3.5. Сдвиг сыпучего исвязного грунта

П

Рис. 3.5. Графики сопротивления сдвигу для связного и сыпучего грунта.

ри испытании сыпучего грунта, не имеющего сцепления между зернами, получается наклонная прямая τ_пред=f(),проходящая через начало координат.Если у грунтаимеется и сцепление, то прямая отсекает на оси координат отрезок,равный величинеудельного сцепления с,[кПа].

Угол φназывают углом внутреннего трения. Тангенс этого угла равен коэффициенту трения грунта:

.

(3.1)

Вариант 4Напряжения от собственного веса грунта и грунтовой воды.

Нарисовать эпюру природного давления для слоистого основания. Геологический разрез должен содержать 3 слоя: неводонасыщенный, насыщенный водой, водоупор. Показать, как находится каждая точка на эпюре. Напр. _z0 =0;_z1 =₁h₁….и т.д.

Определяя напряжения от собственного веса, грунт рассматривают как весомую пористую среду, при этом не учитываются формы и размеры пор и неоднородность минеральных фракций. Такая модель может отражать распределение напряжений в однородном и слоистом массиве грунта, каждый слой которого характеризуется соответствующими физическими параметрами. Поры могут быть заполнены воздухом или водой, а каждый слой обладать водопроницаемостью или нет. В такой среде одновременно действуют две системы напряжений: напряжения в воде (нейтральныеu_w), и природные напряжения в скелете грунтаот собственного веса (эффективные_zg).Полное напряжение:

=zg+uw.

(4.1)

Напряжения от собственного весапроще всего выразить через вес столба грунта, лежащего над рассматриваемой площадкой, с учетом взвешивающего действия воды:

[кПа],

(4.2)

где: _i– объемный вес i-го слоя грунта,кН/м³;

h_i – толщина i-го слоя, м.

Взвешивающеегидростатическое давление учитывают только в водонасыщенных водопроницаемых грунтах. К ним относятся крупнообломочные с песчаным заполнителем, песчаные и глинистые грунты с индексом текучестиI_L>0,2.

При меньшей величине I_L, глинистые грунты плохо проводят воду, вода в них в значительной степени молекулярно связанная и взвешивающее давление через нее не передается, такие грунты являются водоупором.

Если поры грунта целиком заполнены водой и вода стоит неподвижно, то в ней развивается гидростатическое давление, равное произведению глубины рассматриваемой точки от горизонта грунтовых вод и удельного веса воды.

Гидростатическое давление распространяется во все стороны одинаково и боковое давление равно вертикальному. Гидростатическое давление имеет огромное значение длясооружений, воспринимающих горизонтальную нагрузку, таких как плотины, подземные сооружения, подпорные стены и шпунт. Для уменьшения гидростатического давления применяют понижение уровня грунтовых вод с помощью дренажа.

Гидростатическое давление также называют нейтральным, так как взвешенный в воде грунт под его воздействием не уплотняется. Представим, что глубина воды в водоеме увеличилась. Гидростатическое давление увеличится, но осадки грунта не произойдет.

Рассмотрим пример построения эпюры природных напряжений в многослойном грунтовом массиве.

Рис. 4.1. Эпюра напряжения _zg.

На рис. 4.1 представлен геологический разрез, уровень грунтовых WL находится на границе 1-го и 2-го слоя, а 3-й слой является водоупором.

На кровлю 2-го слоя передается давление, равное . Удельный вес грунта 2-го слоя, залегающего ниже уровня грунтовых вод, определяется с учетом взвешивания твердых частиц по формуле 1.18:

[кН/м³].

Если удельный вес грунта γ определен в естественном состоянии с заполнением всех пор водой (степень влажности S_r=1), то во взвешенном состоянии и, следовательно, давление на глубине h₁+h₂ будет равно .

Под водонасыщенным грунтом лежит водонепроницаемый глинистый грунт (водоупор),на кровлю которого полностью передается вес вышележащего грунта, включая и вес столба воды, в эпюре напряжений на уровне водоупора возникает скачок напряжений, численно равный:

Вариант 5. Метод угловых точек

Составить уравнение для определения напряжения в т-ке М. В задании м.б. один из 3-х вариантов. Точка может находитьсяна некоторой глубине: 1. внутри загруженного равномерно распределенной нагрузкой Р прямоугольника. 2. Под стороной загруженного прямоугольника. 3. Под не загруженной поверхностью рядом с загруженным прямоугольником. Материалы для подготовки прилагаются.

Последовательность решения задачи.

1. Определить прямоугольники, необходимые для решения задачи.

2. Для каждого прямоугольника показать Lи b.

3. Составить уравнение для определения напряжения в т-ке М.

4. Что такое ? =f (??).

5. =? =?

Вариант 6. Осадка поверхности сжимаемого слоя грунта под действием сплошной равномерно распределенной нагрузки. Нарисовать схему, эпюру напряжений, Формулу для расчета осадки. Расшифровать все обозначения.

Ниже приводится расширенный ответ. Выберите главное.

а) б)

Рис.7.1. Расчетная схема к определению осадки слоистого основания (а); сжимаемого слоя, подстилаемого скальным грунтом (б) под равномерно распределенной нагрузкой.

На рисунке (б) показано, что бокового расширения грунта в сжимаемом слое под равномерно распределенной бесконечной нагрузкой не происходит – условие компрессии.

Эпюра сжимающих напряжений представляет собой прямоугольник высотой h. (На рисунке не показана, а Вы покажите). Сжатие будет иметь тот же характер, что и сжатие образца в компрессионном приборе, где перемещение частиц в стороны невозможно. Сжимаемость грунта характеризуют при этом коэффициентом относительной сжимаемости .

