Р — сила тяжести массива; Т — сдвигающая сила; N т — удерживающая сила; а — угол откоса; ф — угол внутреннего трения

Конечно, есть и другие методы оценки модуля деформации. Из них наибольшее распространение получил прессиометрический (от лат. pressare — давить, жать) способ. Он заключается в том, что в скважину опускается цилиндр с эластичными стенками. Затем в него нагнетают какую-либо жидкость или пускают под давлением газ (например, сжатую углекислоту). Показателем служит величина расширения грунта в стороны под действием давления со стороны эластичных стенок цилиндра (рис. 38, в). Геолог, зная эту величину при определенном давлении, легко рассчитывает модуль деформации.

Так проводят исследования в полевых условиях. А можно ли оценить сжимаемость в лаборатории?

Конечно. Более того, исторически сложилось так, что лабораторные методы были использованы первыми для определения этой важной характеристики. И сейчас они преобладают в повседневной деятельности производственных организаций. Главный недостаток лабораторного определения сжимаемости — ее оценка по маленькому образцу (цилиндр диаметром 6 — 7 и высотой 2 см).

Само испытание очень простое. В бронзовое кольцо из монолита (сохраняющего природную влажность и строение грунта) осторожно врезается образец. Затем его ставят под штамп прибора (рис. 39) и прикладывают ступенями давление от 0,1 до 0,5 МПа. На разных этапах нагрузки точно измеряется уменьшение высоты образца. Этих данных достаточно, чтобы оценить его сжимаемость.

Теперь мы знаем, как определяется способность грунтов уплотняться под нагрузками.

Зная величину модуля деформации грунта, строитель расчетом определяет ожидаемую осадку от веса здания. Вот и выходит, что если бы средневековые зодчие умели делать подобные вычисления, то они легко бы установили, что на участке опоры Пизанской башни на глинистый грунт осадка оказалась бы в 5 раз больше предполагаемой.

Достаточно ли строителю знать только один модуль деформации? Оказывается, нет. Есть еще один важный показатель — сопротивление сдвигу.

Представим себе песчаный откос насыпи или выемки перед мостом. Давайте попытаемся сделать его вертикальным. Как бы мы ни старались, у нас ничего не получится. Песок будет осыпаться и скользить к подошве откоса. Однако, уменьшая угол откоса, мы достигнем момента, когда он окажется достаточно устойчивым. Чтобы понять, почему не держится вертикальный откос, посмотрите схему на рис. 40. Единственная сила, которая здесь действует, — сила тяжести грунта (или его вес). По известному правилу параллелограмма ее можно легко разложить на силу, действующую вниз по склону, Т, и силу, направленную перпендикулярно к откосу, N. Не вызывает сомнений, что сила Т стремится сдвинуть грунт вниз, а сила N прижимает песчинки к массиву и препятствует этому движению. Здесь следует заметить, что отношение этих сил представляет собой коэффициент внутреннего трения грунта f. Значит, f = T/N, и тогда сдвигающая сила T — fN. Из рис. 40 видно, что f является тангенсом угла ф, так как Т и N образуют катеты треугольника и относятся к этому углу. Угол ф получил название угла внутреннего трения грунта. В песках он равен а — углу откоса.

Давайте посмотрим, как будет обстоять дело в откосах, сложенных глиной. Силы, действующие в грунтовом массиве, останутся те же, но появится один новый фактор — сцепление между частицами глины. В этом случае сопротивление грунта сдвигу будет зависеть не только от трения Между зернами, но и от действующих связей между глинистыми частицами. Величина этих связей может быть весьма существенной и достигать (1 — 2) 10⁴ Па.

Теперь ясно, что в глине противодействует движению откоса не только трение, но еще и сила сцепления С. Отсюда устойчивость такого откоса будет определяться простым уравнением T — Nig(f + С. Если сила сдвига Т окажется больше удерживающих сил, то склон начнет скользить вниз, а если меньше, то он будет стоять неподвижно.

Мы уже знакомы с тем, что при чрезмерном весе постройки и появлении значительной горизонтальной силы, превышающей сопротивление грунта сдвигу, возникает его выпучивание.

Нетрудно заметить, что эти процессы в откосе и основании имеют один и тот же характер. Вот поэтому закономерности сопротивления грунта в обоих случаях одинаковы.

Подведем итог. Для оценки прочности грунта или его сопротивления сдвигу необходимо знать величину трения и сцепления между частицами.

Рис. 41. Исследование прочности грунтов в поле: