Самым распространенным критерием отнесения грунтов к слабым является значение модуля деформации $E$ < 5 МПа. Однако величина $E$ является в данном контексте неопознанной:

<aside> 💡 Это может быть компрессионный, одометрический, трехосный или штамповый модуль, а они сильно отличаются. Кроме того, нет понимания, в каком диапазоне он принят и соответствует ли выбранный диапазон работе сооружения. Поэтому такой критерий весьма условный.

Подробнее — Как назначить модуль деформации?

</aside>

Понятие «слабость» грунта можно определить по двум характерным видам поведения: сжимаемости и прочности.

Проблемы слабых грунтов достаточно подробно изучались в СССР в автодорожной отрасли. Приведем выдержки из книги тех лет: Евгеньев И. Е., Казарновский В. Д. «Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах», М.: Транспорт, 1976. — 271 с.

Критерий сжимаемости:

«Слабость» основания определяется не его свойствами, а его деформируемостью при нагружении. Модуль деформации не является константой, а зависит от нагрузки. Что же такое 5 МПа? Из приведенной выдержки книги В. Д. Казарновского и И. Е. Евгеньева (это ученики Н. Н. Маслова) следует, что критерий сжимаемости следующий:

… высокая сжимаемость соответствует превышению 5% сжатия слабой толщи от расчетной нагрузки.

В дорожной практике считается, что для насыпей высотой менее 12 м в хороших условиях можно назначать типовые решения, а более высокие насыпи относятся к индивидуальному проектированию. Из книги следует, что насыпи высотой более 12 м оказывают давление на основание около 12 м × 20 кН/м³ = 240 кН/м². Получается, что 250 кПа — это и есть условно-расчетная нагрузка, упоминаемая в тексте. Далее, руководствуясь предложением Н. Н. Маслова, принят критерий 5% осадки и получена величина 50 кгс/см². Это и есть те самые 5 МПа.

Относительная деформация показывает, на сколько метров сжимается каждый метр слоя

Другими словами, всем известный критерий слабого грунта $E$ < 5 МПа в действительности предназначен для оценки основания насыпи высотой 12 м или сооружений, давление от которых на рассматриваемой глубине слабого слоя составляет около 250 кПа.

<aside> 💡 Таким образом, чтобы отнести грунт к категории слабого, необходимо выполнить расчет осадки и по ее величине оценить достижение 5% относительно мощности сжимаемой толщи. Это делает деформационный критерий слабого грунта неудобным для предварительной оценки.

</aside>

Критерий прочности:

Рекомендуемый в дорожной практике способ оценки прочности грунтов на месте — крыльчатка. Измеряя таким образом сопротивление грунта срезу, в Пособии по проектированию автомобильных дорог на слабых грунтах предлагается классифицировать грунты по критерию прочности. Если прочность на сдвиг в природном залегании менее 0,075 МПа, то грунт считается слабым.

Однако и в этом абзаце книги присутствует «условно-расчетная нагрузка», которая, как было выяснено ранее, соответствует насыпи высотой 12,5 м.

Если воспользоваться графиком касательных напряжений в основании насыпи из учебника
Э. М. Доброва «Механика грунтов» (2003), то можно примерно определить по кривым равных касательных напряжений величину для насыпи высотой около 12 м.

График определения касательных напряжений при треугольной нагрузке

Для трапецеидальной нагрузки от насыпи вычисления выполняются как вычитание двух треугольных эпюр. Для примерного расчета пренебрежем этой частью. Тогда для рассматриваемой насыпи высотой 12 м и условно расчетной нагрузки 250 кПа максимальные касательные напряжения составят $t_{max}$ = 250 × 0,256 = 64 кПа. Это близко к искомому 75 кПа, более точно можно посчитать по формулам: в том же учебнике Э. М. Доброва или других источниках. Таким образом, если прочность грунта будет менее 75 кПа, то будет сформирована область пластических деформаций, которая сама по себе не страшна, но в то время, когда были разработаны эти упрощенные методы, не было возможности считать нелинейные задачи, поэтому сделали определенный запас.

Если насыпь будет высотой, например, 3 м, то расчетное давление будет равно 3 × 19 = 57 кПа, тогда максимальные касательные напряжения будут около 57 × 0,256 = 15 кПа. Следовательно, для такой насыпи слабым основанием будет считаться грунт с прочностью по крыльчатке менее 0,015 МПа.