
- •Краткое содержание
- •Введение
- •2 Свойства торфа и торфяных залежей
- •2.1 Общетехнические свойства торфа Классификация грунтов по происхождению
- •2.2 Физико-механические свойства торфов
- •2.3 Связь между основными показателями физико-механических свойств торфа
- •2.3 Показатели свойств различных торфов
- •3. Основные закономерности механики грунтов
- •3.1. Закон уплотнения грунтов
- •3.2.Водопроницаемость грунтов
- •Эффективное и нейтральное давление.
- •Полное давление в водонасыщенном грунте:
- •3.3. Контактное сопротивление сдвигу .Условия прочности
- •Закон Кулона
- •3.4. Структурно–фазовая деформируемость грунтов.
- •Общая зависимость между деформациями и напряжениями.
- •Принцип линейной деформируемости
- •Деформация отдельных фаз грунта
- •4. Распределение напряжений внутри массива грунта
- •4.1 Распределение напряжений по глубине торфяной залежи
- •Действие сосредоточенной силы
- •Сжимающее напряжение от нескольких сосредоточенных сил
- •Действие силы, приложенной внутри линейно-деформируемого пространства
- •Действие равномерно распределенной нагрузки
- •Определение сжимающих напряжений по методу угловых точек.
- •Определение сжимающих напряжений по способу элементарного суммирования
- •4.2 Распределение напряжений при полосообразной нагрузке в линейно деформируемом массиве. Плоская задача.
- •4.3 Распределение давлений по подошве тел. Контактная задача.
- •4.4 Распределение напряжений от собственного веса грунта
- •5. Лабораторные методы определения механических свойств торфа
- •5.1.Компрессионные испытания.
- •5.2 Испытание торфа на сдвиг (срез).
- •5.3 Трехосные испытания торфа
- •6. Полевые методы испытаний торфяной залежи
- •6.1. Основные положения
- •6.2. Метод вращательного среза
- •6.3. Полевые испытания торфяных залежей методом статического зондирования
- •6.4. Измерение порового давления в слабых грунтах
- •6.5. Несущая способность залежи и проходимость машин (штамповые испытания)
- •6.6. Исследование осадок торфяных оснований под насыпями
- •7. Деформационные свойства торфяных залежей
- •7.1 Виды деформаций торфяной залежи
- •7.2 Распределение деформаций по глубине торфяной залежи
- •7.3 Определение упругих деформаций.
- •7.4.Одномерное компрессионное уплотнение торфа и торфяной залежи
- •7.5 Консолидация (Одномерное уплотнение торфа во времени)
- •8. Предельно - напряжённое состояние торфяной залежи
- •8.1 Фазы напряжённого состояния торфяной залежи
- •8.2 Фазы напряжённого состояния торфяной залежи при полосообразной нагрузке
- •1) Первая фаза (первое предельное давление
- •2) Вторая фаза (второе предельное давление )
- •Оценки устойчивости откосов по методу круглоцилиндрических поверхностей.
- •9.2 Разрушение грунта в придонной зоне канала и выпор грунта.
- •10.Изменение физических свойств грунтов при промерзании.
- •10.1 Мёрзлые грунты
- •10.2 Физические свойства мерзлых грунтов.
- •10.3 Прочность торфа и торфяной залежи при промерзании
- •Приложения Приложение 1.
- •Литература
- •Оглавление
- •2 Свойства торфа и торфяных залежей 4
- •3. Основные закономерности механики грунтов 11
- •4. Распределение напряжений внутри массива грунта 25
- •5. Лабораторные методы определения механических свойств торфа 38
- •6. Полевые методы испытаний торфяной залежи 45
- •7. Деформационные свойства торфяных залежей 56
- •9. Устойчивость откосов каналов и выпор торфа. 67
- •10.Изменение физических свойств грунтов при промерзании. 71
Оценки устойчивости откосов по методу круглоцилиндрических поверхностей.
Этот метод в наибольшей степени соответствует практике строительства каналов - осушителей и является наиболее точным.. Он учитывает трение в слоях торфяной залежи и силы сцепления.
Рис 9.2 Расчетная схема определения устойчивости откоса по круглоцилиндрической поверхнос
Уравнение равновесия относительно точки вращения откоса
.
Скольжение откоса вызывают
силы веса призмы обрушения
.
