<aside> <img src="/icons/light-bulb_purple.svg" alt="/icons/light-bulb_purple.svg" width="40px" /> В заметке рассматривается проблема получения параметров прочности в эффективных напряжениях. Сложные модели грунтов, в том числе модель компрессионного сжатия в SiO 2D, используют параметры прочности в эффективных напряжениях.

</aside>

При выполнении расчётов с использованием модели компрессионного сжатия (SoftSoil) возникает потребность в определении эффективного (дренированного) угла внутреннего трения $φ'$. Получить его можно по результатам трёхосных консолидированно-дренированных (КД) или консолидированно-недренированных (КН) испытаний или из статического зондирования с измерением порового давления (CPTu). Но для слабых грунтов, у которых показатель текучести $I_L$ > 0.5, на практике затруднительно получить эффективный угол трения. Это связано с необходимостью приведения результатов испытаний в соответствии с таблицей СП 22.13330, что «требует» экспертиза. Однако в таблице СП приведены не эффективные параметры, а прочностные характеристики, которые зависят от влажности через $I_L$ и плотности через $e$, и они не являются эффективными параметрами.

<aside> <img src="/icons/arrow-right_purple.svg" alt="/icons/arrow-right_purple.svg" width="40px" />

См. также: Способы оценки прочности слабых грунтов.

</aside>

Попробуем представить слабый грунт, который поместили в прибор трёхосного сжатия и выполнили консолидированно-дренированное (КД) испытание. Это означает, что каждое небольшое увеличение давления на образец вызывало бы ответную реакцию — избыточное поровое давление, которое необходимо было исключить, то есть выждать достаточное для его рассеивания время. Опыт достаточно длительный и требует тщательного контроля отсутствия порового давления. Тогда после его завершения выжатый таким медленным обжатием образец превратится в «камень», то есть условно в твёрдый материал. Полученное при обработке результатов значение угла внутреннего трения $φ'$, дренированного в эффективных напряжениях, соответствует трению в сухом и твёрдом образце! Естественно, коэффициент трения $f$ = $\tgφ'$ достаточно высокий. Это наглядно видно на рисунке ниже, где поверхность разрушения образца (справа) проходит под углом, близким к $φ'$.

<aside> <img src="/icons/light-bulb_purple.svg" alt="/icons/light-bulb_purple.svg" width="40px" /> Отметим, что такое сопоставление наклона главной площадки и угла трения достаточно условное и приводится исключительно для иллюстрации факта, который сложно принять без подготовки (речь о высоком угле трения у слабых грунтов). Однако строгий теоретический подход покажет, что угол наклона площадки среза может быть гораздо выше эффективного угла трения.

</aside>

Параметры прочности глинистого грунта в зависимости от его состояния (две разные теории)

Общепринятое представление об угле трения в слабом грунте относится к его фактическому состоянию (слабый грунт), а эффективный угол трения характеризует стабилизированное состояние (уплотнённый консолидацией грунт).

Принципиальная разница двух вариантов интерпретации результатов испытаний прочностных характеристик показана на рисунке ниже:

Два отличающихся подхода к прочности грунтов: красная линия – прочность в эффективных напряжениях с высоким углом трения; чёрные линии – прочности в зависимости от влажности

В таблицах СП и в нормативных документах на испытания так или иначе заложен принцип плотности – влажности, т. е. прочностные характеристики зависят от влажности или, как в СП, от коэффициента пористости (плотности) и показателя текучести (влажности). В таком случае сцепление и трение ($φ_w$ и $c_w$) — это переменные величины в зависимости от консистенции грунтов или влажности.

Теория плотности – влажности (по Н. Н. Маслову) для характеристик прочности в нормативных документах

Интерпретация результатов в эффективных напряжениях показывает, как правило, достаточно высокие значения угла трения и относительно низкое сцепление. Этот подход предполагает постоянные значения $φ'$ и $c'$. Изменчивость сопротивления сдвигу достигается за счёт порового давления.

Необходимо помнить:

$$ \fcolorbox{red}{aqu}{$(φ'\:и\:c')\textcolor{red}{≠}(φ_w\:и\:c_w)$} $$