Твердый грунт, скальное основание или бетон – термины, создающие впечатление устойчивости. Что может быть более обнадёживающим, чем хорошее массивное основание? Однако на практике вопросы устойчивости и механики твердых грунтов и скальных пород не так просты, как кажутся. Мы постоянно наблюдаем, как инженеры расширяют пределы возможного, повышая скорость, мощность и функционал изделий, которыми мы пользуемся каждый день. При этом достойные восхищения усилия, которые обеспечивают такой прогресс, для большинства обывателей остаются в тени. Специалисты, работающие в строительных, нефтегазовых и инфраструктурных проектах, имеют дело с задачами гигантских масштабов и вносят не менее значительный вклад в развитие технологий.
Иногда мы имеем возможность прикоснуться к миру этих специалистов, но механика грунтов редко получает заслуженное внимание. Ключом к успеху проектов в этой области является полное понимание природы материалов. Земляные работы, прокладка тоннелей или строительство на скальных породах и грунтах, находящихся под значительными нагрузками, требует проведения тщательных расчётов.
Поведение материалов в механике грунтов (скальных пород, грунтов, бетона и т.д.) существенно отличается от поведения более знакомых нам металлов, таких как сталь. Для металлов, в общем случае, напряженное состояние в точке будет вызывать разрушение либо текучесть вне зависимости от ориентации нагрузки. Например, если сжимать куб стали в различных направлениях, то результат будет более-менее одинаковым. Конечно, небольшие отличия будут наблюдаются в случае катаных или тянутых полуфабрикатов (таких, как лист либо проволока), но для первоначальных расчетов вполне пригодна описанная выше простая гипотеза.
Использовать такую же простую гипотезу в задачах механики грунтов не представляется возможным. Грунт и скальные породы ведут себя по-разному, и при этом совсем не одинаково в различных направлениях. К изменению свойств также приводят изменения во влажности грунта и в уровне грунтовых вод. Ещё больше усложняет ситуацию структура скальных пород и грунтов, которая может быть слоистой или включать полости. Расчёт процессов текучести в таких материалах является сложной задачей. К тому же, в отличие от изделий промышленности, создание тестовых изделий и проведение испытаний является либо крайне сложным, либо вообще невозможным.
