3.2.Водопроницаемость грунтов

Водопроницаемость грунта - это способность дисперсных тел фильтровать воду. Зависит от уплотнённости грунта и градиента напора, вызванного теми или иными физическими причинами ( температура, осмос, адсорбция, гравитация ( включая и давление от сооружений).

Скорость напорного движения грунтовых вод зависит от размеров капилляров, сопротивлений и действующих напоров.

Рис 3.5 Схема фильтрации воды в грунте

Если линии токов воды не пересекаются друг с другом, то такое движение называют ламинарным. В грунтах оно, как правило, именно такое.

Гидравлический градиент i определяется по формуле:

i = tg ĵ = (H₂-H₁) / L

H₂-H₁ = H действующий напор. ĵ = H / L

Скорость фильтрации (расход воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта) прямо пропорциональна гидравлическому градиенту.

V_ф= K_ф i Закон Дарси (1885) – закон ламинарной фильтрации.

Где: Кф – коэффициент фильтрации, он равен скорости фильтрации при градиенте = 1 {см/с; см/год…}

Внешняя нагрузка от сооружений так же выражается высотой столба воды

γ_w = 0,001 кг/см³

Коэффициенты фильтрации различных грунтов:

Супесь К_ф = r 10^-3 – r 10^-1 см/с

Суглинок К_ф = = r 10^-5 – r 10^-8 см/с

Глина К_ф= r 10^-7 – r 10^-10 см/с , где

r - любое число от 1 до 9, 1 см/с ≈3 * 10⁷ см/год

Эффективное и нейтральное давление.

При сжатии грунта возникает давление в скелете грунта P_z и в поровой жидкости P_w.. Давление в скелете грунта – называется эффективным, оно действует на грунтовые частицы, уплотняя и упрочняя грунт. P_w – нейтральное, т.к. не уплотняет и не упрочняет грунт, а создает напор в воде, вызывая её фильтрацию.

Полное давление в водонасыщенном грунте:

Р= P_z+ P_w.

Рис 3.6 Модель сжатия грунтовой массы: ,

В начале нагрузка передаётся на воду, затем, по мере её отжатия, на скелет .

Общее давление будет равно:

Где σˉ - эффективное давление, u - поровое давление

Отсюда , т.е. эффективное давление в любой точке водонасыщенного грунта равно разности между полным и нейтральным давлением.

3.3. Контактное сопротивление сдвигу .Условия прочности

Сдвигающие напряжения

Под действием внешней нагрузки в грунте могут произойти сдвиги обусловленные разрывом внутренних связей между частицами (нагрузка превысила прочность грунта).

Сопротивления, препятствующее сдвигу частиц это:

1) трение, возникающее в точках контакта частиц;

2) внутренние структурные (жесткие) связи;

3) вязкие водно-коллоидные связи оболочек частиц.

В реальных грунтах они все действуют одновременно.Сопротивление сдвига зависит от внешних условий и давлений в точках контакта. Показатели сопротивляемости сдвигу можно определить методами плоскостного среза, одноосного и трехосного сжатия.

Плоскостной срез грунта

Рис 3.7 Схема прибора для плоскостного среза по горизонтальной плоскости

1 - верхний фильтр; 2 - верхнее подвижное кольцо; 3 - плоскость среза; 4 - нижнее неподвижное кольцо; 5 - нижний фильтр; ; 6 – стол; 7 - сила сдвигающая; 8 - нормальная сила

Рис 3.8 Диаграмма сдвига и диаграмма предельных сопротивлений сдвигу

S = f(τ), где τ – сдвигающее напряжение; S - деформация при сдвиге.

τ _пред = f (σ), где σ – уплотняющее давление; τ _пред - предельное сопротивление сдвигу.