Почему у NC (нормально консолидированных) глин нет сцепления?

При работе в программах численного моделирования используется раздел Механики грунтов, называемый Геомеханика - знания, основанные на понятиях моделей грунта, т.е. более комплексного описания поведения грунтов с помощью нескольких характерных зависимостей (в зарубежной практике ее часто называют Механикой критических состояний CSSM, поскольку именно эти принципы положены в основу работы моделей грунта).

Одной из особенностей является тот факт, что для грунтов, отнесенных к нормально уплотняющимся (а это могут быть текучие и текучепластичные глины!), сцепления нет. График сопротивления сдвигу выглядит следующим образом (выдержка из книги Г.Г. Болдырева "Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса" [Текст]: монография / Г.Г. Болдырев. - Пенза: ПГУАС, 2008. - 696 с.):

Такое положение не увязывается с представлениями, принятыми в отечественной механике грунтов: глина всегда имеет сцепление!

Как же может получиться так, что текучая глина не имеет сцепления?! Ответ кроется в различиях интерпретации прочности грунтов. В данном случае речь идет об эффективной прочности (в отечественной литературе ее иногда называют кажущейся прочностью). Посмотрим внимательнее на запрашиваемые параметры в программе Plaxis:

Они имеют штрих, что очень важно, поскольку это означает эффективную прочность. А если посмотреть все примеры расчетов, то там, где используется тип поведения Unrdained A слабые глинистые грунты, илы, торфы описываются близким к нулю сцеплением и высоким эффективным углом трения.

Получить параметры эффективной прочности можно из консолидированно-дренированных (КД) или консолидированно-недренированных (КН) испытаний. Однако, нюансы будут в их интерпретации.

Прежде необходимо отметить, что грунты с показателем текучести IL>0,5 считаются нестабилизированными, а следовательно, при деформации образца в стабилометре, критерием разрушения будет достижение предельных (по ГОСТ) деформаций 15% от высоты образца. При таких больших деформациях, очевидно, что прочностные параметры необходимо определять по критической (остаточной) прочности.

Стандартная интерпретация результатов основана на использовании пиковой прочности (максимальной), а предельная прямая определяется известными параметрами прочности с', φ' (прямая 1 на рисунке справа). Пиковая прочность соответствует малым деформациям (менее 1-3 %) и не характерна для высокопластичных глин (с влажностью на границе текучести более 50%). Для таких грунтов используется критическая прочность и соответствующий угол трения φ_cr.

Пример1. Супесь пластичная, КД испытания.

Как видно из рисунка, при больших давлениях появляется дилатансия и интерпретация может быть проведена по двум критериям: пиковой и остаточной прочности.

Пример 2. Интерпретации трехосных КН испытаний текучепластичного суглинка.

По кривым испытаний видно, что дилатансия в явном виде отсутствует, однако интерпретация результатов получилась весьма показательная.

В данном примере сотрудниками лаборатории были получены следующие результаты:

- первый опыт c'=10 кПа; ф'=22,3 градуса;

- второй опыт c'=7 кПа; ф'=14,1 градуса.

Эти данные выглядят вполне правдоподобными, но только с позиции отечественного представления о прочности грунтов, т.е. при обязательном наличии сцепления. Однако, эти данные неприменимы для использования в тех моделях грунта, где, как показано ранее, используются эффективные параметры.

Анализ данных с учетом, что точка разрушения соответствует 15% деформации (т.е. берется последняя точка лабораторной кривой) показывает, что прочностные характеристики выглядят иначе: три опыта показали угол трения 20, 26, 18 градусов и сцепление, равное нулю.

Таким образом, в расчет можно принимать эффективную прочность текучепластичного суглинка, равную c'=0 кПа; ф'=20 градусов.