Модель жесткого грунта

Модель жесткого грунта

Рассмотрим теперь модель очень жесткого грунта, полученную из предыдущей путем замены пружины стальным стержнем с поперечным сечением в 1 см. При тех же самых размерах прибора будем иметь при модуле упругости стали E=10 кг/см: реакция стержня будет: вместо 300 см в предыдущем примере, т. е. действительно в грунте с жестким скелетом число пластичности практически равно нулю. Такое различие в числах пластичности особенно рельефно обнаружится, если оба прибора с пружиной и стержнем привести в состояние капиллярного натяжения, а затем опустить в воду, которая уничтожит мениски и начнет втягиваться внутрь сосуда. В первом приборе с пружиной вода долго будет втягиваться, а вследствие этого и пружина будет долго находиться в напряженном состоянии, в то время как во втором приборе вода сразу потеряет капиллярное натяжение и разгрузит стержень.

Переходя к грунтам, мы можем судить по их состоянию в момент уничтожения менисков о их пластичности, например глины, имеющие весьма упругий скелет, покрытые водой, будут долго сохранять свою форму, в то время как плывуны, обладающие очень жестким скелетом, моментально теряют свою связность.

Проф. Н. М. Герсеванов следующим образом объясняет состояние образцов грунта при извлечении их из буровых скважин и шурфов:

Когда грунтовая масса находится на известной глубине и находится ниже уровня грунтовых вод, то скелет сжат весом всех вышележащих слоев и в нем развивается трение, препятствующее сдвигу одних частиц по отношению к другим. Но когда мы отрываем шурф или достаем образец из буровой скважины, то эти образцы еще до их извлечения освобождаются от этой нагрузки. Проследим, что при этом с ними происходит.

Если мы рассмотрим наши две модели упругого и жесткого грунтов, нагруженных определенным одинаковым внешним грузом, например в 3 кг, и в сосуд с водою, то как в первом, так и во втором внешняя нагрузка будет полностью передаваться: в первом—на пружину, во втором — на стержень. Вода, находящаяся в стаканах, будет иметь уровень напора, совпадающий с уровнем воды в том сосуде, в котором они поставлены, и не будет иметь капиллярного натяжения. В таком положении работа скелета в обеих моделях ничем пока не отличается одна от другой. Но если снять нагрузку с обоих приборов, то они в силу разницы в жесткости скелета попадают в совершенно различное положение, а именно в модели со стержнем последний сразу теряет свое напряженное состояние и может свободно болтаться в приборе, тогда как в модели с пружиной последняя остается сильно зажатой между поршнем и цилиндром, так как ослабление ее напряженности может последовать лишь после того, как в стакан втягивается через капилляр 300 см6 воды, на что требуется много времени. Представим себе теперь, что мы вынимаем оба прибора из воды; в таком случае в приборе, изображающем жесткий скелет, напряжение в стержне отсутствует, тогда как в приборе, изображающем упругий скелет, напряженная пружина вызовет образование соответствующего мениска в конце капилляра, который и окончательно закрепит пружину в напряженном состоянии.

Если при этом груз, который принимал поршень, был бы больше 3 кг, т. е. превышал ту нагрузку, которая соответствует максимальной подъемной силе мениска диаметром d=0,l мм, то при извлечении прибора из воды внутрь немедленно проникает воздух.