Поровое тиск і консолідація грунтів

Зазвичай в грунті виділяють три основні складові фази: тверді складові, вода і повітря. Коли в грунті присутні всі три фази, то вважається, що грунт трифазний; якщо грунт складається з твердої фази і води, то грунт - двофазний; якщо в грунті вода відсутня, то грунт однофазний.

Сукупність фізичних рівнянь, що описують стан грунту, тобто рівняння, що зв'язують між собою напруги, деформації і міцність грунту, називають рівняннями стану або фізичною моделлю грунту. Залежно від кількості присутніх в грунті фаз, моделі грунту бувають однофазні, двофазні і трифазні. Кожна фаза (тверда, рідка і газоподібна) має свої специфічні фізичними рівняннями, загальне рівняння стану має, з одного боку, описувати ці властивості, а з іншого - відображати взаємодію цих фаз між собою. Створити таку узагальнену модель грунту ще належить. Існуючі моделі грунту спрощені.

Найбільшого поширення стосовно греблях з: ґрунтових матеріалів отримала так звана модель фільтраційної консолідації, розроблена в СРСР В. А. Флоріна. Основи цієї теорії заклав К. Терцагі.

Сутність теорії консолідації полягає в розподілів діючої на грунт навантаження між твердою і рідкою фазами. Важливість цього завдання важко переоцінити, тому що тільки та частина навантаження, яка передається на тверду фазу, створює внутрішнє тертя в грунті. Чинне в даній точці середнє нормальне напруга (часто зване тотальним) розподіляється на дві складові: середня нормальне напруга, що діє в скелеті грунту, зване ефективним; середнє нормальне напруження, яке сприймає вода, - нейтральне, т. е.

Оскільки модуль об'ємного стиснення води у багато разів вище модуля об'ємного стиснення сукупності частинок твердої фази, то зазвичай приймають, що вода нестислива. Тоді, в разі двофазної моделі грунту, при додатку навантаження до грунту в початковий момент (t = 0, де t - час), і, потім під дією з'явився надлишкового тиску в порах грунту (по відношенню до атмосферного тиску) почнеться процес несталої фільтрації води з пір грунту, тиск води в порах почне падати і неврівноважена частина тиску буде передаватися на тверду фазу грунту - з'явиться. Грунт почне деформуватися, зменшуючи свій обсяг. Одночасно з деформацією тверда фаза ґрунту почне накопичувати міцність за рахунок появи нормальних сил в контактах дотичних частинок і появи в цих контактах тертя. Через якийсь час залежне від коефіцієнта фільтрації грунту поровое тиск знизиться до величини атмосферного тиску (математично при). У цей момент і. В цей же момент грунт досягає максимальної міцності, так як з урахуванням порового тиску закон Кулона записують у вигляді

У разі трифазного грунту в момент часу t = 0, так як за рахунок стиснення повітря не все навантаження передається на воду-частина навантаження відразу буде сприйматися скелетом грунту (твердою фазою). Таким чином виходить, що зі зменшенням коефіцієнта водонасичення умови роботи грунту покращуються.

Наявність води в порах будь-якого грунту створює потенційні можливості до утворення порового тиску, але час його існування буде різними залежно від проникності грунту. На практиці при розгляді роботи споруди під дією статичних сил поровое тиск має сенс визначати тільки в глинистих ґрунтах (супісок, суглинок, глина). У піщаних і більш крупнозернистих грунтах його не визначають, так як воно швидко зменшується (розсіюється) за рахунок високої водопроникності цих грунтів.