Способы оценки прочности слабых грунтов

Оценка прочности слабых оснований в общем виде может быть разделена на два характерных случая:

Производится нагружение основания и будет происходить консолидация с упрочнением грунтов. Стандартные задачи строительства насыпей, дамб и других сооружений с повышением давления на слабое основание.
Процесс консолидации не предполагается или им можно пренебречь. Сюда можно отнести задачи с откопкой котлованов (пренебрегая кратковременным повышением прочности из-за изменения порового давления от разгрузки), проектирование причальных конструкций на слабых грунтах, когда требуется оценить надёжность до консолидации и проектирование промысловых дорог в тех случаях, когда требуется обеспечить быстрый провоз грузов, не дожидаясь завершения консолидации и подобные задачи.

Что касается второго случая, то надёжной оценкой будет проведение анализа в полных напряжениях без учёта порового давления и с использованием недренированной прочности $c_u$ (см. Недренированная прочность). Такой подход по сути обеспечивает неизменное значение сопротивления сдвигу, с одной стороны, и отсутствие сил трения, с другой, что в целом позволяет получить надёжную оценку.

Рассмотрим первый случай подробнее. Процесс консолидации переводит грунтовое основание из нестабилизированного состояния в стабилизированное (см. Нестабилизированное и стабилизированное состояния). У каждого состояния своя теория прочности. Важно отметить, что нестабилизированное состояние может быть описано двумя способами:

В полных напряжениях

Упрощённо можно сказать, что нестабилизированное состояние описывается теорией нулевого трения $φ_u$ = 0, поэтому используется обобщённый параметр сопротивления сдвигу в виде $τ$ = $c_u$. При этом поровое давление не учитывается, расчёт ведётся в полных напряжениях.

В эффективных напряжениях

В этом случае используются параметры прочности в виде $c'$ и $φ'$, но обязательно с учётом избыточного порового давления. Тогда силы трения $(σ-U)·\tgφ'$ будут низкими при высоких значениях порового давления $U$, то есть разница между внешним давлением и поровым давлением будет стремиться к нулю $(σ-U)→0$.

Если первый способ предназначен только для оценки фактического состояния грунтового массива и не предполагает изменение его прочности в процессе уплотнения под весом сооружения, то второй способ более универсален. По мере снижения избыточного порового давления $U$ проявляются силы трения $(σ-U)·\tgφ'$, и сопротивление сдвигу растёт. Схематично это показано ниже.

Схематическое изображение изменения сопротивления сдвигу грунтового основания в зависимости от его состояния

Таким образом, для оценки только НЕстабилизированного состояния на практике могут быть использованы два подхода:

В полных напряжениях с использованием недренированной прочности $c_u$ или уже устаревший подход, основанный на низких значениях угла трения и сцепления, получаемых из испытаний по схеме быстрого среза $c_{нач}$, $φ_{нач}$
В эффективных напряжениях с использованием $c'$, $φ'$ и с обязательным определением избыточного порового давления

В таблице ниже приведены три варианта параметров прочности и способы их получения:

Прочностные параметры для нестабилизированного состояния

В новом ГОСТ 12248.1-2020 испытания в виде быстрого неконсолидированного среза исключены. Таким образом, получить в приборе одноплоскостного среза условные параметры $c_{нач}$ и $φ_{нач}$ уже нельзя. Вместо них следует использовать недренированную прочность $c_u$ по результатам трёхосных испытаний. Альтернативой является прибор многоплоскостного сдвига (DSS) или испытание на простой сдвиг по ГОСТ Р 71042-2023.

</aside>