивления структурных связей. В грунтовом массиве будут происходить сдвиги, и развиваться пластические деформации. Грунт теперь деформируется как упругопластическое тело. По мере роста нагрузки до p₂ продолжается процесс перехода упругопластического состояния в пластическое. Участок ab на графике становится криволинейным. Это фаза развития интенсивных деформаций сдвигов и уплотнения грунта. Внешняя нагрузка полностью уравновешена внутренним сопротивлением грунта.

Наконец, при достижении нагрузки, превышающей p₂, образуется поверхность скольжения. На кривой осадок линия bc соответствует фазе разрушения и выпора грунта, т.е. разрушение грунта происходит под действием сдвиговых напряжений. Поэтому главной формой разрушения в механике грунтов считается сдвиг. Таким образом, для грунтов, обладающих структурной прочностью, можно приближенно выделить три фазы напряженного состояния, в условиях которых последовательно преобладают деформации: 1) упругие; 2) сдвигов; 3) выпирания.

Переход от одной фазы деформаций к другой не бывает резко выраженным. Поэтому разграничения между ними производятся условно.

Характер протекания осадки зависит от величины давления (рис. 2.2). При малых нагрузках, соответствующих фазе упругого деформирования, осадки имеют затухающий характер. Скорость осадки постепенно уменьшается и через некоторое время она прекращается.

При давлениях фазы сдвигов процесс деформирования грунта, развивающийся во времени, приобретает характер ползучести и протекает с постоянной скоростью. При давлениях фазы выпора грунта сначала происходит его уплотнение, а после формирования поверхности скольжения возникает состояние неограниченного пластического деформирования, т.е. течения грунта.