Модуль деформации грунтов

В механике грунтов пользуются показателем, характеризующим зависимость между давлением и полной деформацией (упругой и остаточной), - модулем общей деформации Е₀, в отличие от модуля нормальной упругости Е_упр, выражающего зависимость между давлением и упругой деформацией. Модуль нормальной упругости

, (3.3)

где S_упр – упругая деформация; h – мощность деформируемого слоя.

Модуль общей деформации

,

где S – полная деформация.

Модуль общей деформации по сравнению с модулем нормальной упругости имеет следующие отличия:

1. В связи с нелинейностью деформаций данное значение модуля общей деформации оказывается справедливым лишь при малых интервалах изменения нагрузки.

2. Модуль общей деформации характеризует зависимость между давлением и деформациями только по ветви загружения; для ветви разгрузки он неприменим.

3. Модуль деформации – величина переменная, изменяющаяся в зависимости от времени действия нагрузки, степени уплотнения грунта, площади и формы штампа, глубины расположения штампа относительно поверхности грунта.

Последняя из указанных особенностей свойственна не только модулю общей деформации, но и модулю упругости грунтов, характеризующему восстановление упругой деформации грунта при снятии внешней нагрузки.

Очевидно, величина модуля упругости грунтов, характеризующая зависимость между давлением и только упругой составляющей деформаций, всегда будет больше, чем модуль общей деформации того же грунта.

Модуль общей деформации, следовательно, представляет собой обобщенную характеристику грунта, отражающую как упругие, так и пластические деформации. В противоположность модулю нормальной упругости линейно-деформируемых тел величина модуля общей деформации меняется в процессе воздействия нагрузки на грунт:

, (3.4)

где E_оt – модуль общей деформации грунта в период действия нагрузки t; S_t – деформация, успевающая развиться за тот же период времени t.

Из рассмотренных особенностей деформаций грунтов становится очевидной условность применения к грунтам теории упругости. Однако, несмотря на то, что свойство упругих тел восстанавливать свою форму при удалении внешнего воздействия не присуще грунтам, решения теории упругости применяются для определения напряжений в грунтовом массиве и при оценке его устойчивости.

Поскольку удельное давление на грунт от сооружений сравнительно невелико, то средней плотности грунты в основании сооружений с достаточной степенью точности подчиняются законам линейно-деформируемых тел. При возведении сооружений нас всегда интересует величина осадки, а не ее восстановление после снятия нагрузки, поэтому частичная необратимость деформаций грунта также не может служить препятствием к применению теории упругости для расчета оснований в небольших интервалах нагрузок.

Обязательными условиями при пользовании теорией упругости для расчета грунтов следует считать:

1. Использование модуля общей деформации как коэффициента пропорциональности между нагрузкой и деформацией при возрастании нагрузки в узком интервале вместо модуля нормальной упругости.

2. Рассмотрение напряженного состояния грунта после окончания развития деформаций от внешней нагрузки.

Следовательно, пользуясь теорией упругости, мы будем рассматривать грунты как линейно-деформируемые тела, процесс сжатия которых от действия внешней нагрузки уже закончился.

В настоящее время в механике грунтов используются различные модели грунтовой среды для оценки НДС активной зоны и определения давления по подошве фундаментов.