2.3 Показатели свойств различных торфов

Показатели свойств

В таблице (Приложение 1 и приложение 2) приведены основные показатели свойств торфа для основных типов торфяных залежей в условиях естественного залегания.

Рассмотрены: средняя глубина (Н,м ;степень разложения (R,%), средняя зольность на сухое вещество (А,% ; содержание фракций размером больше 250 мкм ( Р₂₅₀ % ); показатель кислотности ( рН ); среднее влагосодержание ( W,%); коэффициент пористости ( e ); удельное сопротивление сдвигу при испытаниях торфяной залежи на срез с помощью 4– х лопастной крыльчатки (t ,КПа); удельное сопротивление торфа погружению стандартного конусного наконечника при зондировании торфяной залежи (ɡ , КПа ).

3. Основные закономерности механики грунтов

1. Закон уплотнения – характеризует сжимаемость грунтов. Показатель коэффициента уплотнения, нужный для расчёта осадок фундамента.

2. Водопроницаемость грунтов подчиняется закону ламинарной фильтрации, характеризуется коэффициентом фильтрации. Является показателем скорости осадки грунтовых оснований.

3. Контактная сопротивляемость сдвигу – характеризуется предельным сопротивлением сдвигу, оценивается коэффициентом внутреннего трения и сцеплением грунта. Используется для расчётов предельной прочности, устойчивости и давления на ограждения.

4. Структурно – фазовая деформируемость подчиняется принципу общей и линейной деформируемости. Оценивается модулем деформируемости и используется для определения напряжений и деформаций в грунте.

3.1. Закон уплотнения грунтов

Сжимаемость заключается в способности грунтов изменять своё строение на более компактное за счёт уменьшения пористости. (под влиянием нагрузки, при уменьшении влажности, при коагуляции и других воздействиях)

Сжатие может происходить под воздействием кратковременных динамических нагрузок и от продолжительных статических, которые называют компрессионными.

Сжатие грунтов

Сжатие грунтов зависит от давления, влажности и коэффициента пористости.

Графически эти связи : e = f(p) изображают в виде кривых, называемых компрессионными.

Рис 3.1 Компрессионные кривые

1 - кривая уплотнения

2 - кривая набухания

е = W_max ^. γ_s

Коэффициент пористости изменяется при осадке слоя грунта под нагрузкой. Осадку измеряют с помощью прибора одометра, в котором исключено боковое расширение грунта.

Рмс 3.2 Схема одометра

Верхний и нижний диски могут иметь отверстия для удаления не связанной жидкости. По объёму удаляемой жидкости наблюдают за изменением пористости грунта, т.к. все поры в водонасыщенном торфе заполнены водой.

Коэффициент пористости е –это отношение объёма пор к объему твёрдых частиц.

e_i – коэффициент пористости при i - той нагрузке.

e _i = e ₀ (Δn _i /m), где

е₀ – начальная пористость; ∆n_i - изменение объёма пор от начала приложения нагрузок до P_i ;

∆n _i = S _i ·F

S_i – полная осадка образца при i - той нагрузке (P_i), измеренная от начала нагружения.

,

где F-площадь сечения образца; h-начальная высота. Отсюда:

По значениям коэффициента пористости e_i строят компрессионные кривые.

В полулогарифмических координатах (e=f(ln P)) изменение е будет линейным ( для давлений превышающих структурную прочность материала, P₀).

Рис 3.3 График зависимости e=f(ln P)

Тангенс угла наклона полулогарифмической кривой к оси давления, характеризующий сжимаемость грунтов в большом диапазоне давлений, называется коэффициентом компрессии C_e

При малом изменении давления (Р₁-Р₂) не прибегая к логарифмированию, с достаточной практической точностью можно считать, что e_i =e_o- tgα P_i ,

где tgα - характеризует сжимаемость грунта на участке Р₁-Р_2. .

Рис 3.4 Спрямление кривой сжимаемости в малом диапазоне давлений

m₀= tgα,

где m_o – коэф. сжимаемости

,

_{обозначим действыющее давление Р 2 - Р 1 = Р}, тогда:

Т.е. коэффициент сжимаемости равен отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего давления.Отсюда:

e_i=e₀-m_0*P_i

коэффициент относительной сжимаемости

или

Он равен относительной осадке S_i/h, приходящейся на единицу действующего давления P_i .

Формулировки закона уплотнения

Уравнение e_i = e₀ - m₀·P_i - является приближённым, т.к. описывает закон изменения пористости только на спрямленном участке.

Если спрямленный участок сделать бесконечно малыми, то изменение коэффициента пористости будет точным и строго соответствующим изменению давления

de = - m₀dP

- это и есть закон уплотнения грунта, и формулируется он так:

«бесконечно малое изменение относительного объёма пор грунта прямопропорционально бесконечно малому изменению давления»

Его можно распространить на конечные изменения коэффициентов пористости и действующие давления:

e₁ –e₂ = -m₀(P₂-P₁)

и тогда он формулируется так:

«При небольших изменениях уплотняющих давлений изменение коэффициента пористости прямо- пропорционально изменению давления.

Общий случай компрессионной зависимости

Изменения коэффициента пористости в грунте зависит не только от вертикальной нагрузки и вертикальных (нормальных) напряжений Ϭ_z ,но и от горизонтальных Ϭ_x и Ϭ_y.

Т.е. от суммы θ = Ϭ_x + Ϭ_y + Ϭ_z

При сжатии грунта в жестком кольце:

Ϭ_z = Р; Ϭ_x = Ϭ_y; ε_х = ε_у=0 (относительная деформация)

Общее выражение горизонтальной относительной деформации

ε_х = - (Ϭ_z + Ϭ _х),

где Е₀ – модуль деформации грунта (общая деформация)

μ₀ – модуль общей горизонтальной деформации

Для кольца: Ϭ_x = Ϭ _y, Ϭ_z = Р, ε_х =0, получим Ϭ_x = Ϭ_y= ξ₀Р , | ξ -кси|

ξ_{0 -} коэффициент бокового давления грунта – отношение приращения горизонтального давления грунта, к приращению действующего вертикального давления:

ξ или:

q₀= ξP₀+D – уравнение прямой, с угловым коэффициентом ξ и постоянной интегрирования D, определяемой из начальный условий.

Для песков : ξ= 0,25 0,37

Для глин: ξ = 0,11 0,82