Физико-механические свойства

Нагрузки (Р, н):
Поверхностные
Объемные
Напряжения (МПа=н/м2):
σ – нормальные (положительные и отрицательные)
τ – касательные

Компоненты касательных (τi, j ) и нормальных (σi ) напряжений (Грунтоведение, 2005)

Деформационные свойства – при нагрузках ниже критических, т.е. не приводящих к разрушению
Прочностные свойства – при нагрузках выше критических, т.е. при разрушении
Реологические свойства – при действии статических нагрузок во времени

Деформационные свойства

Виды деформаций

4. Изгиб
5. Кручение

Закон Гука
σ = E • ε
E – модуль Юнга, Па
σ – напряжение (нормальное)
εx = – μ εz
μ – коэффициент Пуассона
εx и εz – поперечная и продольная деформации

Зависимость напряжения и деформации образца при нагрузке (ОА) и разгрузке (АБ)(Грунтоведение, 2005)

Деформации:
Обратимая (упругая), εобр
Остаточная (пластическая), εост
Общая, εобщ
εобщ = εобр + εост

Е – модуль Юнга (модуль упругости)
Е0 – модуль общей деформации

Деформационные свойства
скальных грунтов
ε обр εост
E, μ

Упругие константы основных типов скальных грунтов (Грунтоведение, 2005)

Е скальных грунтов зависит от:
Минерального состава
Пористости
Трещиноватости
Заполнителя трещин
Водонасыщенности
Величины нагрузки, скорости приложения
Масштабного фактора
Температуры

Деформационные свойства дисперсных грунтов

Модули общей деформации некоторых дисперсных грунтов (Грунтоведение, 2005)

а >1 МПа-1 – сильносжимаемые
а = 1 – 0,1 МПа-1 - повышенносжимаемые
а = 0,1 – 0,05 МПа-1 - среднесжимаемые
а < 0,05 МПа-1 – слабосжимаемые

Сжимаемость крупнообломочных – песчаных зависит от:
Размера и формы частиц
Исходной плотности
Заполнителя (у крупнообломочных)
Влажность - не влияет практически

Сжимаемость пылеватых и глинистых зависит от:
Прочности структурных связей
Примеси органики
Пористости
Влажности
Состава обменных катионов
Состава и концентрации порового раствора
Температуры

Прочность грунтов
Механическая прочность –
Её параметры определяются при предельных нагрузках

3 вида внешних нагрузок:

Временное сопротивлению сжатию некоторых типов скальных грунтов (Грунтоведение, 2005)

Прочность на одноосное сжатие глинистых грунтов в зависимости от их консистенции (Грунтоведение, 2005)

Зависимость прочности на одноосное сжатие глин от коэффициента пористости: 1 – монтмориллонитовая глина, 2 – каолинитовая глина, 3 – гидрослюдистая глина, 4 – полиминеральная, преимущественно гидрослюдистая морская глина (Грунтоведение, 2005)

3. Плоскостной сдвиг (срез)
Прочность на сдвиг зависит не только от сдвигающей, но и от сжимающей нагрузки

Закон Кулона
τ = σ• tgφ + c
τ – касательное напряжение
σ – нормальное напряжение
φ - угол внутреннего трения грунта, градус
c – сцепление грунта, Па

Зависимость сопротивления сдвигу связного (а), несвязного (сыпучего) грунта и схема испытаний на сдвиг (в) (Грунтоведение, 2005)

Диаграммы сдвига одного и того же связного грунта, определенные в условиях быстрого (а), ускоренного (б) и медленного (в) сдвига (Грунтоведение, 2005)

Обычно определяют:
Rсж – для скальных грунтов
φ и c – для дисперсных грунтов