5 Основные закономерности механики грунтов и механические свойства грунтов.

В МГ действуют 3 основных зависимости (закономерности):

1. Зависимость между давлением и изменением коэффициента пористости (компрессионная зависимость) – закон сжимаемости грунта; эта зависимость позволяет определить деформативные характеристики грунтов (модуль деформации) и использовать их в расчете осадок фундамента.

2. Зависимость между напором и скоростью фильтрации воды в грунте – закон ламинарной фильтрации Дарси; закон позволяет находить фильтрационные характеристики грунтов (коэффициент фильтрации) и затем их использовать для определения скорости протекания осадок во времени в водонасыщенных грунтах; для определения фильтрационных сил, для различных фильтрационных расчетов.

2. закон Кулона; эта зависимость позволяет находить прочностные характеристики грунтов (угол внутреннего трения и сцепление) и использовать их для нахождения расчетного и предельного давления на ограждение; эти характеристики дают возможность рассчитать устойчивость откосов и оснований земляных сооружений.

Для связных грунтов (пылевато-глинистые грунты) прямая σ – τ не проходит через начало координат, а отсекает отрезок c на оси τ, так как в связных грунтах, обладающих сцеплением между частицами, при отсутствии нормального давления (σ = 0) сопротивление грунта сдвигу больше нуля, что обусловливается силами сцепления (рис. 6).

6. Водонепроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации.

Закон ламинарной фильтрации: расход воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта (скорость фильтрации) прямо пропорционален гидравлическому градиенту i:

v_ф = k_ф · i;

где k_ф - коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации при градиенте i = 1 [см/сек, см/год]. Коэффициент фильтрации зависит от типа грунта и определяется экспериментально.

Зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента i. Для водопроницаемых грунтов (пески, галечники) зависимость прямая

Рис. Зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента

Фильтрация воды в глинистых грунтах начинается при достижении некоторой начальной величины градиента i, преодолевающей внутреннее сопротивление движению, оказываемое водно-коллоидными пленками. На рисунке (илл.6) изображены экспериментально найденные зависимости скорости фильтрации v_ф от гидравлического градиента i. Здесь i₀ - начальныйгидравлический градиент

В результате закон ламинарной фильтрации для связных грунтов будет иметь вид: v_ф = k_ф · (i – i₀).

Фильтрацией называется пере-движение гравитационной воды (свободной и капиллярной) через пористую среду – грунт – под влияниием разности напоров. В грунте при этом возникают фильтра-ционные напряжения.

Общее сопротивление сдвигу связного грунта можно выразить уравнением:

τ = σ · tgφ + c

Таким образом, сопротивление связного грунта сдвигу складывается из сопротивления трения, пропорционального нормальному давлению, плюс сцепление, не зависящее от давления.

Для сыпучих грунтов (различного рода пески, крупнообломочные грунты, галечники). Зависимость σ – τ принимается прямой, проходящей через начало координат и наклонной к оси нормальных напряжений σ под углом внутреннего трения φ

τ = σ · tgφ

Указанная зависимость – условие прочности грунта (закон Кулона) для сыпучих тел: сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трения, прямо пропорциональное нормальному давлению.