Теория Брандтцайга и нарушение прочности хрупких глин в результате растяжения, возникающего при раздавливании образцов

Как следует из рис. 8.2. а, работа образца грунта на сжатие в условиях одноосного напряженного состояния и соответственно вертикального борта выемки не имеют между собой ничего общего. Усилия, вызывающие обрушение образца, являются функцией некоторой внешней нагрузки σ1, а не объемными силами. Деформация выделенного в образце слоя грунта Δh симметрична по отношению к осевой линии образца. Любые локальные моменты, возникающие в выделенных элементарных призмочках, при этом условии взаимно уравновешиваются и, кроме того, компенсируются касательными напряжениями вдоль верхней и нижней поверхностей ab и а'b'.

Влияние, оказываемое этими граничными касательными напряжениями, на характер условий раздавливания образцов вполне отчетливо проявляется при испытании на сжатие бетонных цилиндров. Эти опыты проводил или наблюдал за ними практитически каждый студент, приобретающий строительную специальность. В конце испытания на сжатие цилиндров из бетона конусы abc и а'b'с' остаются неповрежденными, в то время как за пределами этих конусов бетон раскалывается по вертикальным плоскостям. Такое положение является следствием того, что бетон в этой зоне не подвержен компенсирующему воздействию касательных напряжений, действующих по торцам образца ab и а'b'. Если торцы будут хорошо отполированы и смазаны, то весь бетонный образец будет расколот вертикальными плоскостями даже в пределах конусов abc и а'b'с'. Как показывает верхняя схема на рис. 8.2, а, это может быть объяснено наличием в образце горизонтальных деформаций растяжения, так как диагональ ef призмы cfc'e удлиняется под действием приложенных к ее граням касательных напряжений. Такого рода наблюдения послужили основой теории прочности Брандтцайга, объясняющей разрушение анизотропных материалов, таких как бетон, результатом растяжения, определяемого максимальным растягивающим напряжением или максимальной относительной деформацией растяжения.

Увлажнение торцовых поверхностей ab и а'b' по рис. 8.2, а, например образцов глинистых грунтов с ненарушенной структурой, за счет тщательно смоченных пористых камней будет зачастую приводить к подобному же раскалыванию образцов по ряду вертикальных плоскостей. Это говорит о том, что теория Брандтцайга может лучше описывать действительные условия работы жестких ненарушенных глин, чем обычно используемая теория прочности Мора, базирующаяся на зависимостях Кулона. Однако применение теории Брандтцайга для точных решений пока еще практически невозможно. Это обстоятельство помимо всего прочего подчеркивает неудачи всех попыток получить действительные во всех случаях точные решения проблемы прочности грунтов и снова показывает необходимость полуэмпирического подхода к ним подобно методам оценки степени устойчивости вертикальных бортов выемок, описываемым далее.