Сопротивление грунтов сдвигу Понятие прочности грунта
Понятие прочности грунта в первую очередь связано с обеспечением:
устойчивость грунтового основания фундамента (рис. 9);
устойчивости откосов (рис.10).
При потере устойчивости откосов оснований и обрушение откосов в грунтовом массиве происходит сдвиг одной части относительно другой, поэтому
прочностные свойства грунта напрямую связаны с сопротивлением грунта сдвигу.
Сопротивление грунта сдвигу обусловливается возникновением в дисперсной грунтовой среде:
трения между частицами грунта;
структурных связей между частицами грунта.
Трение между частицами грунта зависит от ряда фактроров:
минерального состава;
грансостава;
влажности грунта;
величины нормальной силы прижимающей частицы друг к другу;
окатаности зёрен.
В целом сопротивление грунта сдвигу можно охарактеризовать:
силами трения;
силами сцепления.
Рис. 9. Схема устойчивость грунтового основания фундамента
Рис. 10. Схема потери устойчивости откосов
Испытание грунта в приборе одноплоскостного среза
Исследование прочностных свойств грунтов в лабораторных условиях выполняют при помощи сдвигового прибора, принципиальная схема которого приведена на рис.11.
Рис.11. Принципиальная схема сдвигового прибора
Основными деталями данного прибора являются:
неподвижная часть;
подвижная часть (платформа);
загружающее устройство для создания обжимающего давления N;
загружающее устройство для создания сдвигающего усилия G;
индикаторы вертикальных и сдвигающих перемещений.
Испытание грунта производят при
постоянной нагрузке N до
тех пор, пока одна часть грунта не
сдвинется относительно другой на
расстояние более 5мм. При этом измеряют
максимальное усилие
,
которое было достигнуто в ходе испытаний.
Нормальные и касательные напряжения в момент сдвига определяются следующим образом:
, (1)
, (2)
где τu- максимальное касательное напряжение в грунте в момент среза.
Испытания повторяют при других значениях обжимающего давления N.
Сопротивление грунта сдвигу для связанных и сыпучих грунтов
По испытаниям грунта в сдвиговом приборе
строят зависимость
,
рис.12.
Рис.12. Зависимость предельного сопротивления грунта сдвигу от нормального давления для связанных грунтов
В целом зависимость
представляет собой практически прямую
линию выходящую из точки с под
углом
к оси абсцисс. Величины с
и
являются параметрами прямой линии и
в целом характеризуют прочностные
свойства грунта.
Параметры с и отражают прочностные свойства грунта и носят название прочностных характеристик.
Уравнение прямой линии с учетом прочностных характеристик можно записать в следующем виде.
(3)
Значение величин с и зависят от многих факторов. Наибольшее влияние на формирование прочностных свойств оказывают гранулометрический состав грунта, характер структурных связей, влажность грунта, окатанность частиц и т.д. Каждый тип, вид, разновидность грунта характеризуется своими прочностными свойствами. Одной из важнейших задач инженерно-геологических изысканий является определение значений с и без знания которых невозможно выполнить качественный расчет грунтовых оснований.
Величина
(см.рис.12) называется в давлением
связанности. Ее можно определить
через прочносные характеристики грунта
с и
:
(4)
В случае если грунт не обладает связанностью (с=0) уравнение 3 принимает вид:
, (5)
Графически эта зависимость представлена на рис. 13.
Рис. 13. Зависимость для сыпучих грунтов.
Линейная зависимость между сопротивление грунта сдвигу и нормальным напряжением носит название закона Кулона. Его можно сформулировать в следующем виде:
Предельное сопротивление грунта сдвигу прямо пропорционально нормальному сжимающему напряжению.