Shear resistance of soil becomes vital in geotechnical design of dams and embankments, and also landslides stabilization. Historically, the Mohr-Coulomb yield criterion was used for such problems solving — it appears to be suitable for the most of fine-grained soils. But in case of gravel soils, it was noticed that they possess so-called “cohesion” although there is no physical mechanism of such behavior. This extra shear resistance of non-friction nature is caused by the particle engagement. The engagement phenomenon was usually studied by hydro engineers, but since deep excavations and heavy structures are becoming common in civil engineering, more precise calculation becomes critical. This issue is dealing with the new yield criterion for gravel soils development. The most common criteria for non-cohesive soils and the parameters they are based on are analyzed. The proposed yield criterion is based on invariant stress parameters and concerns friction, cohesion and engagement between particles. It also takes into account second principal stress by using a non-fixed sliding plane. The parameters of this criterion are physically justified and can be determined by a standard soil test. Although it still needs experimental validation, this new criterion appears to be prospective for the usage in numerical modeling, as it is universal and versatile.

1. Ataya S.M., 1965. Gravel soils shear resistance studies in triaxial machine. VODGEO, Moscow. (in Russian)
2. Boldyrev G.G., 2008. Soils mechanical properties obtaining methods. Publishing house of the Penza State University of Architecture and Construction, Penza. (in Russian)
3. Bolton M.D., 1986. The strength and dilatancy of sands. Geotechnique, Vol. 36, No. 1, рр. 65–78.
4. Duncan J.M., Wright S.G., 2005. Soil Strength and Slope Stability. John Wiley and Sons, New Jersey.
5. Gordienko P.I., 1960. Some design issues of high stone and soil dams. Moscow Institute of Civil Engineering, Moscow. (in Russian)
6. Klein G. K., 1977. Structural mechanics of granular medium. Stroizdat, Moscow. (in Russian)
7. Kryzhanovskiy A.L., Mendoza T., Ukibaev E., 1985. Non-cohesive soil mixture shear resistance. Inzhenernaya geologiya, No. 2,
pp. 35–41. (in Russian)
8. Malyshev M.V., 1994. Soil strength and stability of foundations of structures. Stroizdat, Moscow. (in Russian)
9. Mengcheng L., Yufeng C., Hanlong L., 2012. A nonlinear Drucker-Prager and Matsuoka-Nakai unified failure criterion for geomaterials with separated stress invariants. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, No. 50, pp. 1–10.
10. Mirnyy A.Yu., Merkin V.E., 2016. Choosing and estimating shear resistance parameters of gravel soils. Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education, Materials of the 5th International Scientific Conference, MATEC Web of Conferences, Vol. 86, 03013, https://doi.org/10.1051/matecconf/20168603013.
11. Rasskazov L.N., 1968. Gravel soils shear resistance. VODGEO, Moscow. (in Russian)
12. Rowe P.W., 1962. The stress-dilatancy relation for static equilibrium of an assembly of particles in contact. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Vol. 269, pp. 500–527.
13. Ter-Martirosyan Z.G., 2009. Soil mechanics. ASV, Moscow. (in Russian)
14. Vermeer P.A., De Borst R., 1984. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock. Heron, Vol. 29, No. 3, pp. 3–64.

ANATOLY Yu. MIRNYY
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; MirnyyAY@mail.ru
Address: Bld. 1, Leninskie Gory, 119991, Moscow, Russiа

Сопротивление грунта сдвигу является принципиально важным при проведении геотехнических расчетов дамб, насыпей и расчетах устойчивости откосов. Исторически для решения подобных задач использовалось условие текучести Мора-Кулона как наиболее подходящее для большинства мелкодисперсных грунтов. Однако в случае крупнообломочных грунтов было замечено, что при обработке результатов испытаний проявляется «сцепление», хотя физического механизма для такого поведения в этих грунтах нет. Это дополнительное сопротивление сдвигу, не связанное с трением, вызвано зацеплением между частицами. Явление зацепления обычно исследовалось инженерами-гидротехниками, но широкое распространение глубоких выработок и тяжелых сооружений в гражданском строительстве требует проведения более точных расчетов. В данной статье рассматривается разработка нового условия текучести для крупнообломочных грунтов. Проанализированы наиболее распространенные условия текучести для несвязных грунтов и используемые в них параметры, отмечены их преимущества и недостатки. Показано, что учет промежуточного главного напряжения оказывает принципиальное влияние на результат расчета. Предлагаемое условие текучести основано на инвариантных параметрах напряжений и учитывает трение, сцепление и зацепление между частицами. В нем учитывается промежуточное главное напряжение и используется незафиксированная площадка скольжения. Параметры данного условия физически обоснованы и могут быть определены стандартными испытаниями грунта. Несмотря на то, что данное условие требует дополнительной экспериментальной проверки, оно представляется перспективным для применения при численном моделировании, так как является универсальным и учитывает различные факторы, а так же в связи с использованием инвариантных параметров напряженного состояния и учетом промежуточного главного напряжения.

1. Атайя С.М., 1965. Исследование сопротивления сдвигу крупнообломочных грунтов в трехосных приборах. ВОДГЕО, Москва.
2. Болдырев Г.Г., 2008. Методы определения механических свойств грунтов. ПГУАС, Пенза.
3. Bolton M.D., 1986. The strength and dilatancy of sands. Geotechnique, Vol. 36, No. 1, рр. 65–78.
4. Duncan J.M., Wright S.G., 2005. Soil Strength and Slope Stability. John Wiley and Sons, New Jersey.
5. Гордиенко П.И., 1960. Некоторые вопросы проектирования высоких каменно-земляных плотин. МИСИ, Москва.
6. Клейн Г.К., 1977. Строительная механика сыпучих тел. Стройиздат, Москва.
7. Крыжановский А.Л., Мендоса Т., Укибаев Е., 1985. Сопротивление сдвигу смеси сыпучих грунтов. Инженерная геология, № 2,
с. 35–41.
8. Малышев М.В., 1994. Прочность грунтов и устойчивость оснований сооружений. Стройиздат, Москва.
9. Mengcheng L., Yufeng C., Hanlong L., 2012. A nonlinear Drucker-Prager and Matsuoka-Nakai unified failure criterion for geomaterials with separated stress invariants. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, No. 50, pp. 1–10.
10. Mirnyy A.Yu., Merkin V.E., 2016. Choosing and estimating shear resistance parameters of gravel soils. Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education, Materials of the 5th International Scientific Conference, MATEC Web of Conferences, Vol. 86, 03013, https://doi.org/10.1051/matecconf/20168603013.
11. Рассказов Л.Н., 1968. Экспериментальные исследования сопротивляемости крупнообломочных грунтов сдвигу.
ВНИИ ВОДГЕО, Москва.
12. Rowe P.W., 1962. The stress-dilatancy relation for static equilibrium of an assembly of particles in contact. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Vol. 269, pp. 500–527.
13. Тер-Мартиросян З.Г., 2009. Механика грунтов. АСВ, Москва.
14. Vermeer P.A., De Borst R., 1984. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock. Heron, Vol. 29, No. 3, pp. 3–64.

МИРНЫЙ А.Ю.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, MirnyyAY@mail.ru
Адрес: Ленинские горы, д. 1, г. Москва, 119991, Россия