При извлечении из грунтового массива образец подвергается полной разгрузке. Во время испытаний в компрессионном приборе часть напряжений будет повторять исторические, ранее действующие в грунтовом массиве. Учитывая, что бытовые напряжения уже деформировали грунт, повторное нагружение в приборе будет характеризоваться упругим деформированием. Следовательно, закон сжимаемости для давления до бытового будет отличаться от закона сжимаемости после превышения бытовых напряжений.

На рисунке ниже слева показана обычная компрессионная кривая. Если горизонтальную ось перевести в логарифмический масштаб, то график изменится и станет таким, как показано справа. См. подробнее: Деформационные характеристики грунтов.

Представления компрессионной кривой

На компрессионной кривой с разгрузкой всегда можно выделить три характерных участка (метод рафинирования компрессионной кривой по аналогии с О.Р. Голли) :

1. Линия переуплотнения. Повторение исторических (ранее приложенных в массиве) напряжений в компрессионном приборе или рекомпрессия. Этот отрезок не имеет физического смысла, поскольку в идеальных условиях, например, при заморозке образца во время извлечения с целью сохранения его структуры, деформации должны практически отсутствовать. Однако реальные образцы из-за разуплотнения при разгрузке будут показывать перепад по коэффициенту пористости. Исходя из теории, деформации на этом участке можно характеризовать как упругие, а поведение — как для переуплотненного (ОС или ПУ) состояния с характерным OCR > 1.
2. Линия пластических деформаций. Начало этой линии лежит после превышения бытовых напряжений или, как будет показано далее, после превышения давления предуплотнения (исторические напряжения). Этот участок показывает, как будет сжиматься грунт при действии на него нагрузок, которые ранее он не испытывал (первичное нагружение). Закон сжимаемости резко отличается от предыдущего участка, а деформации считаются полными, то есть включают как упругую, так и остаточную составляющие. Поэтому их называют упругопластическими деформациями. Поведение образца на этой линии подчиняется нормальному уплотнению (NC или НУ), то есть OCR = 1 на всем его протяжении.
3. Линия разгрузки и повторного нагружения. Необходимость обязательного наличия этой линии (ветвь разгрузки, которую далеко не всегда делают в лаборатории) объясняется тем, что именно наклон этой линии позволяет получать характеристики упругого поведения. При обязательном условии, что историческое давление (давление предуплотнения) было превышено в опыте и разгрузка осуществлена от линии пластических деформаций (или нормально уплотненного поведения), можно полагать, что влияние разуплотнения образца снижено и, в отличии от линии переуплотнения (рекомпрессии), наклон линии разгрузки и повторного нагружения позволит оценить закон сжимаемости для этого состояния. Поскольку происходит разгрузка, а нагружение не превышает максимального давления, то можно считать эти деформации упругими, а поведение как для переуплотненного состояния (что, по сути, и было сделано с образцом путем приложения и снятия нагрузки) с отношением максимального давления к действующему более 1 (OCR > 1).

<aside> 💡 Поясним, почему линию переуплотнения (первый участок компрессионной кривой) не стоит повторять в модели и вообще придавать ей большого внимания. Численное моделирование начинается с нулевой фазы (Initial), на которой кластеры нагружаются собственным весом. Если не задано переуплотнение в модели, то нагружение будет происходить по закону нормально уплотненного поведения, то есть по линии пластических деформаций, а точнее по ее пунктирной части выше точки перелома. Поэтому при калибровке моделей важно правильно задать закон уплотнения и закон упругости и проконтролировать их путем сверки с лабораторными данными. Пример калибровки приведен здесь: Давление предуплотнения задано приближенно равным 88 кПа. Результат сравнения поведения виртуальной и лабораторной модели на участке нагружения (линия нормального уплотнения) показан на рисунке 32..

Если переуплотнение задано, то модель будет использовать для расчета деформаций закон упругости (наклон линии разгрузки и повторного нагружения), но в подавляющем большинстве задач деформации нулевой фазы не имеют смысла и обнулятся при дальнейшем расчете.

Таким образом, участок до точки перелома (линия переуплотнения) не имеет смысла ни при обработке результатов испытания, ни при выполнении расчетов. См. также: Калибровка компрессионных испытаний: надо ли добиваться совпадения результатов?

</aside>

В ряде случаев может оказаться так, что перелом компрессионной кривой в полулогарифмических координатах покажет величину давления, большую, чем от собственного веса (бытовые напряжения). Это означает, что грунт подвергался воздействиям, при которых напряжения в нем превышали действующие бытовые. Это могло происходить по разным причинам. Наиболее простая из них — давление от ледника или от размытой эрозией возвышенности. См. также Как образуются переуплотнённые грунты.

На рисунке ниже показано, что точка перелома компрессионной кривой смещена относительно бытовых напряжений в OCR-раз. То есть, давление предуплотнения:

Компрессионная кривая для переуплотненных грунтов

Приведенные рассуждения достаточно условны и идеализируют реальную картину, но при этом позволяют понять суть вопроса. В реальных грунтах точка перелома выражена слабо, что связано с низким качеством образцов. Анализ таких испытаний требует дополнительного действия — приведения лабораторной кривой к полевой. См. также Качество лабораторных образцов.

Для описания разных (двух) законов сжимаемости используются соответствующие характеристики — параметры моделей.

Основная разница между модулем деформации и индексом компрессии в том, что модуль деформации $Е_{деф}$ характеризует только один участок (фрагмент) нелинейной зависимости, а индекс компрессии $C_c$ — это ветвь нагружения целиком, «зашифрованная» с помощью логарифма в одно значение. Другими словами, если известно $C_c$, то из него можно «извлечь» все точки первой ветви компрессионной кривой. Подробнее — Свойства грунтов или параметры моделей?

Ниже показан условный иллюстративный пример изменения основных параметров напряженного состояния в компрессионном испытании: коэффициента переуплотнения OCR и коэффициента бокового давления $K_0$.

Величины коэффициента OCR на компрессионном графике

Величины коэффициента $K_0$ на компрессионном графике