Механика грунтов представляет собой тот раздел строительной механики, который исследует вопросы деформаций и прочности дисперсных тел. Таким образом, механика грунтов есть механика дисперсных тел в отличие от механики сплошных тел. которыми занимается теория упругости и пластичности. По сравнению с последними механика грунтов представляет значительную сложность и отличается от них следующими характерными особенностями.
Представляется интересным найти в связных грунтах соотношение между уплотняющим грунт давлением р и возникающей под влиянием этого давления связностью грунта pi. Соотношение это удалось установить для давлений, осуществляющих уплотнение грунта, начиная от его консистенции на пределе текучести, по главной ветви деформации AGKF.
Чаще всего при грунтовом водоотливе, производимом в крупнозернистых песках, попадаются прослойки мелкого песка, суглинка и прочих грунтов, которые совершенно опрокидывают расчеты производителей работ, произведенные по обычным общепринятым методам. В этих случаях требуются иные подходы к решению вопроса, основные принципы которых мы попробуем осветить. Предположим, что у нас грунт состоит из двух слоев. Естественный уровень грунтовых вод совпадает с поверхностью верхнего слоя. Понижение уровня грунтовых вод производится до подошвы слоя.
Способ устройства глубоких колодцев применяется также при устройстве буровых скважин без обсадных труб, практикуемый в нефтяном деле. Принцип его заключается в следующем: на поверхности земли устанавливается буровая машина, рассверливающая в грунте колодец большого диаметра. При проходке буровой машины ниже уровня грунтовых вод вода из колодца не удаляется: наоборот, колодец наполняется смесью воды с глиной, подаваемой по шлангам, по возможности до уровня земли, и буровая машина продолжает свою работу среди глинистого раствора. Содержание по объему твердых частиц в воде, которое может быть достигнуто в смеси, подаваемой по трубам насосами, зависит от рода грунта.
Значение дренирующего слоя в основаниях
Подробнее «Небезопасность быстрой загрузки глинистых оснований»
Ускорение консолидации вертикальным дренажем и расчет его при помощи двух- и трехмерной теории консолидации
Вопрос об осадках фундаментов является наиболее трудным для разрешения. В настоящее время он находится в самой начальной стадии своего развития и опирается на явление консолидации (уплотнения) грунта под нагрузкой, подобно тому, что мы наблюдаем в одометре при построении компрессионной кривой.Если мы в слое грунта выделим прямоугольный участок, на котором первоначальная нагрузка увеличилась и достигла величины последующей, то в первый момент эта дополнительная нагрузка согласно вышеизложенному воздействует на нейтральное давление. Эффективное давление (в скелете) не изменится и начнется процесс выдавливания воды из рассматриваемого слоя в направлении наименьшего сопротивления ее движению. По мере хода этого процесса эффективное давление возрастает, влажность грунта уменьшается и слой уплотняется, что и является причиной осадки сооружения.
Тиксотропия играет большую роль в строительном деле. Так, например, при забивке сваи в тиксотропный грунт последний разжижается вокруг сваи, и, по мере забивки сваи и ее углубления она все легче и легче идет вниз под ударами бабы. Но стоит прекратить на некоторое время процесс забивки и дать свае, как говорят, отдохнуть, как сопротивление сваи при возобновленной забивке заметно возрастает, иногда в 3—10 раз. Сваю, как говорят строители, засасывает грунт.При извлечении грунтоносом образца тиксотропного грунта для лабораторного исследования в него вдавливается металлический цилиндр, к стенкам которого образец должен прилипнуть. Но при вдавливании грунтоноса структура грунта нарушается п, обратившись в полужидкое состояние, образец грунта выливается из нижнего отверстия цилиндра грунтоноса по извлечении его из буровой скважины. Во избежание этого необходимо после вдавливания грунтоноса переждать некоторое время, после чего пластичная консистенция грунта восстанавливается, и образец может быть безболезненно извлечен вместе с грунтоносом.
Ранее мы рассматривали уменьшение объема (уменьшение е) грунтовой массы под влиянием внешней искусственной нагрузки. Но нам известно, что такое же меньшее объема вызывается высыханием грунта на воздухе; это так называемая усадка. Последняя, равно как и все вообще явления, сопровождающие усадку, объясняется испарением грунтовой воды и уменьшением влажности е, которое сопровождается сжатием грунтового скелета капиллярным давлением, приложен по всей высыхающей поверхности грунта, Таким образом, явление сжатия идет совершенно с той же последовательностью, с той лишь разницей, что внешнее давление заменено здесь капиллярным давлением.Возвращаясь для более глубокого рассмотрения усадки к явлениям капиллярности. Предположим, что мы из сосуда, наполненного водой, вынимаем капиллярную трубку в горизонтальном положении. В таком случае вода, находящаяся внутри трубки, в силу ее капиллярности не выльется, а будет с обеих сторон ограничена двумя менисками одинаковой кривизны. Эти два мениска будут растягивать воду силами, опираясь на концы трубки, на которые эти мениски будут оказывать давление, показанное на рисунке буквами е. Таким образом, вода окажется растянутой, а трубка окажется сжатой некоторыми равными между собой силами, величина которых зависит от радиуса кривизны поверхности мениска и определяется уравнением.
Вышеизложенные соображение о способности воды выдерживать растягивающие напряжения повергло некоторых инженеров в большое недоумение после опубликования работ, которые пользуются широко этой концепцией дли объяснения явлений. происходящих в грунтах. Недоумение это основано на том, что обычно в курсах гидравлики вода определяется как вещество, способное выдерживать лишь сжимающие усилия и неспособное воспринимать ни касательных, ни растягивающих напряжений. Однако такое определение дается в этих курсах только потому, что круг вопросов, которыми оперирует гидравлика, не требует рассмотрения растягивающих напряжений воды; при этом надо помнить, что наше понятие о давлении воды весьма относительно.