23. Качественная оценка сжимаемости грунтов. Эффективное и нейтральное (пороговое) давление

Механическая модель (см. рис. 2.8) наглядно демонстрирует, что в процессе уплотнения грунта в нем одновременно действуют две системы давлений: давление в скелете грунта, называемое эффективным, и давление в поровой воде, называемое нейтральным. Эффективное давление характеризует напряженное состояние скелета грунта. Под этим давлением грунт уже деформировался, т. е. уплотнился и упрочнился. Следовательно, такое давление эффективно сказывается на состоянии грунта. Нейтральное же давление не влияет на напряженное состояние скелета полностью водонасыщенного грунта, т. е. оно нейтрально по отношению к скелету грунта.

Обозначим эффективное давление р_d в скелете грунта,которое его уплотняет, а нейтральное давление p_ω , так как грунт оно не уплотняет, а обуславливает напор в воде вызывая ее фильтрацию. Руководствуясь выражением (2.19), можно записать

p = р_d + p_ω

Отсюда эффективное давление

р_d = p - p_ω

где р — полное, или тотальное, давление, действующее в грунте.

Эти рассуждения справедливы только для грунта, полностью насыщенного водой. Если же поровая вода в грунте содержит воздух в растворенном виде или в виде пузырьковпосле приложения к образцу грунта гидростатического давления он получал деформации, так как объем поровой воды, содержащей воздух, уменьшился.

1. Металический цилиндр

4. Вода

5. Пружина

Рис. 2.8. Модель деформации во времени грунта, полностью насыщенного водой

24. Особенности сжимаемости песчаных и глинистых грунтов

Сжимаемостью грунтов называют способность их уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления.

Степень сжимаемости и явления, происходящие при сжатии, зависят от характера и структуры грунта.

Сжимаемость песчаных грунтов невелика и зависит от их гранулометрического, минералогического состава и плотности сложения. Сжатие песчаных грунтов связано с взаимным перемещением отдельных зерен, а при больших давлениях - и с их раздроблением. Сжатие этого типа грунтов протекает быстро и независимо от влажности. Структура легко нарушается при воздействии динамических нагрузок.

Вибрация, облегчая смещение частиц относительно друг друга, способствует уплотнению несвязных грунтов. Вибрация оказывает на грунт действие, аналогичное возрастанию нагрузки, вследствие чего процесс уплотнения называется вибрационной компрессией. Виброуплотняемость несвязных грунтов зависит от дисперсности, формы зерен И их окатанности. Наибольшей виброуплотняемостью обладают мелкозернистые пески. Пески, состоящие из окатанных частиц, в большей степени способны к виброуплотнению, чем угловатые.

Сжимаемость глинистых грунтов зависит от большого числа факторов, главнейшими из которых являются:

• химико-минералогический состав скелета и порового раствора;

• структура грунта — дисперсность, форма частиц и характер их поверхности, пористость и микротрещиноватость, прочность структурных связей;

• текстурные особенности — ориентация частиц, слоистость, включения и т. п. При сжатии глинистых грунтов происходит изменение их структуры и текстуры.

Изменение структуры и текстуры глинистых грунтов при компрессии складывается из:

• уменьшения общей пористости;

• уменьшения размера пор и изменения их формы;

• изменения размеров микроагрегатов и частичного их разлома;

• переориентация глинистых частиц.

Скорость сжатия глинистых грунтов зависит от влажности грунта и от мощности сжимаемого слоя.

При полном насыщении образца водой скорость сжатия грунтов до известной степени определяется их водопроницаемостью. Графически зависимость пористости (или влажности) от давления изображают компрессионной кривой .

Следует отличить компрессию грунта от более общего понятия - сжимаемости . При компрессии исключена возможность бокового расширения грунта.