About the approximation of the dependence of soil shear resistance on normal pressure
Authors: Виноградов А.Ю. , Обязов В.А. 
Published: July 2024

Сопротивление грунтов сдвигу, зависит от их физического и напряженного состояния, и относится к основным прочностным характеристикам, определяющим мероприятия по защите от таких опасных процессов, как сели, размыв и разрушение коренных и аллювиальных пород берегов под воздействием прибоя и руслового потока, оползней и обвалов, а также используется при проектировании любых зданий и сооружений. В связи с этим получение расчетных величин прочностных свойств грунтов имеет весьма важное значение. Определение предельных нагрузок базируется на экспериментальной зависимости между давлением и сопротивлением грунтов сдвигу. Согласно нормативной документации, эта зависимость принята линейной, а определение касательного сопротивления сдвигу используемых при лабораторных исследованиях грунтов выполняется при нормальном давлении, чаще всего принимаемом равным 0,1, 0,2 и 0,3 МПа. Учитывая, что большинство существующих и проектируемых зданий и сооружений, в том числе сооружений инженерной защиты, имеют невысокую нагрузку на основание (менее 0,1 МПа), исследование образцов грунта было проведено не только в рекомендованном диапазоне нормального давления 0,1-0,3 МПа, но и при меньших его значениях. В случае стандартных, рекомендованных ГОСТ, нагрузок зависимость сопротивления грунта сдвигу от нормального давления вполне можно аппроксимировать прямой линией. Но в области относительно малых давлений эта зависимость является нелинейной. Указанная закономерность подтвердилась при всех многочисленных лабораторных испытаниях на образцах как связных, так и несвязных грунтов, подготовленных согласно соответствующей нормативной документации, а также на пробах монолитов связного грунта, отобранного непосредственно из береговых обнажений. Подобные результаты ранее получал и один из основоположников отечественного грунтоведения Н.А. Цытович. Однако в более поздних работах он перевел акцент именно на линейную составляющую исследуемой зависимости. Подбор наиболее подходящей функции для ее аппроксимации, выполненный в данной работе, показал, что она является степенной.

Soil shear resistance, depending on their physical and stressed state, is characterized by basic strength characteristics. These characteristics determine measures to protect against such dangerous processes as mudflows, erosion and destruction of indigenous and alluvial rocks of the shores under the influence of surf and channel flow, landslides, as well as during the construction of any buildings and structures. In this regard, obtaining calculated values of the strength properties of soils is crucial. The determination of limit loads is based on the experimental relationship between pressure and soil shear resistance. According to the regulatory documentation, this dependence is assumed to be linear, and the determination of the shear resistance of soils used in laboratory studies is performed at normal pressure, most often assumed to be 0.1, 0.2 and 0.3 MPa. Considering that most existing and projected buildings and structures, including engineering protection structures, have a low load on the base (less than 0.1 MPa), the study of soil samples was carried out not only in the recommended range of normal pressure of 0.1-0.3 MPa, but also at lower values. In the case of standard loads recommended by GOST, the dependence of soil shear resistance on normal pressure can be approximated by a straight line. But in the area of relatively low pressures, this dependence is nonlinear. This pattern was confirmed in all numerous laboratory tests on samples of both cohesive and non-cohesive soils prepared in accordance with the relevant regulatory documentation, as well as on samples of monoliths of cohesive soil taken directly from coastal outcrops. Similar results were previously obtained by one of the founders of Russian soil science N.A. Cytovich. However, in later works, he shifted the focus specifically to the linear component of the dependence under study. The selection of the most suitable function for its approximation, performed in this paper, showed that it is a power function.