Призму скольжения АВС разбивают
вертикальными плоскостями на ряд
отсеков. Принимают точки приложения
веса в середине отсека на
пересечении
его с дугой скольжения. Силами
взаимодействия отсеков по вертикальным
плоскостям пренебрегают.
Связывающие силы
,
удерживающие силы
и С
уравнение равновесия: *R - *R – С*L*R=0, где
- Угол внутреннего трения ; С- удельное сцепление; L – длина дуги скольжения АС
Коэффициент устойчивости откоса это отношение момента удерживающих сил к сдвигающим силам.
Если
,
то откос считают
устойчивым
Оценка устойчивости сводиться к отысканию наиболее опасной дуги скольжения.
9.2 Разрушение грунта в придонной зоне канала и выпор грунта.
Причиной напряженного состояния грунта (залежи) в зоне осушителей являются фильтрационные силы и вес грунта, лежащего выше плоскости дна канала.
Разрушение грунта происходит там, где касательные напряжения
превышают прочность
грунта, выраженную
предельным сопротивлением сдвигу
-
касательные напряжения, вызванные
фильтрационными силами
-
касательные напряжения, вызванные
массой грунта.
Причиной нарушения равновесия
является малая прочность грунта, малая водопроницаемость, преувеличенная глубина канала.
Экспериментально установлено, что зона разрушения выражена в виде треугольника АВD. Рис.7.4
Рис 9.4 Расчетная схема выпора дна канала
-
плотность водонасыщенного грунта.
На грунт по границе АД
действуют, направленные вверх, объемные
фильтрационные силы
-
плотность воды
Н- пьезометрический напор
z- расстояние от рассматриваемой точки до канала по вертикали.
Нормальное напряжение от фильтрационных сил:
или
действующий
напор;
-
напор в точке с координатами z.
Равнодействующая фильтрационных сил
по границе АС( из соображений симметрии
берем только левую половину рисунка
7.4)
;
Касательные напряжения вдоль
линии АВ, имеющей длину
или
Анализ зон разрушения грунта
показал, что
,
тогда
Касательное напряжение в любой точке в основании канала, вызванные массой грунта, расположенного выше плоскости х-х
Высота зоны разрушения зависит от глубины канала. Высота выпора линейно зависит от величины зоны разрушения.
Если необходимо выкопать
канал с глубиной большей максимально
допустимой исходя из условия отсутствия
выпора дна, разработка ведется поэтапно
с постепенным углублением отметок
(величина углубления
0,4-0,6м
с учетом осадки залежи) через 3-4 месяца
летом и 6-7 месяцев осенью и зимой.
10.Изменение физических свойств грунтов при промерзании.
10.1 Мёрзлые грунты
Мерзлыми грунтами называются грунты, имеющие отрицательную или нулевую температуру, в которых хотя бы часть содержащейся воды замерзла. Замерзшая вода, превратившись в лёд, цементирует структуру грунта.
Мерзлые грунты относятся к структурно-неустойчивым, т.к. при повышении температуры выше 00 С в них происходят осадки и просадки.
При замерзании воды в грунте свойства грунта изменяются:
1) Возникает большое число цементационных связей между частицами. Их тем больше и тем они прочнее, чем ниже температура.
2)Увеличивается объём грунта. Изменение объёма идёт неравномерно. Частицы после оттаивания не возвращаются в первоначальное положение.
3)При промерзании в грунтах происходит перераспределение влаги (миграция). Это вызывает пучение грунтов, образование бугров и другие явления.
Структура мерзлых грунтов отличается от грунтов, не подвергшихся замораживанию. При их оттаивании увеличивается водопроницаемость и сжимаемость, Снижается устойчивость. Увеличивается размокание. При замерзании в порах грунта одновременно со льдом может находиться определенное количество воды в жидком виде.
Фазовый состав воды:
1)Твёрдая фаза - лёд. Это основной цементирующий материал. Его свойства зависят от величины отрицательных температур. При понижении температуры он упрочняется т.к. подвижность водородных атомов в кристаллической решетке льда уменьшается. Он встречается в виде льда-цемента, в виде линз и прослойков разной толщины
2)Жидкая фаза. Её присутствие обусловлено. влиянием электромолекулярных сил, действие которых сказывается понижением температуры замерзания лиосорбированной воды, т.е воды диффузных оболочек.
