В связи с этим Н. А. Цытович предложил в 1967 г. метод расчета осадок фундаментов по эквивалентному слою с учетом структурной прочности сжатия и начального градиента напора.

Необходимость учета начального градиента напора при расчете осадок фундаментов на водонасыщенных глинистых грунтах определяется следующим. Водонасыщенный грунт будет сжиматься только в том случае, если из него под действием напора будет отжиматься вода, полностью заполняющая поры (при допущении несжимаемости поровой воды).

Градиент напора определяется отношением напора в данной точке грунтового массива, вызванного внешней нагрузкой, к длине пути фильтрации (до дренажа). Напряжения, обусловленные внешней нагрузкой фундамента, уменьшаются с глубиной (эпюра ). При определенной величине нагрузки начиная с некоторой глубины сжимаемой зоны основания фильтрация поровой воды прекращается, т. е. порового давления в этих слоях недостаточно, чтобы создать градиент напора, превышающий величину начального градиента напора для грунтов этого слоя основания.

Данное явление приводит к тому, что в некоторых глинистых грунтах основания, находящихся в природном залегании, поровое давление не уменьшается со временем по законам фильтрационной консолидации, а действует в грунтах в течение длительного срока. Такое давление названо нами «остаточным поровым давлением».

Остаточное поровое давление наблюдалось в ряде лабораторных и натурных опытов.

Рис. II.1 Графики изменения осадки земляной плотины и порового давления в середине слоя ила во времени
1 - поровое давление; 2 - осадка

Так, при строительстве Каховской земляной плотины на пятиметровом слое лиманного ила (=1,87; =82%; =80%) в толще илов были установлены пьезодинамометры, измеряющие поровое давление как в период строительства, так и после его окончания (рис. II. 1). Строительство земляной плотины было закончено в 1957 г., а осадка ее по данным геодезических наблюдений прекратилась (стабилизировалась) в 1960 г. Однако до настоящего времени величина остаточного порового давления достигает 0,3-0,5 кгс/см² и не изменяется в течение последних лет.

Остаточное поровое давление может возникнуть под действием собственного веса залегающих выше грунтов. Например, в городе Волжском толщина слоя илов составляла около 10 м. Сверху илы были пригружены слоем водонасыщенного песка толщиной 6 м и насыпными грунтами. Измерения, проведенные в середине слоя илов, показали, что природное поровое давление составляет 0,3-0,65 кгс/см². Аналогичные данные были нами получены при исследовании восьми метрового слоя речных илов Архангельска. Природное поровое давление в их толще было равно 0,3-0,4 кгс/см². Исследования толщи засоленных илов оз. Сиваш показали, что на глубине 3,5-4,5 м от поверхности природное поровое давление равно 0,1-0,15 кгс/см².

Таким образом, можно сделать вывод, что при нагружении водонасыщенного глинистого грунта в основании фундамента грунт сжимается только в такой зоне (на такую глубину), где градиент напора, возникающий в поровой воде от давления фундамента, больше, чем начальный градиент напора.