Основные закономерности механики грунтов
В последние годы развитие механики грунтов приобретает особое значение для оценки экологической безопасности человеческой деятельности и для разработки эффективных методов защиты окружающей среды от загрязнения. Значительные осадки целых городов (Венеция, Мехико и др.) произошли в результате водопонижения и действия фильтрационных сил, подтопления территорий различными водами и т.д.
Таким образом, будущему инженеру необходимо знать закономерности механики грунтов, чтобы иметь возможность прогнозировать условия, при которых конструкция может разрушиться полностью или ее деформации окажутся чрезмерными.
Кроме общих закономерностей, которым подчиняются деформации сплошных тел, грунты обладают рядом особенностей и закономерностей. Эти закономерности считаются основными закономерностями механики грунтов и приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1. Основные закономерности механики грунтов
| Свойства грунтов | Закономерности | Показатели | Где применяется закономерность |
| Сжимаемость | Закон уплотнения (компрессии) | Коэффициент сжимаемости (уплотнения) (т0) | Расчет осадок фундаментов |
| Прочность | Закон сопротивления грунта сдвигу (закон Кулона) | Коэффициент внутреннего трения (<р) и сцепления (с) | Расчет предельной прочности, устойчивости и давления на ограждения |
| Водопроницаемость | Закон ламинарной фильтрации (закон Дарси) | Коэффициент фильтрации (kf) | Прогноз скорости осадок водонасыщенных грунтовых оснований |
Передача внешней нагрузки на грунты оснований через фундаменты сооружений приводит к образованию нормальных напряжений, вызывающих деформации скелета грунта, а также уменьшение объема его пор. При небольших давлениях деформации скелета грунта незначительны, и уплотнение происходит в основном из-за уменьшения пористости. Основные закономерности такого деформирования рассматривает закон уплотнения (компрессии) — изменение коэффициента пористости прямо пропорционально изменению давления.
Прочность и устойчивость грунтов оснований оцениваются сопротивлением грунтов сдвигу, которое зависит от угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта. Эти характеристики определяются в соответствии с законом сопротивления грунтов сдвигу, который для сыпучих грунтов формулируется следующим образом: предельное сопротивление сыпучего грунта есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному давлению.
Деформируемость грунтов во времени и сопротивление сдвигу во многом зависят от распределения давления, воспринимаемого скелетом грунта и водой, находящейся в порах. Под действием внешней нагрузки вода, находящаяся в порах грунта, постепенно отжимается от грунта и передает часть своего давления на скелет. То есть процесс уплотнения зависит от скорости отжатия воды из пор грунта. Поэтому необходимо знать основные положения закона фильтрации и поровой воды — скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту напора.
