Эффективные и нейтральные давления (напряжения) в грунте.

Когда к грунту прикладывается внешняя нагрузка, то она в общем случае воспринимается как твердыми частицами, так и водой в порах (поровой водой). Давление в «поровой» воде называется нейтральным (поровым), давление в твердой части (скелете) грунта называется эффективным.

Доля нейтральных и эффективных давлений в общем (суммарном) давлении зависит от вида грунта и меняется во времени. При загружении водонасыщенного грунта, в первый момент времени нагрузка воспринимается только водой в его порах (нейтральные давления максимальны), затем эта вода начинает выдавливаться (отфильтровываться) в окружающие зоны с меньшими напороми, так что усилия постепенно перераспределяются на твердые частицы. В конечном итоге вся нагрузка воспринимается только твердыми частицами.

К. Терцаги провел лабораторный эксперимент, в котором водонасыщенный грунт подвергался вертикальному давлению, одинаковой величины, но создаваемому разными способами: нагружением свинцовыми шариками и нагружением слоем воды. Измерялись осадки (уплотнение) этого грунта под действием создаваемых давлений.

Рисунок 3.13.1 - эксперимент К. Терцаги по уплотнению водонасыщенного грунта двумя разными методами:
а – исходное положение, б – нагружение слоем воды, в – нагружение свинцовыми шариками,
1 – сосуд с пьезометром, 2 – грунт, 3 – вода, 4 – свинцовые шарики.

 

Полученные результаты показали, что уплотнение грунта происходило только при нагружении его свинцовыми шариками, давление же воды не вызывало никакой осадки этого грунта. Это подтвердило мнение, что уплотнять грунт способны только эффективные напряжения.Нейтральные давления, будучи всесторонними, не прижимают частицы грунта друг к другу. На дне водоемов частицы грунта не уплотняются, какой бы ни была загружающая их толща воды. Предельные касательные напряжения не возрастают, если нагружение не вызывает роста эффективных напряжений. При быстром загружении или при медленно уплотняющихся грунтах в законе Кулона следует использовать не общие напряжения σ, а эффективные σ_эф.

где σ, σ_эф, u – соответственно общее, эффективное и нейтральное давления:

У небольших сооружений к моменту приложения полной эксплуатационной нагрузки нейтральные давления обычно успевают уменьшиться до величин, при которых ими можно пренебрегать. В крупных сооружениях, рассматривая поведение недоуплотненного грунта, целесообразно, кроме общих напряжений σ, принимать во внимание их «эффеткивную часть» σ-u (т.е. значения σ, уменьшенные на величину нейтрального давления).