Приравняв правые части (5.59) и (5.60), получим

Учет структурной прочности грунта и сжимаемости газосодержащей поровой воды

Большинство глинистых грунтов обладает структурной прочностью, а вода в порах этих грунтов содержит газ в растворенном виде. Эти грунты можно рассматривать как двухфазное тело, состоящее из скелета и сжимающей воды в порах. Если внешнее давление меньше структурной прочности грунта P_стр., то процесс уплотнения грунта не возникает, а будут лишь небольшие упругие деформации. Чем больше структурная прочность грунта, тем меньше приложенной нагрузки будет передаваться на поровую воду. Этому способствует также сжимаемость поровой воды с газом.

В начальный момент времени на поровую воду с учетом прочности скелета грунта и сжимаемости воды будет передаваться часть внешнего давления P_wо – начального порового давления в водонасыщенном грунте при нагрузке Р. При этом коэффициент начального порового давления

. (5.57)

В данном случае начальное напряжение в скелете грунта:

Pz₀ = P – P_wо. (5.58)

Относительная мгновенная деформация скелета грунта

e₀ = m_v(P – P_wо). (5.59)

Относительная деформация грунта вследствие сжимаемости воды при полном заполнении пор водой

e_w = m_w P_wоn , (5.60)

где m_w – коэффициент объемной сжимаемости воды в порах; n – пористость грунта.

Если принять, что в начальном периоде при напряжениях P_z объем твердых частиц остается без изменения, то относительная деформация скелета грунта будет равна относительной деформации поровой воды:

e₀ = e_w = e. (5.61)

Приравняв правые части (5.59) и (5.60), получим

. (5.62)

Подставляя P_wо в уравнение (5.57), находим коэффициент начального порового давления

. (5.63)

Коэффициент объемной сжимаемости воды в порах можно найти по приближенной формуле

, (5.64)

где J_w – коэффициент водонасыщенности грунта; P_a – атмосферное давление 0,1 МПа.

Эпюра вертикальных давлений в слое грунта от нагрузки при сжимаемой поровой воде и структурной прочности грунта показана на рис.5.14.

С учетом вышеизложенного формулу (5.49) для определения осадки во времени слоя грунта при сплошной равномерно распределенной нагрузке с учетом структурной прочности и сжимаемости газосодержащей жидкости можно записать так:

. (5.65)

Рис.5.14. Эпюры вертикальных давлений в слое грунта при сплошной нагрузке с учетом структурной прочности

Значение N определяем по формуле (5.46). При этом коэффициент консолидации

.

Аналогичные изменения можно внести в формулы (5.52), (5.53) для определения осадок во времени с учетом структурной прочности и сжимаемости газосодержащей жидкости для случая 1 и 2.