Осадка поверхности этого слоя (рис. 7.1 б) под равномерно распределенной нагрузкой определится по формуле:

;	(7.1)
или ;	(7.2)

где: – коэффициент сжимаемости в кПа^-1;

– начальный коэффициент пористости.

Если сжимаемая толща состоит из нескольких слоев разной толщины и с разной сжимаемостью (рис. 7.1 а), то осадку определяют путем послойного суммирования осадки всех слоев, входящих в толщу:

.

(7.3)

Вариант 7. Определение фильтрационной консолидации, модель сжатия грунтовой массы во времени (нарисовать), график изменения во времени напряжений в скелете грунта и в воде (нарисовать, обозначить оси).

Фильтрационной консолидацией называют уплотнение водонасыщенного грунта, сопровождающееся отжатием части воды из его пор. Она возможна только в том случае, когда вода имеет выход из сжимаемого слоя в соседние слои или в дренаж.

Если грунт полностью насыщен водой, его называют грунтовой массой. Если к поверхности водонасыщенного грунта внезапно приложить нагрузку, то в массе грунта возникнут давление в минеральном скелете и давление в воде, заполняющей поры. В начальный момент нагрузка полностью передается на воду, но с течением времени, вода, под действием возникшего в ней давления, начинает уходить в стороны и вниз, и нагрузка постепенно переходит на минеральный скелет.

Этот процесс можно проиллюстрировать на модели, в которой роль минерального скелета играет пружина. Если к поверхности водонасыщенного грунта внезапно приложить нагрузку, то в массе грунта возникнут давление в минеральном скелете и давление в воде, заполняющей поры. В начальный момент нагрузка полностью передается на воду, но с течением времени, вода, под действием возникшего в ней давления, начинает уходить в стороны и вниз, и нагрузка постепенно переходит на минеральный скелет.

Э

Рис. 8.1. Модель развития процесса фильтационной консолидации при сжатии водонасыщенного грунта.

тот процесс можно проиллюстрировать на модели, в которой роль минерального скелета играет пружина, процесс ф ильтрации представлен выжиманием воды сквозь отверстия в поршне, а грунтовая вода в порах заменена водой, заполняющей сосуд. По истечении некоторого промежутка времени избыточное давление в воде исчезает, и нагрузка полностью переходит на сжатую пружину.

Именно давление в скелете вызывает деформацию грунта. Поэтому его называют эффективным. Давление в воде вызывает только фильтрацию воды и его называют нейтральным. Сумма нейтрального и эффективного давлений в любой момент времени постоянна.

Вариант 8. Какие свойства грунта влияют на скорость консолидации? Что такое степень консолидации. Формулы писать не надо. Надо объяснить.

В песчаных грунтах все эти процессы протекают быстро, в глинистых затягиваются иногда на долгие годы.

Основное уравнение фильтрационной консолидации:

,

(8.2)

где: – коэффициент фильтрации, [м/год];

– начальный коэффициент пористости;

– коэффициент сжимаемости, [кПа^-1];

– удельный вес воды, [кН/м³];

– давление на глубине z, [кПа];

– время с начала нагружения, [год].

В большинстве задач необходимо определить степень консолидации за определенный промежуток времени или время полной консолидации.

;

;

U – степень консолидации. Зная степень консолидацииуказывает на то, какая часть полной осадки произошла к данному моменту времени, изменяется от 0 до 1.

Степень консолидации U – определяется по таблицам по величине показателя . Задавшись значением степени консолидации, по тем же таблицам можно определить время, за которое произойдет осадка.

В ариант 9. Фазы напряженного состояния грунта. Нарисовать график. Показать в какой фазе используется модель линейно-деформируемого полупространства. В какой фазе определяется прочность грунта.

В механике грунтов принято, рассматривая развитие деформаций под подошвой фундамента при возрастании нагрузки, выделять 3 фазы.

Первая фаза – грунт уплотняется, деформации его малы и прямо пропорциональны давлению, прочность грунта растет, сдвиги отсутствуют. В этой фазе определяются деформации безопасные, как для основания, так и для сооружения.

Вторая фаза – в наиболее напряженных точках основания начинаются взаимные сдвиги соприкасающихся частиц, возникают пластические деформации, зависимость от давления становится нелинейной. До разрушения грунта еще далеко, однако, в большинстве расчетов нагрузки, приводящие к пластическим деформациям не допускаются, так как они могут привести к недопустимой разности осадок отдельных фундаментов или крену сооружения.

Третья фаза – начинается, когда сдвиги охватывают значительные объемы грунта, возникают поверхности скольжения. Деформации резко ускоряются, и происходит провал фундамента с выпиранием грунта в стороны. Непосредственно перед развитием третьей фазы грунт находится в предельном состоянии. В этом состоянии определяются параметры прочности грунта. Для сооружений нагрузки, приводящие к третьей фазе деформируемости абсолютно не допустимы.

Равноустойчивые откосы.

Вариант 10. Угол естественного откоса песчаного грунтаϕ≠0, с=0. Нарисовать схему, написать уравнение.

Вариант 11. Высота вертикальной поверхности идеально-связанного грунта ϕ=0, с≠0. Нарисовать схему, написать уравнение, подписать параметры, входящие в уравнение.

Вариант 12. Высота вертикальной поверхности глинистого грунта ϕ>0, с>0. Нарисовать схему, написать уравнение, подписать параметры, входящие в уравнение.

Вариант 13. Определение устойчивости откоса методом круглоцилиндрических координат. Нарисовать схему. Показать силы действующие по поверхности скольжения одного из отсека. В общем виде написать уравнение устойчивости откоса

Необходимые схемы для ответа на вопрос Вариант 10-11. Высылаю вместе с материалами к лекции.