Научное изучение грунтов инженерами-строителями. Возникновение термина «механика грунтов»

Лучшее понимание ограниченного значения полевых испытаний пробными нагрузками с малыми штампами было достигнуто в результате лабораторных испытаний на моделях, проведенных в нескольких странах и включивших непосредственное измерение напряжений внутри песчаных насыпей. Отмеченное при соблюдении некоторых условий подобие законов распределения давления в грунтовой толще и выведенных из чисто математического анализа однородных упругих тел привело к сотрудничеству между инженерами-фундаментостроителями и специалистами в области теории упругости.

Понимание основных физических свойств грунтов вообще и природы пластичности глин в частности было достигнуто в начале этого века в результате работ шведского ученого Аттерберга и в процессе изучения оползней Геотехнической комиссией шведских государственных железных дорог. Систематическое изучение сопротивляемости грунтов сдвигу было начато приблизительно в то же время д-ром Креем в Германии.

Особенно значительный прогресс в рассматриваемой области был достигнут, благодаря работам д-ра Терцаги, который в 1923 г. опубликовал математически строгое решение об условиях консолидации глин во времени под воздействием приложенной к ним нагрузки. Эта теория была подтверждена экспериментально и объясняет длительный во времени ход осадки сооружений, возведенных на полностью насыщенных водой глинистых грунтах. Д-р Терцаги являл собой редкий пример инженера-строителя с практическим уклоном, сочетавшего огромный производственный опыт с высокой научной подготовкой и духом настойчивого искателя. Помимо теории консолидации и других оригинальных исследований инженеры-строители обязаны К. Терцаги также и первыми попытками координировать и систематически применять в практике фундаментостроения результаты инженерного изучения грунтов, увязывая их полевые свойства со множеством установленных для них показателей. Термин «механика грунтов» был предложен им в 1925 г., когда одна из его книг появилась под эквивалентным этому термину заголовком «Erdbaumechanik». Хотя книга была написана на немецком языке, она была посвящена американскому Роберт-Колледжу в Стамбуле. В том же году д-р Терцаги прибыл в США, чтобы занять пост консультанта-исследователя в Бюро общественных дорог США. С этого времени его дальнейшая работа и работа множества людей, которым он помогал в различных странах заложить начала новой науки — механики грунтов, оказала огромное влияние на практику фундаментостроения во всем мире.

В настоящее время большинство крупных учебных заведений строительного профиля располагает лабораториями по механике грунтов. Очень многие авторитетные организации в США, например, военных инженеров, Администрация общественных дорог и Бюро мелиорации, имеют в своем составе большое число лабораторий по механике грунтов как для научных исследований, так и для полевых контрольных испытаний. В проектной работе этих организаций принципы механики грунтов используются как само собой разумеющиеся.

Тем не менее инженеры-строители с малым практическим опытом в отношении грунтов часто поначалу ожидают слишком многого от новой науки и иногда разочаровываются, когда обнаруживают, что результаты математических решений, положенных в основу этой теории, или результаты их лабораторных испытаний грунтов не всегда могут быть прямо перенесены в практику, как они привыкли делать при возведении сооружений. Многие практические замечания в отношении механики грунтов, сделанные инженерами-практиками в прошлом, могут объясняться неправильным пониманием особого характера этой дисциплины. Весьма часто также ошибочно считают, что научная сторона строительного дела и строгое рассмотрение задач проектирования являются синонимами.

Общая ошибка заключается при этом в попытке допустить упрощенные условия, отличные от действительно существующих, для того чтобы прийти к математически строгому решению, забывая впоследствии, что полученный результат решения задачи относится только к сознательно идеализированным условиям. В действительности математический аппарат должен рассматриваться инженером-строителем только как один из инструментов, предназначаемых в помощь ему. Учет возможного влияния на решение задачи всех факторов, связанных с проблемой фундаментостроения, оказывается при этом весьма существенным. Этот учет должен выполняться путем приблизительной оценки их совместного действия на основании имеющихся данных, касающихся роли этих факторов в работе грунта, и обоснованной оценки их относительного значения. Этот метод предусматривает использование, как важной своей части, достижений практики, а также личного опыта и знаний, являясь, следовательно, некоторой областью искусства.

В последующих главах будет сделана попытка показать, как этот желательный подход к проблемам оснований и фундаментов может быть осуществлен в действительности в свете современной практики. Такой метод в своем развитии на настоящем этапе еще далек от совершенства. Дальнейших успехов в этой области следует ожидать как результат проводимых ныне исследований. Однако с самого начала изучения рассматриваемой проблемы важно понять особые ее черты и то, что при решении задач, касающихся земляных сооружений и фундаментостроения, должен осуществляться различный подход.