ГРУНТЫ

4. Определение модуля деформации грунта по данным полевых штамповых испытаний статической нагрузкой.

В качестве деформационной характеристики грунта часто используют модуль общей деформации E₀, характеризующий остаточные и упругие деформации. Его определяют различными методами, в т. ч. по компрессионной кривой (Кривая зависимости коэффициента пористости от давления, характеризует сжимаемость грунта в одометре), испытанием грунта статической нагрузкой, с помощью прессиометров, а также по простейшим физическим хар-скам грунта.

Рис. 2.5. Испытание грунта статической нагрузкой в шурфе а — схема установки; б — зависимость осадки от давления.

На дно 1 шурфа(горная выработка небольшой глубины до 25м) или скважины - жесткий штамп 4, тщательно притирая его к основанию. К платформе 3 прикладывают нагрузку 2 ступенчато. В результате такого эксперимента получают график зависимости осадки штампа от среднего давления по его подошве. Кривая, выражающая эту зависимость в пределах небольших давлений, как правило, сравнительно близка к прямой, линейной зависимости между напряжениями и деформациями в грунтах. Результаты испытаний грунтов статической нагрузкой с помощью жестких штампов позволяют определить модуль деформации грунтов, используя теорию упругости, по формуле

(2.14) где ω — коэффициент, зависящий от свойств штампа (форма, площадь),Δр— приращение среднего давления по подошве штампа; Δs — приращение осадки штампа при изменении давления на Δр. Значения Е₀, найденные по формуле не соответствуют действительности,т.к. определены исходя из линейной деформируемости бесконечного полупространства. Фактически же грунты уплотняются в пределах сравнительно ограниченной глубины, ниже которой вследствие рассеивания давления возникают напряжения, меньшие структурной прочности грунта. Следовательно, ниже некоторой глубины деформируемость грунта будет намного меньше. Принимая зависимость между напряжениями и деформациями в пределах полупространства линейной, получают завышенный модуль деформ. Е₀. Однако это завышение частично компенсируются тем, что при вскрытии шурфа или бурении скважины в массиве грунта неизбежно уменьшаются напряжения. Уменьшение же напряжений ведет к разуплотнению грунта и к частичному нарушению природной структуры. По этой причине в последнее время для испытаний грунтов стали применять завинчиваемые штампы. 27. Фазы напряженного состояния грунтов.

Фазы напряженно-деформированного состояния грунта: Рстр – структурная прочность;

нач, Ркр – начальное критическое давление;

пред, Ркр – предельное критическое давление; R – расчетное сопротивление грунта; 0 – фаза упругой

работы; I – фаза уплотнения; II – фаза сдвигов; III – фаза выпоров; 1 – основание в допредельном

состоянии; 2 – зоны сдвигов; 3 – линии скольжения; 4 – зоны выпоров

Фаза упругих деформаций Деформации грунта обратимы и малы. Уровень напряжений, соответствующий концу этой фазы, называется структурной прочностью грунта Рстр = 5 – 10 % допустимых на грунт давлений.

Фаза уплотнения При полной разгрузке (пластическая) осадка, соответствующая

нулевым напряжениям по подошве. Повторное нагружение штампа до уровня напряжений,

достигнутых перед разгрузкой, происходит по графику, совпадающему с графиком разгрузки. Нагружение выше этого уровня происходит по закону первичной нагрузки. Линейная зависимость между напряжением и суммой упругой и пластической деформации грунта. Коэффициент пропорц-сти в этой линейной - модуль деформации грунта Е. Модуль упругости грунта Еа определяется по графику разгрузки и является коэффициентом пропорц-сти между упругой деформацией грунта и действующим напряжением. Модуль деформации используется в статических расчетах, а модуль упругости – в динамических расчетах грунтовых оснований.

Фаза сдвигов характеризует начало образования в грунте зон предельного равновесия (сдвигающие напряжения равны предельному сопротивлению грунта сдвигу). Первоначально эти зоны образуются по краям штампа, где имеет место концентрация напряжений. Разрушение грунта сопровождается большими сдвиговыми деформациями, что нашло отражение в названии рассматриваемой фазы напряженно-деформированного состояния грунта. Уплотнение грунта в этой фазе практически не происходит. Грунт считается несжимаемым. Давление на грунт, соответствующее началу фазы сдвигов, называют нач. критич. давлением – начРкр.

Фаза выпора Осадки происходят без увеличения нагрузки за счет перемещения грунта основания из-под штампа по плоскостям скольжения с выходом на поверхность грунтового массива. При этом вокруг штампа происходит поднятие (выпор) грунта. Непосредственно под штампом в фазе выпора образуется коническая переуплотненная зона, называемая ядром жесткости. Прочность этой зоны обусловлена боковыми давлениями со стороны окружающего грунта, находящегося в состоянии пластического течения. Жесткое ядро находится до исчерпания несущей способности основания в состоянии компрессионного сжатия, что и определяет его высокую прочность. В зонах пластического течения недоуплотненные грунты получают дополнительное уплотнение, а переуплотненные – разуплотняются. Давление, при котором наступает фаза выпора, называется предельным критическим давлением – пред Ркр.