загрузка...
загрузка...
На головну

стисливість грунтів

  1. водопроникність грунтів
  2. Генералізація рослинного покриву і грунтів
  3. Геосінтетичні матеріали для армування грунтів
  4. Гірські породи як грунти. Фізичні властивості ґрунтів
  5. грунтознавство
  6. ГРУНТОВКИ
  7. Тиск ґрунтів на підпірні стінки

2.3.1. Коефіцієнти бічного розширення і бічного тиску грунту

Розглянемо деформації стиснення обсягу грунту, розміри якого такі, що в його межах напруги від діючої на грунт зовнішнього навантаження можна вважати постійними. Деформації грунту під дією зовнішнього тиску можна розглядати за двома схемами:

1) стиснення в умовах вільного бічного розширення;

2) стиснення в умовах неможливості бокового розширення.

При стисненні в умовах вільного бічного розширення грунт стискається по осі z і розширюється в сторони по осі x (Рис. 2.3, а).

При вільному бічному розширенні відносна поздовжня деформація  , А відносна поперечна деформація .

 , (2.1)

де  - Коефіцієнт Пуассона або поперечного розширення ґрунту. значення  складають для піску 0,30 ... 0,35; супесей 0,35 ... 0,40; суглинків 0,40 ... 0,45; глин 0,45 ... 0,5. При стисненні ґрунту в умовах неможливості бокового розширення, наприклад в жорсткому металевому кільці, грунт тисне на стінки кільця (рис. 2.3, б). Величину бокового тиску при неможливості розширення характеризують коефіцієнтом бічного тиску  , Який являє собою відношення приросту бічного тиску ?q до приросту стискає зусилля ?p:

 . (2.2)

 Величина коефіцієнта бокового тиску грунтів залежить від дисперсності, щільності, вологості, хіміко-мінералогічного складу і приймається для пісків  = 0,25 ... 0,37, а для глинистих ґрунтів в залежності отвлажності  = 0,11 ... 0,82.

Коефіцієнт бокового тиску  і коефіцієнт Пуассона  зв'язані між собою. Якщо на кубик грунту діє тиск  в умовах неможливості бокового розширення, то на бічні стінки кубика діє тиск  (Рис. 2.4, а).

Простежимо, що відбувається з деформаціями ребра кубика довжиною  , Якщо на кубик діє стискуюче тиск  в умовах вільного бічного розширення, а потім, не знімаючи навантаження  , До його бічних гранях прикладається тиск  , Яке повертає його в початкове положення (рис. 2.4, б). Оскільки на кубики діють однакові сили, їх довжини ребер і кінцеві обсяги повинні бути рівні.

Беручи відносне подовження ребра  при дії тиску, рівного одиниці, за  , тиск  викликає подовження ребра  . тиск  також викликає подовження ребра на величину  . тиск  стискає ребро на величину .

Так як довжина ребра не змінюється, то  або  . Перетворюючи цей вислів, отримуємо наступні залежності:

 
 


 ; (2.3)

 
 


 . (2.4)

коефіцієнти и  дозволяють визначити тиск ґрунтів на огорожу і деформації, що викликаються горизонтальним тиском грунту при стисненні його вертикальним тиском.

2.3.2. компресійне стиснення

Найбільш важливим деформаційних властивістю дисперсних грунтів є їх стисливість під навантаженням. Ущільнення водонасиченого грунту відбувається внаслідок видалення води з пор, при цьому вологість грунту зменшується. Ущільнення в повному обсязі водонасичених грунтів до певних тисків може відбуватися без зміни їх вологості.

Стисливість грунтів під навантаженням триває в часі. Тому при визначенні стисливості грунтів розрізняють показники, що характеризують залежність кінцевої деформації від навантаження і зміна деформації грунту в часі при постійному навантаженні. До першої групи показників відносяться: коефіцієнт стисливості  і модуль загальної деформації грунту  ; до другої групи - коефіцієнт консолідації  . Ці показники визначаються в лабораторії при ущільненні грунтів під навантаженням без можливості бокового розширення в компресійних приладах (одометрах) (рис. 2.5).

