27777!

Структурно фазовая деформируемость грунтов

Целью расчета оснований по деформациям  является ограничение абсолютных и (или) относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т. п.). Под действием нагрузки, приложенной к основанию через фундамент, в грунте основания возникает напряженное состояние, которое вызывает развитие деформаций, приводящих к перемещению (осадке) фундамента и поверхности грунта вокруг него.

Поскольку грунт состоит из твердых  частиц (твердых тел) и пор, заполненных водой и воздухом (жидкостью и газом), его деформации будут развиваться в зависимости от деформативности указанных составляющих. Виды деформаций грунта и физические при-чины, их вызывающие, можно систематизировать .Как правило, при расчете осадок фундаментов рассматривают интегрально остаточные деформации уплотнения и деформации искажения формы. Из упругих деформаций изменения объема учитывают только деформации замкнутых пузырьков воздуха (газа), так как деформации объема твердых частиц и воды в тысячи раз меньше остаточных деформаций уплотнения.

 Деформации грунтов.Виды и причины деформаций

Грунты обладают как упругими, так и остаточными свойствами, что хорошо видно по результатам  компрессионных испытаний (см. рисунок). Как видно из представленного  рисунка, после разгрузки обратная ветвь компрессионной кривой (к.к.) не возвращается в исходное положение. В результате, на оси ординат легко определяются два участка значений коэффициента пористости с упругими и остаточными свойствами.

Пример компрессионных испытаний грунтов

Проявление в грунте как  упругих, так и остаточных свойств.

Таким образом, в общем  случае, грунты при деформировании обладают как упругими, так и остаточными  свойствами.

Физические причины упругих  деформаций:

• упругость минеральных частиц грунта;

• упругость воды;

• упругость замкнутых пузырьков воздуха.

Физические причины остаточных деформаций:

• уплотнение грунта;

• сдвиги частиц грунта;

• разрушение частиц в точках контакта.

Для различных грунтов  соотношения между упругими и  остаточными деформациями различны. Так для песчаных грунтов упругость  практически не проявляется, а вот  для глинистых грунтов, упругие  свойства могут быть весьма значительны.

 

 

Упругие деформации: искажения формы

Действие молекулярных сил упругости, развивающихся при искажении структурной решетки твердых частиц и цементирующего коллоидного вещества изменения объема Действие молекулярных сил упругости замкнутых пузырьков воздуха, тонких пленок воды и твердых частиц

Остаточные деформации:

уплотнения 

Разрушение скелета грунта и  отдельных eго частиц в точках контактов, взаимный сдвиг частиц, выдавливание поровой воды, обусловливающие уменьшение пористости (компрессию грунта) пластические Развитие местных сдвигов в областях предельного

напряженного состояния просадки Резкое нарушение природной структуры грунта при изменении условий его существования (замачивание лёссов, оттаивание мерзлых грунтов и др.) набухания.Проявление расклинивающего эффекта в результате действия электромолекулярных сил и выделение из поровой воды раство-ренного в ней газа при понижении давления. Особенности деформирования грунтов выявляются в результате экспериментов, характер нагружения рассматривался в п. 4.1 «Фазы напряженно-деформированного состояния грунта».

принцип линейной деформируемости для грунтов: при небольших изменениях давлений грунты можно рассматривать как линейно-деформируемые тела, то есть зависимость между общими деформациями и напряжениями для грунтов может быть принята линейной: σ = Е · ε.

32.Основные свойства набухающих грунтов.

Набухающие глинистые грунты характеризуются следующими параметрами:

• давлением набухания P_sω;

• влажностью набухания ω_sω;

• относительным набуханием при заданном давлении ε_sω;

• относительной усадкой при высыхании ε_sh.

Эти характеристики определяются в лабораторных условиях согласно ГОСТ 24143-80. Давлением набухания P_sω грунта называют то минимальное давление, при котором грунт не набухает. Давление набухания развивается в глинистом грунте как реакция внешней нагрузке, передаваемой на грунт от сооружения или выщелачивающей толщи грунта. Это давление может достичь 0,8 МПа и возникает в основании гидротехнических сооружений после пуска в них воды, что приводит к деформациям этих сооружений, вследствие неравномерного поднятия фундамента на разных участках.

За влажность набухания ω_sω принимается влажность, полученная после завершения набухания образца, обжатого без возможности бокового расширения заданным давлением Р. С увеличением плотности грунта влажность набухания уменьшается.

Набухаемость грунтов оценивают коэффициентом относительного набухания ε_sω, который находят испытанием грунта в одометре, и нагружают давлением, которое ожидается на данной глубине с учетом давления от возводимого сооружения. Затем в одометр подают воду. В результате чего происходит набухание образца грунта, т.е. поршень одометра будет перемещаться вверх. По данным испытания можно построить кривую (рис. 1). Рис. 1. Зависимости деформаций набухающего грунта (а) и относительного набухания (б) от нормального давления При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима относительное набухание находят по формуле         где k — коэффициент, определяемый опытным путем, а при отсутствии экспериментальных данных принимается равным 2;  ω_eg — конечная (установившаяся) влажность грунта; ω₀ — начальная влажность грунта; ε₀ — начальное значение коэффициента пористости грунта. Значения относительного набухания зависят от плотности и начальной влажности грунта. С увеличением начальной влажности образца грунта набухание снижается тем быстрее, чем больше ω_о.

Снижение прочностных характеристик при набухании происходит у всех набухающих грунтов. После набухания грунта модуль деформации уменьшается в несколько раз, что наглядно видно из табл. 1. Также видно, что модуль деформации набухающих глин, определенный в лабораторных условиях, значительно ниже, чем определенный при полевых испытаниях. Таблица 1. Значения модуля деформации набухающих глин до и после замачивания (по Е.А. Сорочану, 1989)

Глины	Значения модуля деформации, МПа		Отношение значений модуля деформации,  определенного полевым методом,  к лабораторным Eлаб / Епол
	Лабораторные  Елаб	Полевые  Епол
Сарматские (Керчь):     до замачивания     после замачивания	11,0  3,0	25-30  9-10		2,3-2,7  3,0-3,3
Киммерийские (Керчь):     до замачивания     после замачивания	8,0 2,7	21  7-11		2,6  2,6-4,1
Хвалынские (Волгоград)     до замачивания     после замачивания	8,0  2,0	16-20  3,6		2,0-2,5  1,8

Так, для глины природной влажности модуль деформации по полевым данным больше, чем по лабораторным, в 2,3—2,7 раза, а для увлажненной — в 3,0—3,3 раза.