В общем виде к слабым грунтам относятся грунты, при использовании которых в основании сооружений необходимо учитывать возможность нарушения устойчивости основания или значительную осадку. К сожалению, такая трактовка не содержит количественных критериев.
Согласно нормам по проектированию железных дорог, к слабым основаниям относят мокрые естественные основания, сложенные переувлажнёнными грунтами, насыпи на которых могут иметь осадки, значительные по величине и неравномерные во времени, а также терять устойчивость. Разделение на типы основания производится главным образом по влажности.
Строительство автомобильных дорог — одна из отраслей, где проблема слабых оснований встречается наиболее часто. Обратимся к основному документу [Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах // Э. К. Кузахметова [и др.]. ‒ М.: Информавтодор, 2004.]:
К слабым следует относить связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания при испытании прибором вращательного среза менее 0,075 МПа, удельное сопротивление статическому зондированию конусом с углом при вершине 30° менее 0,02 МПа или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации ниже 5 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить: торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых.
Как следует из первоисточника [Евгеньев, И. Е. Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах / И. Е. Евгеньев, В. Д. Казарновский. – М.: Транспорт,1976. – 271 с.], эти количественные критерии получены для насыпей высотой 12 м, как максимальной для типового проектирования. Выделены два типа критериев — по сжимаемости и по прочности.
Критерии «слабости» грунтов рассмотрены подробнее с позиции:
Повсеместно распространенно мнение, что к слабым грунтам относятся те, у которых модуль деформации менее 5 МПа.
<aside> 💡
Величина $E$ = 5 МПа получена для насыпи высотой 12 м, которая оказывает давление на основание не более 250 кПа: 12,5 м × 20 кН/м³.
</aside>
Для такой насыпи используется предложенный Н. Н. Масловым критерий высокой сжимаемости грунтов: сжатие от нагрузки 250 кПа превышает 5% от мощности сжимаемой толщи, что можно представить как модуль осадки $e$ = 50 мм/м (или $ε$ = 0,05), чему и соответствует по теории упругости величина модуля деформации $E$ = 5 МПа.
Иллюстрация того, откуда появился критерий слабого основания 5 МПа
Однако «слабость» основания определяется не его свойствами, а его деформируемостью при нагружении, которая нелинейно зависит от действующих напряжений.
Критерий $E$ < 5 МПа может рассматриваться как приблизительный, условный критерий предварительной оценки, хотя во многих случаях оценка относительно модуля деформации $E$ < 5 МПа может быть приемлемой.
Аналогично широко известному критерию $E$ < 5 МПа, критерий прочности $τ$ < 0,075 МПа соответствует касательным напряжениям под подошвой насыпи высотой 12,5 м (условно расчётная нагрузка).
Касательные напряжения в основании насыпи можно приближенно определить по кривым равных напряжений, например, по учебнику Э. М. Доброва [Добров, Э. М. Механика грунтов: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальностям направления подготовки «Транспортное строительство» / Э. М. Добров. ‒ М.: Академия, 2008. ‒ 265 с.]
График определения касательных напряжений $τ$ при треугольной нагрузке