Файл: Булычев, В. Г. Механика дисперсных грунтов.pdf

нию воды из пор скелета по законам динамики

грунтовой

массы, разработанным

Н. М. Герсевановым.

Как .известно, такие дисперсные системы, как грунт,

торф,

зерно и т. п., обязательно имеют

так называемую структур—

Вода в лорах грунта может находиться в свободном

и

молекулярно связанном состояниях, может целиком или

час­

тично заполнять поры, а вместе с водой в порах может

на­

ходиться и воздух, поэтому в соответствии

с определениями,

принятыми в

196 5 г.

Международной ассоциацией по

меха­

нике грунтов и фундаментостроению, различают

следующие

термины: п о р о в о е

д а в л е н и е

— давление

(выше

атмосферного) в воде,

целиком заполняющей поры;

д а в ­

л е н и е

в п о р о в о й

в о д е

— давление

в

во­

де, находящейся внутри пор частично водонасыщенного

грун­

та; д а в л е н и е

в о з д у х а

в

п о р а х

—дав­

ление воздуха, находящегося внутри пор частично

.водонасы—

щенного грунта ( П р и м , р е д.)

1 9 7

Скелет

Рис. 104

Рис. 105

ным.

Однако во всех случаях существуют места контактов

меж­

ду частицами, которые размещаются в различном

положении

относительно друг к другу, одновременно находясь в

зависи­

мости от размеров, формы и плотности упаковки

частиц

(рис. 106). Можно утверждать, что приложенная к

дисперс­

ной системе

нагрузка

Р

будет воспринята

бесчисленным

множеством частиц, каждая из которых получит часть

этой

нагрузки от вышележащих частиц через места

контактов

(рис.

107)

и в свою

очередь распределит ее

также

через

места контактов на прилегающие частицы. Не зная

точного

расположения частиц, их формы и числа в единице

объема,

а также направления и величины сил, возникающих в

контак­

тах, нельзя произвести расчет реальных сил, возникающих

в

той или .иной плоскости или в том или ином объеме.

Однако

если мы мысленно рассечем некоторую массу

дисперсной

системы плоскостью

S —S

(рис. 108),

то

геометрическая

сумма (равнодействующая) всех сил

PJ

будет равна

и

противоположно направлена геометрической сумме сил

Р г .

Следовательно,

"ZP, -

^2P z

.

В свою очередь, так

как

силы

Рх и силы

Рг

распределены сплошным образом

по

какой-то площадке

d F , есть основания считать,

что сред­

нее напряжение

р ,

возникающее на этой площадке,

будет

равно

Р =

d F

Следует помнить,

что мы имеем

дело

не со сплошным телом, а с телом раздробленным,

поэтому

понятие о напряжениях,

изложенное выше,

действительно

Ш ш х \

ш ш ш ,

только в определенных пределах, диктуемых мерой

раздроб­

ленности. Нельзя, например, судить о распределении

напря­

делении напряжений в гравии по поведению объема

гравия

в 10—100 см3.

Из сказанного следует,

что в каждом отдельном

случае

мы обязаны иметь полное

представление о соответствии ис­

жений.

В курсах теории упругости имеются соответствующие

ука­

зания и рекомендации, которых следует придерживаться

в

^ = 1 / т Г ’

(243)

где

I

возмож­

— - величина, характеризующая величину

ной ошибки (отклонение) для площадок

раз­

личной формы, лежащих в одной плоскости;

/ —длина одного порядка

малости с

размерами

элемента тела, сохраняющего при

делении

на малые части все физические свойства,

ха­

рактеризующие данное тело.

Отсюда следует, что мы имеем право пользоваться

обыч­

ными представлениями о распределении напряжений в

дис­

персном грунте только в том случае, когда значением

- ~

можно пренебречь по сравнению с 1

(табл. 7 ).

Т а б л и ц а 7

Название

тела

/У, С И

1

■

/, см

ц _

т КТГ

Кубик из гли ны ..............

1

0,0001

1/100

То же,

песка ..............

10

0,1

1/10

If

гравия ..............

100

10

1 /3 ,1 6

Для глины использование 1 см3 позволительно

для

сужде­

ния о распределении напряжений в любом другом

большом

массиве, тогда как для песка, несмотря на то, что

объем

взят в 100 раз больше,

получаемая

ошибка уже равна

не 1,

а 10. Наконец, для

гравия взятый объем в 1 0 0 0 0 0 0

раз

более, чем для глины и все же возможная при этом

ошибка

настолько велика (

~

30%), что применение

обычного

представления о распределении напряжений для данной

дис­

персной системы в

этом

объеме недопустимо.

связанной воды

Из физики известно, что всякая поверхность раздела твер­

дого тела с газообразным или жидким веществом

обладает

в воду, - таким

же слоем водяной оболочки.

Известно, что

дисперсные

грунты благодаря своей

раз­

дробленности отличаются от

сплошных тел наличием

большой

составляющих скелет дисперсного грунта, т. е. чем

меньше

диаметр частиц, тем больше удельная поверхность, и

наобо­

рот. Например, если взять обычный лесок с диаметром час­

тиц 0,1 см и вычислить суммарную поверхность

частиц,

заключенных в 1 см3 (сложенных в правильную

кубическую

систему), то

она будет равна: / 1

\ 3 Jr

0,1^=0,0031 м ^

І0 ,1

1

а если взять

обычную глину с диаметром частиц 0,00001 см,

то при тех же условиях суммарная поверхность будет

равна

31 м*% Таким образом, хотя поверхностные

силы

(по

отно­

вании со сплошными телами) с этими силами не

считают­

ся, то в случае дисперсных грунтов механические

явления

ными силами.

Как известно из физики, поверхность твердого тела

обла­

дает адсорбционными свойствами. Силы адсорбции есть

мо­

лекулярные силы и в зависимости от того, в каком

случае

они больше, тела могут

быть -смачиваемыми и несмачиваемы—

ми. Например, если у твердого тела адсорбция

больше с

водой, чем с воздухом,

такое тело мы называем

смачива­

Практика показывает,

что в подавляющем числе

случаев

твердая фаза дисперсных грунтов смачиваемая

(большинство

минеральных грунтов,

грунтов органического

происхож­

дения и др.).