При 00 С вода замерзает только в широких сосудах. В капилляре, диаметром 1,57мм она замерзает при -6,4 град.. В капилляре диаметром 0,06мм при -18,5 град. Т.е, чем тоньше капилляр, тем сильнее сказывается действие поверхностных молекулярных сил адсорбции, что и понижает температуру замерзания воды. Так же ведут себя тонкие водные плёнки.
Вода в грунтах замерзает постепенно: вначале свободная в крупных парах и капиллярах, затем слои лиосорбированной воды достаточно далеко удалённые от поверхности твёрдых частиц, потом слои, расположенные ближе к поверхности и т.д. Небольшая часть воды, даже при температуре минус 30градусов, остаётся незамёрзшей.
3) Водяной пар заполняет свободные от льда и плёнок воды крупные поры, морозобойные трещины и др. объёмы. Пар движется от мест с большим давлением к местам с меньшим давлением т.е из мест с более высокой температурой к местам с пониженной температурой т.е к области промерзания.
Кривые изменения температур замерзания грунтов делятся на несколько участков (зон): 1) зона, где идёт процесс охлаждения и переохлаждения грунта; 2) зона - процесс замерзания грунта; 3) зона - участок наступившего равновесия между внешней теплоотдачей и теплоприходом от выделенной скрытой теплоты льдообразования ( кривая имеет горизонтальный участок); 4) дальнейшее снижение температуры и замерзания более связанной воды..(рис10.1)
Рис 10.1 . Кривая замораживания и оттаивания
Влага в промерзающих грунтах мигрирует из нижних слоев грунта к верхним. В водонасыщенных грунтах миграция идёт преимущественно в жидкой фазе, при неполном насыщении грунта водой - за счет передвижения парообразной воды. Миграция жидкости происходит за счёт действия осмотических сил, из-за наличия температурных градиентов, из-за неравномерности промерзания и за счёт действия капиллярных сил, обусловливающих подъём воды по трещинам и порам замерзания. Осмотические силы возникают в форме всасывающей силы раствора и зависят от температуры, увеличиваясь с её понижением. Разность осмотических сил в слоях воды у поверхности охлаждения и в подстилающих слоях обусловливает перемещение влаги (медленное) к границе охлаждения.
При понижении температуры до отрицательной в крупных порах возникают центры кристаллизации воды, к которым притягиваются другие молекулы воды из капилляров соседних объёмов. Начинают расти кристаллы льда.
Вследствие роста кристаллов толщина слоев связанной воды быстро уменьшается и давление всасывания в них увеличивается. Возникает непрерывный ток воды к границе промерзания.
Скорость миграции воды зависит: от гидратационной способности твёрдых частиц; от интенсивности охлаждения; от фильтрационной способности грунта. Особенно велика миграция в тонкодисперсных грунтах. В крупнодисперстных грунтах(крупный песок) она может совсем отсутствовать. Иногда наблюдаются обратный эффект отжатия влаги растущими кристаллами льда из-за очень малой силы всасывания и отсутствия сопротивления выжиманию воды(Поршневой эффект - используется в дорожном деле для устройства противопучинных прослоек, прерывающих приток воды к границе промерзания (крупнопесчаные грунты)).
Образование прослоек и линз льда называют льдовыделением. Оно бывает нормальным (если нет притока дополнительной влаги из нижележащего грунта) и избыточным, когда есть, т.е. с подтоком воды извне.
На льдовыделение влияет: состав грунта, влажность, температура, режим замораживания, гранулометрический состав(в крупных меньше). При быстром замораживании до очень низких температур(- 50 град) образование прослойки льда, видимых невооруженным глазом, не наблюдается (т.е. можно сохранить структуру и свойства грунта). Мощные линзы образуются при длительной задержке границы промерзания на некотором уровне (при оттепелях) или при колебании границ промерзания, а так же при наличии подтока воды извне.
Грунт подвергшийся замораживанию и оттаиванию приобретает разрыхлённую структуру, что обусловливает его дополнительную осадку под нагрузкой. Ухудшаются его механические свойства и устойчивость.
Основания сооружений не должны подвергаться замораживанию в условиях возможного избыточного льдовыделения при высоком стоянии уровня грунтовых вод (даже в песчаных грунтах).