13.Эффективное и нейтральное давление в грунтовой массе. Влияние порового давления на механические свойства грунта.

Физическая модель водонасыщенного грунта

Процесс фильтрации воды из зоны действия сжимающих напряжений будет продолжаться до тех пор, пока силы внутреннего сопротивления скелета грунта не станут равными внешней нагрузке.

В данной схеме пружина моделирует действие внутренних сил сопротивления скелета грунта сжатию.

Жидкость, заполняющая герметичную емкость, представляет собой поровую воду, которая может удаляться из камеры через отверстие в верхнем поршне. Диаметр отверстия в поршне зависит от фильтрационных свойств моделируемого грунта.

Если к верхнему поршню данной модели приложить внешнюю нагрузку (N) сразу возникнет избыточное давление в камере (Р_w) и вода начнет

изливаться через отверстие в поршне. По мере

отжатия воды в работу включается пружина, и часть внешней будет передаваться на нее.

Схема работы модели

В общем случае:

N=P_w+P_s

В начальный момент времени при t = 0:

P_s =0; N=P_w

По истечении достаточного времени (t = ∞) вся внешняя нагрузка уравновеситься реакцией в пружине, избыточное давление снизиться до 0 и процесс отжатия воды прекратится.

Тогда при t = ∞:

P_w =0; N=P_s

от физической модели к грунту.

Внешняя нагрузка N будет соответствовать полному сжимающему напряжению σ, давление в жидкости P_w давлению в поровой воде u и реакция в пружине P_s напряжению, возникающему в скелете грунта

Т огда по аналогии, уравнение 6.8 можно представить в виде:

При t = 0:

При t = ∞:

В механике грунтов поровое давление (U) называется нейтральным давлением, а давление в скелете грунта - эффективным.

Нейтральное давление (u)– избыточное давление в поровой воде грунта.

Н ейтральным это давление называется из-за того, что оно не оказывает влияния на величину деформаций уплотнения грунта. Каким бы не было значение нейтрального давления, деформации грунта будут зависеть только от напряжений в скелете грунта.

Эффективное напряжение ( ) –напряжение в скелете грунта, обуславливающее деформации уплотнения грунта под нагрузкой.

Деформации грунтового основания происходят до тех пор, пока нейтральное давление u не станет равным нулю.

Состояние, при котором поровое давление u не равно нулю называется нестабилизированным.

Влияние порового давления на свойства грунта

Деформационные свойства

Грунты с низким коэффициентом фильтрации деформируются длительное время

Длительность процесса осадки основания для различных грунтов

Деформирование глинистых грунтов может продолжаться длительное время и этот процесс, как правило, не завершается по окончании строительства. Деформации грунтового основания по окончании строительства могут привести к развитию нежелательных повреждений в надземных конструкциях уже после проведения внутренней отделки.

Поэтому при расчёте оснований необходимо определять время наступления стабилизации осадок.

Прочностные свойства

Рассмотрим закон Кулона с учетом эффективного и нейтрального давления. Так как величина сил, прижимающих частицы грунта друг к другу, зависит только от эффективного давления , то предельное сопротивление грунта срезу ( )будет определяться по зависимости:

У читывая, что соотношение между эффективным и нейтральным давлением изменяется по мере фильтрации воды из пор грунта, то и сопротивление водонасыщенного грунта сдвигу так же будет изменяться со временем:

Сопротивление грунта сдвигу на различных стадиях уплотнения грунта

Таким образом, при

(то есть когда грунт находится в

нестабилизированном состоянии)

сопротивление грунта сдвигу значительно меньше, чем при стабилизированном.