2.2.2. Компрессионная зависимость

2.2.2.   Компрессионная зависимость

Возьмем образец грунта 6 (рис. 2.1), полностью насыщенного водой, и поместим его в кольцо 4 (высотой h) одометра. Кольцо поставим на фильтрующее днище 5 и установим поршень 2 с отверстиями. Одометр поместим в ванночку 3 с водой 1 для исключения капиллярного давления и предотвращения высыхания образца грунта. Когда грунт насыщен водой не полностью, одометр не заливают водой, а окружают влажным пористым материалом, чтобы вода не испарялась из образца. Если к поршню одометра приложить давление р, высота образца уменьшится вследствие уплотнения грунта (уменьшения его пористости). При увеличении давления образец получит дополнительное уплотнение из-за изменения объема пор.

Рис. 2.1. Схема испытания образца грунта на сжатие в одометре

Поскольку образец грунта в кольце не может иметь бокового расширения, изменение его пористости Δn_i под давлением p_i, распределенным по площади A, найдем из выражения
Δn_i = s_iA/hA = s_i/h,    (2.1)
где s_i— осадка от давления p_i
Объем твердых частиц в образце грунта до и после деформации остается практически неизменным, так как действующие напряжения не могут ощутимо изменить объем минеральных частиц. Согласно выражению (1.5), объем твердых частиц в единице объема образца грунта составляет:
m=1/(1 + е₀),    (1.5')
где е₀ — начальный коэффициент пористости грунта.
Делением формулы (2.1) на выражение (1.5') получим изменение коэффициента пористости образца грунта Δe_i под действием давления p_i
Δe_i=(1 + е₀)s_i/h.
Исключив значение Δe_i из начального коэффициента пористости e₀, найдем e_i — коэффициент пористости грунта при давлении p_i:
e_i=e₀ - (1 + e₀)s_i/h.    (2.1')
По значениям e_i для различных давлений построим кривую е—р (рис. 2.2, а). Для грунтов, не обладающих структурной прочностью, получим компрессионную кривую — ветвь сжатия l. Если теперь разгружать образец грунта, уменьшая давление ступенями, то будет наблюдаться обратный процесс — увеличение объема (набухание). При этом поршень одометра переместиться вверх. Зная величину перемещения и руководствуясь формулой (2.1'), можно построить ветвь набухания 2.
Кривую зависимости коэффициента пористости от давления называют компрессионной кривой, так как она характеризует сжимаемость грунта. Закономерность изменения коэффициента пористости е, установленная К. Терцаги, развита многими советскими учеными (Н. М. Герсевановым, Н. А. Цытовичем, Н. Н. Масловым, М. Н. Гольдштейном и др.).

Расположение ветви набухания намного ниже ветви сжатия свидетельствует о том, что грунт обладает значительной остаточной деформацией уплотнения. Ветвь набухания соответствует упругим деформациям грунта и деформациям упругого последействия. Процесс набухания протекает продолжительное время, так как вода медленно входит в поры грунта под всасывающим действием скелета, стремящегося занять первоначальный объем, и расклинивающим действием молекул воды, проникающих между частицами. После снятия всей нагрузки образец грунта не может занять первоначального объема вследствие происшедших при уплотнении грунта взаимных смещений частиц, их разрушения (особенно в точках контактов) и установления новых связей между частицами при более плотном состоянии грунта (в результате сближения частиц при уплотнении).