Основные положения. Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их сжимаемость

Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их сжимаемость. Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Характеристиками сжимаемости являются: коэффициент сжимаемости m ₀, МПа^–1; коэффициент относительной сжимаемости m_V, МПа^–1; модуль общей деформации Е _о, МПа, и структурная прочность грунта Р_стр, МПа.

Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности. Для оценки сжимаемости грунта строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления, получают так называемую компрессионную кривую (рис. 8).

Компрессионная зависимость состоит из двух ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого образца. В этом случае будет происходить увеличение объема и пористости образца.

Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие деформации, а разность между первоначальным объемом и объемом образца после разгрузки – остаточные деформации. Во многих случаях в пределах небольших изменений давлений компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом
сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости есть отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений. Значение коэффициента сжимаемости определяется по формуле

m ₀ = tg a = (е ₁ – е ₂)/(p ₂ – p ₁), (13)

где е ₁ – значение коэффициента пористости при давлении p ₁; е ₂ – значение коэффициента пористости при давлении p ₂.

Рис. 8. Компрессионная кривая

Коэффициентом относительной сжимаемости называется относительная деформация, приходящаяся на единицу давления. Определяется по формуле

m _V = D h_i / h p_i = m ₀ /(1+ е ₀), (14)

где D h_i – деформация (осадка) образца грунта при изменении давления от 0 до p ₁ по компрессионной кривой, мм; h – первоначальная высота образца грунта, мм; е ₀ – начальное значение коэффициента пористости.

Кроме коэффициентов сжимаемости, по результатам компрессионных испытаний может быть определен модуль общей деформации грунта E ₀, МПа, по следующей формуле:

Е ₀ = = ∙b = b / m _V, (15)

где b – поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе.

Модулем общей деформации называется коэффициент пропорциональности между относительной деформацией и вертикальным давлением. Модуль общей деформации используется при расчете осадок фундаментов.