ГлавнаяКак известно из физики, сдвигу частиц сыпучего тела противодействуют силы трения и силы сцепления, направленные по касательной к поверхности сдвига.
Известно также, что величина силы трения зависит от величины нагрузки N нормальной к поверхности сдвига. Сила трения равна Nf, где f — коэффициент трения.
Коэффициент трения зависит от характера соприкасающихся поверхностей и равен тангенсу угла трения ф, т. е.
Если сдвиг происходит внутри массива грунта, то угол <р называется соответственно углом внутреннего трения.
Завися от нагрузки N, величина силы трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей F, т. е. от площади сдвига. Сила сцепления, наоборот, зависит от площади F и равна cF, где с — удельное сцепление, т. е. сила сцепления на единице площади, кг/см2. Величина с зависит от строения тела, в котором происходит сдвиг и не зависит от нагрузки N.
Таким образом, полное сопротивление T грунта сдвигу выражается суммой:
Отнеся силу сопротивления сдвига к единице площади, по которой происходит сдвиг, получим удельное сопротивление сдвигу.
Для этого предыдущее выражение T нужно разделить на F, т. е.
где р — давление, нормальное к поверхности сдвига, кг/см2;
с — удельное сцепление, кг/см2.
Характеристики сдвига ф и с определяются в лабораторных условиях для образцов грунта в ненарушенном состоянии и при естественной влажности.
Изучение явления сдвига производится в различных приборах, схема которых показана на рис. 20.
Вертикальная нагрузка N выдерживается до прекращения деформации образца. Когда деформация прекратится, к нижней части прибора прилагается постепенно возрастающая горизонтальная сила T. При определенном значении этой силы начнется перемещение нижней подвижной части прибора относительно неподвижной верхней. Это и есть начало сдвига в грунте. Сдвигающая сила Т, отнесенная к единице горизонтальной площади среза, в образце дает касательное (сдвигающее) напряжение т, кг/см2, а сила N, отнесенная к той же площади, дает вертикальное сжимающее напряжение в образце, т. е. давление р, кг/см2.
Далее опыт повторяется. Для давлений р2, р3, р4 и т. д. определяются соответствующие касательные напряжения т2, т3, т4 и т. д.
Результаты исследования сопротивления грунта сдвигу оформляются в виде графиков (рис. 21), на которых по оси абсцисс отложены давления р, кг/см2, обусловленные вертикальной нагрузкой N, и по ординатам — величины соответствующих напряжений т, кг/см2.
Полученные для песчаного грунта точки лежат близко от прямой (см. рис. 21), которая проходит недалеко от начала координат, так как сцепление песчаного грунта близко к нулю. Угол наклона этой прямой к горизонту и дает значение угла внутреннего трения песчаного грунта.
Угол внутреннего трения песчаных грунтов увеличивается с увеличением их плотности и крупности зерен. Пески, однородные по гранулометрическому составу, а также с окатанными зернами, имеют меньшие углы внутреннего трения и, следовательно, хуже сопротивляются сдвигу, чем пески разнородного состава и с угловатыми зернами.
Некоторое сцепление (зацепление) между частицами песка возникает вследствие того, что частицы как бы цепляются друг за друга своими неровностями и взаимно заклиниваются. Влияние зацепления тем сильнее, чем больше плотность песка. Величина с для песчаных грунтов называется параметром линейности.
Нормативные значения углов внутреннего трения и параметров линейности песчаных грунтов приведены в табл. 8.
В глинистом грунте усредненная прямая BC проходит значительно выше начала координат.
Каждую ординату этой прямой можно рассматривать как состоящую из постоянной части OВ, равной с, и переменной части выше OB (например, В'С), равной р tg ф, где ф — угол наклона прямой BC к горизонтали.
Из графика видно, что величину с можно рассматривать как произведение некоторого начального нормального давления р0 (давление связности) на тангенс угла внутреннего трения, т. е. с = р0 tg ф. Сцепление глинистых грунтов обусловливается силами молекулярного притяжения и цементационными связями, кроме того, могут действовать силы поверхностного натяжения воды, частично заполняющей поры грунта. Нормативные и расчетные значения углов внутреннего трения и удельного сцепления глинистых грунтов даны в табл. 9.