Коэффициент фильтрационной консолидации

Коэффициент консолидации $C_v$ представляет собой нефизическую величину, принятую в теории для удобства расчётной методики.

Не следует путать похожие обозначения:

$C_v$ — коэффициент фильтрационной консолидации

$C_u$ — недренированная прочность

$C_u$ — cтепень неоднородности гранулометрического состава

Обозначения схожи, но используются в разных разделах механики грунтов.

</aside>

Формула для определения может быть представлена в двух видах:

традиционно в механике грунтов через коэффициент относительной сжимаемости $m_v$:

$$ C_v=\frac{k_ф}{m_v⋅γ_w} $$
выражая сжимаемость через одометрический модуль $E_{oed}$:

$$ C_v=\frac{k_ф⋅E_{oed}}{γ_w} $$

Как видно по формулам, коэффициент консолидации является комплексной характеристикой грунта, описывающей его сжимаемость и фильтрационную способность, что и определяет результаты расчёта консолидации — сжимаемость грунтового основания во времени.

Для перехода от коэффициента консолидации к коэффициенту фильтрации и наоборот по приведённым формулам следует учитывать значение модуля деформации $E_{oed}$, который соответствует рассматриваемой ступени нагружения.

Это означает, что по компрессионной кривой следует выбрать модуль деформации, соответствующий напряжениям, принятым в консолидационном испытании.

</aside>

Как правило, в лаборатории проводятся:

компрессионные испытания — ступенчатое нагружение с отжатием воды до больших значений давления для получения компрессионной кривой
консолидационные испытания — выполняются в одну ступень путём приложения одной нагрузки и выдерживания её до завершения фильтрационной консолидации для получения параметра консолидации $C_v$

Стоит отметить, что, по сути, любое компрессионное испытание для получения сжимаемости грунта состоит из нескольких консолидационных. Это означает, что в ступенчатом нагружении компрессионного испытания на каждой ступени производится выдержка до достижения критерия условной стабилизации (по ГОСТ 12248.4), в процессе этой выдержки происходит консолидация.

Таким образом, каждой точке компрессионной кривой соответствует своя консолидационная кривая.

</aside>

Обычно на практике эти кривые не выдаются, поскольку в соответствии с простейшей моделью расчёта осадки по методу послойного суммирования требуется только наклон части компрессионной кривой в виде модуля деформации в расчётном диапазоне напряжений. Этот подход приемлем для решения конкретной задачи и вычисления осадки по формуле, но для практических целей он не годится, потому что необходимо выполнять большое количество определений модуля деформации по напряжениям в грунтовом основании, особенно для линейных объектов, высота которых переменная. Современная механика грунтов ориентирована на автоматизацию вычислений, в том числе путём численного моделирования, например, в программе SiO 2D. Это обстоятельство требует пересмотра принципов анализа и интерпретации результатов лабораторных испытаний.

На рисунке ниже весьма условно показаны наиболее характерные точки и графики:

Компрессионная кривая (слева) разложенная во времени (справа)

Слева компрессионная кривая в полулогарифмическом масштабе. Горизонтальная шкала двойная:

для переуплотнённого грунта, у которого $σ'_р$ > $σ'_v$ и точка перегиба кривой за бытовым давлением
для нормально уплотнённого грунта, отобранного с глубины с историческим давлением $σ'_p$ = $σ'_v$ с точкой перегиба в области бытовых напряжений (см. также Давление предуплотнения)

Справа приведён график изменения пористости во времени. По сути это и есть набор консолидационных кривых.

Таким образом, при другом подходе к цели проведения лабораторных испытаний можно из компрессионного испытания получать данные по консолидации. Это возможно в том случае, когда основная цель лаборатории не в том, чтобы пройти собственную экспертизу, а в том, чтобы обеспечить необходимыми данными следующий этап проектирования — геотехническое расчётное обоснование.

</aside>