 Для дослідження використовують зразки грунту непорушеної структури, відібрані в жорсткі металеві кільця. Навантаження на грунт передають ступенями, витримуючи кожен ступінь до повного загасання деформацій.

При стисненні ґрунту в компресійному приладі діаметр зразка не змінюється. Тому відносна вертикальна деформація грунту дорівнює відносній зміні обсягу:

 , (2.5)

де h - Первісна висота зразка грунту;  - Зміна висоти зразка під тиском; V - Початковий обсяг зразка грунту;  - Зміна обсягу зразка під тиском.

Так як ущільнення грунту відбувається головним чином внаслідок зменшення обсягу пір, то деформацію стиску грунту висловлюють через зміну величини коефіцієнта пористості (рис. 2.6).

визначимо  з виразу (2.5):

 . (2.6)

З формули (2.6) отримаємо вираз для коефіцієнта пористості ґрунту, відповідного даному ступені навантаження:

 
 


 . (2.7)

 Знаючи коефіцієнти пористості грунту при відповідних ступенях навантаження, можна побудувати компресійну криву (рис. 2.7). Якщо після ущільнення зразка зовнішнім тиском зробити його розвантаження, то деформації відновляться тим повніше, чим вище пружні властивості грунту (див. Рис. 2.7).

Для невеликого діапазону тисків  компресійна крива може бути замінена прямий. З приростом зовнішнього тиску  відбудеться зміна коефіцієнта пористості  (Рис. 2.8).

 Тангенс кута нахилу відрізка компресійної кривої до осі тисків характеризує стисливість ґрунту в розглянутому диапозоне тисків і носить назву коефіцієнта стисливості грунту :

 tg  . (2.8)

При змінах зовнішнього тиску від P1до P2 цей закон можна поширити і на кінцеві зміни величин P и e:

,

 звідки  . (2.9)

Коефіцієнт стисливості - важлива характеристика грунту, що дає можливість визначити величину осідання основ і споруд.

Величина коефіцієнта стисливості  пов'язана з величиною модуля загальної деформації E0 таким співвідношенням:

 
 


 , (2.10)

де  - Коефіцієнт, що залежить від коефіцієнта відносної поперечної деформації грунту і приблизно рівний для пісків - 0,8; супесей - 0,7; суглинків - 0,5 і глин - 0,4.

Компресійні випробування слід проводити з урахуванням умов роботи грунту в підставах, зразки з яких відчувають з непорушеною структурою і при природній вологості.

 На обрис компресійних кривих зразків, узятих з глибоких горизонтів, впливає попередня геологічна історія навантажування грунту. Грунти, що залягають на великій глибині, бувають ущільнені знаходяться над ними шарами. Ступінь ущільнення деяких з них може бути вище, ніж при діючому на них тиску в даний час. Такі грунти називають переущільнення. Для переущільнених грунтів компрессионная крива має дві ділянки (рис. 2.9): перший - до тисків, що не перевищують структурної міцності грунту Pstr, З окресленням, близьким до лінійного, і дуже малими уменьшениями коефіцієнта пористості і другий - вигнутий зі значними змінами коефіцієнта пористості, що вказує на ущільнення грунту під навантаженням, що перевищує структурну міцність ґрунту.

Що стосується величини структурної міцності грунтів Рstr, То її можна визначити по компресійної кривої, відчуваючи грунти малими ступенями навантаженням 0,002 - 0,01 МПа. Різкий перелом компресійної кривої буде відповідати досягненню структурної міцності грунту.

2.3.3. Компресійні властивості лесових грунтів

В лесах і лесовидних породах при замочуванні їх водою і при певному тиску спостерігається різке зменшення обсягу, яке називається осіданням. Найважливішими ознаками ґрунтів, що володіють схильністю до просідання, є: висока пористість (макропористістю) і мала вологість; швидка размокаемость в воді; підвищений вміст легководних розчинних солей; високий вміст частинок великої пилу (0,05 - 0,01 мм); присутність карбонату кальцію і ін.

