Сопротивление грунтов сдвигу

Сопротивление грунтов сдвигу является их важнейшим прочностным свойством, знание которого необходимо для решения разнообразных инженерно-геологических задач.

Под действием некоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между частицами разрушаются и происходит смещение (сдвиг) одних частиц относительно других — грунт приобретает способность неограниченно деформироваться под данной нагрузкой. Разрушение массива грунта происходит в виде перемещения одной части массива относительно другой (оползание откоса, выпор грунта из-под сооружения и т. п.).

Определение сопротивления грунта сдвигу, производимое в лаборатории или полевых условиях, моделирует разрушение грунта в сооружении и заключается в измерении усилия, необходимого для сдвига образца или некоторого объема грунта, находящегося под действием известного нормального давления.

Насколько важна правильная оценка сопротивления грунта сдвигу, показывает следующий пример.

Объемы современных насыпных плотин измеряются десятками миллионов кубометров, поэтому небольшие изменения в угле внутреннего трения грунта плотины вызывают большие изменения объема и стоимостей сооружения. Так, для Нурекской плотины (р. Вахш), имеющей объем около 60 млн. м³, изменение угла внутреннего трения галечника, слагающего упорные призмы, с 35 до 38°, т. е. всего на 8,5%, вызывает уменьшение объема плотины примерно на 4 млн. м³ грунта (Ничипорович, 1968).

С другой стороны, введение в расчет завышенных значений угла внутреннего трения и сцепления грунта может привести к значительным деформациям сооружения или полному его разрушению.

Сопротивление сдвигу скальных грунтов

Прочность массива скальной породы, служащего основанием гидротехнического сооружения или слагающего склон долины (откос выемки), определяется его минералогическим составом, структурно-текстурными особенностями и напряженным состоянием. Большую роль в прочности массива породы играют такие структурно-текстурные особенности, как трещиноватость, наличие зон тектонического дробления и подвижек, прослои менее прочных пород и др. Поэтому для того, чтобы правильно оценить поведение массива скальной породы под нагрузкой от сооружения, необходимо знать его прочность вдоль потенциальных плоскостей разрушения. Эта оценка производится на основе соответствующих лабораторных и полевых опытов, а также путем моделирования.

Прочность массива скальной породы определяется не только его составом, строением и напряженным состоянием, но и направлением действующей силы. Так, для трещиноватого скального массива прочность неодинакова в различных направлениях и определяется углом между направлением преобладающей системы трещин, ослабляющих массив, и направлением результирующего давления. Если действующая сила перпендикулярна направлению системы трещин, то прочность массива будет определяться в основном прочностью породы на сжатие и срез в условиях сложного напряженного состояния. Но если действующая сила параллельна направлению системы трещин, то значение прочности будет определяться сопротивлением сдвигу слоев по трещинам. В действительности приходится иметь дело с некоторым промежуточным случаем, когда прочность массива зависит как от сопротивления породы сдвигу, так и от прочности на сжатие (в меньшей степени).

Поскольку прочность скальных грунтов зависит в основном от их трещиноватости, то прослеживается отчетливая связь между параметрами сопротивления пород сдвигу и показателями, характеризующими степень выветрелости пород, т. е. степень нарушения связей между частицами и изменение самих частиц.