Основы механики грунтов

Основные положения механики грунтов впервые были развиты в капитальных работах проф. Терцаги, который рядом удачно поставленных опытов выявил наиболее характерные свойства глин и положил основу науки о механике грунтов. Свои экспериментальные и теоретические исследования проф. Терцаги изложил в книге „Erdbaumechanik", изданной на немецком языке в 1925 г. и переведенной в 1933 г. на русский язык Госстройиздатом под заглавием. „Строительная механика грунтов".

Опираясь на экспериментальные работы проф. Терцаги, наш советский ученый проф. Н. М. Герсеванов в своей работе „Динамика грунтовой массы" дал глубокий математический анализ тех явлений, которые происходят в грунте, пропитанном водой, под влиянием нагрузок от возводимых на нем сооружений, и этим оформил систему научных положений, определяющих содержание „Основ механики грунтов".

Понятие о коэффициенте порозности грунта.

Всякий грунт представляет собой сложное тело, состоящее из грунтового скелета, твердых частиц грунта и пустот между ними. Пустоты грунта обычно заполнены водой целиком или частично. Любой выделенный объем грунта состоит из некоторого объема твердых частиц скелета грунта и некоторого объема пустот между ними. Количественное соотношение между объемом пустот и объемом скелета грунта выражается коэффициентом порозности, который представляет отношение объема пустот к объему, занятому частицами грунтового скелета: объем пустот объем скелета

Наиболее яркое значение коэффициента мы получим для случая, когда в выделенном объеме грунта в виде прямоугольного параллелепипеда объем скелета в течение процесса деформации грунта остается неизменяемым, а увеличение или уменьшение объема параллелепипеда происходит исключительно за счет увеличения или уменьшения объема пустот. Такой случай соответствует деформации, происходящей только в одном направлении, например в направлении, параллельном вертикальной грани параллелепипеда. Обозначая через dx, dy, dz ребра параллелепипеда, мы можем написать два уравнения: есть величина отвлеченная и может быть целым или дробным числом. Если численно равно единице, то это значит, что 50о/0 объема грунта занято скелетом, а 50% — пустотами. В песках величина г не бывает больше единицы, а в глинах она достигает до 16. Чем меньше величина коэффициента порозности, тем грунт плотнее.

Из формул и видно, что коэффициент порозности е показывает объем пустот, приходящийся на единицу объема скелета.

Если объем скелета грунта равен единице, то объем пустот В и коэффициент порозности е выражаются одним и тем же числом, т. е. коэффициент порозности действительно определяет объем пустот, приходящийся на единицу. Изменение коэффициента порозности на величину Лз влечет за собой увеличение или уменьшение высоты выделенного параллелепипеда, если принять неизменяемость объема скелета и невозможность для него раздвигаться в стороны. Таким образом она является величиной, характеризующей изменение—деформацию объема грунта. A есть не что иное как изменение объема грунта, приходящееся на единицу скелета грунта. В частном случае, изображенном на 36, А, е является мерой уменьшения высоты параллелепипеда, в котором объем скелета равен единице:

Выведенная в примере 2 формула показывает, что во всех тех случаях, когда для грунта, залегающего под фундаментом, исключена возможность выпирания, сопровождающегося значительными боковыми перемещениями частичек грунта, осадка происходит в главной своей части за счет уменьшения коэффициента порозности на величину As, причем это изменение распространяется на зону толщиною h.

Величина осадки прямо пропорциональна толщине зоны h и изменению коэффициента порозности A. От способности грунта менять свой коэффициент порозности зависит размер осадки сооружения.

Формула является наиболее общей формулой осадки фундамента.