Просадного грунту оцінюється відносною просадочностью  , Яку можна визначити за даними компресійних випробувань з замочуванням зразка водою:

 , (2.11)

де h - Висота зразка грунту природної вологості під навантаженням до замочування;  - Висота зразка після осідання від замочування;  - Висота зразка до дії навантаження.

 Грунт вважається просідання при  ? 0,01. Величина просідання лесових порід легко фіксується в лабораторних умовах по компресійної кривої (рис. 2.10).

Компресійна крива для просадного грунту має характерну форму в результаті різкого, стрибкоподібного зменшення коефіцієнта пористості при замочуванні. На компресійної кривої можна виділити три ділянки: ділянку a - b, Відповідний стиску грунту при природній вологості; ділянку b - c, Що характеризує просідання грунту в результаті його замочування при даному тиску, і ділянку c - d, Що складає ущільнення замоченного грунту.

Просадного грунту при замочуванні пояснюється рядом причин, основна з яких - втрата неводостійких зв'язків між частинками грунту і руйнування макропористою текстури. Це супроводжується різкою втратою міцності грунту і швидко розвиваються деформаціями ущільнення - просадками.

2.3.4. Визначення модуля деформації грунту

Модуль загальної деформації враховує пружні і залишкові деформації грунту і використовується для розрахунку осад ґрунтових основ. Модуль деформації можна визначити за даними компресійних випробувань і за даними випробування штампом грунту статичним навантаженням в шурф або свердловині.

Визначення модуля деформації за даними компресійних випробувань. Раніше було розглянуто, що в разі стиснення грунту без можливості бокового розширення (див. Рис. 2.4) напруга  . Відносна вертикальна деформація

,

де  - Коефіцієнт відносної стисливості, ;  коефіцієнт стисливості (2.9), звідси

 . (2.12)

Відносні вертикальні деформації за законом Гука

 , (2.13)

де  - Модуль деформації;  - коефіцієнт Пуассона.

Використовуючи формулу (2.4) і з огляду на, що  , отримуємо  . якщо позначити  , тоді

 . (2.14)

Прирівнюючи праві частини (2.10) і (2.12), отримаємо вираз модуля деформації

 . (2.15)

Слід зазначити, що модуль деформації, визначений за даними компресійних випробувань, часто значно відрізняється від дійсного, тому що виймання ґрунту з глибини для компресійних випробувань призводить до зміни його напруженого стану.

Визначення модуля деформації за даними випробування грунту статичним навантаженням у польових умовах. Найбільш точні значення модуля деформації отримують при випробуваннях грунтів в умовах їх природного залягання. Випробування проводять за допомогою штампа в шурфах або в свердловинах під дією статичного навантаження, що передається на штамп гідравлічним домкратом. Використовують жорсткий металевий штамп круглої форми площею 0,5 ? 1 м2 (При випробуваннях в шурф) і 600 см2 (При випробуваннях у свердловинах). Принципова схема випробування грунту штампом в шурф приведена на рис. 2.11, а.

 
 


Навантаження прикладається ступенями і будується графік залежності осідання грунту від тиску р. Модуль загальної деформації визначається за формулою

 , (2.16)

де  - Коефіцієнт, що залежить від форми штампа (для круглого  = = 0,8; для квадратного  = 0,9); D - Діаметр штампа;  - Приріст навантаження;  - Приріст осідання штампа при зміні тиску на ;  - коефіцієнт Пуассона. Формула застосовна в межах лінійної залежності графіка.

 




Н. І. Барац | ВСТУП | Походження і склад різних видів грунтів | Види води в грунтах | Структура і текстура грунтів | Класифікація великоуламкових і піщаних грунтів | Класифікація глинистих ґрунтів | Класифікація піщаних грунтів по щільності складення | Класифікація глинистих ґрунтів | Розділ 2. МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРУНТІВ |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати