умк_Кремнев_Механика грунтов_ч

3.По относительной просадочности, εsl

4.По относительному набуханию, εsw

5.По степени засоленности Dsal, %:

∙незасоленные Dsal < 5

∙засоленные Dsal > 5

Рис. 3.9. Краткая классификация обломочных пылевато-глинистых грунтов по СТБ 943-2007

Вопросы для самоконтроля

1.Что отражают характеристики состояния?

2.Дайте определение основных характеристик физического состояния.

3.Дайте определение расчетных характеристик физического состояния.

4.Какие лабораторные методы определения физических характеристик вы знаете?

5.По каким признакам определяются тип, вид и разновидность грунтов?

44

ЛЕКЦИЯ 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

4.1. О связи физических и механических характеристик грунтов

Фундаменты зданий и сооружений оказывают различные силовые воздействия на грунтовое основание. Эти силовые воздействия вызывают определенные деформации в грунтовом массиве, степень развития которых зависит от направления и интенсивности внутренних усилий (напряжений) в грунте, а также от механических свойств грунтов. Механические свойства грунтов оцениваются при помощи механических характеристик.

Под механическими характеристиками в механике грунтов подразумеваются прочностные и деформационные свойства грунта. Эти свойства играют первостепенную роль в обеспечении надежной работы грунта как основания зданий и сооружений, позволяют определить предельные нагрузки на основание и рассчитать его деформацию.

Прочностные свойства грунта характеризуют силы сопротивления грунта, способность сохранять свои первоначальные объем и форму без признаков разрушения при действии на него внешних силовых воздействий.

Деформационные свойства грунта характеризуют способность грунта изменять объем и форму под действием внешних нагрузок.

Прочностные и деформационные свойства грунта зависят от целого ряда факторов, среди которых в первую очередь необходимо выделить его физическое состояние.

Действительно, более рыхлые породы, как правило, имеют меньшую прочность и большую деформативность. И, наоборот, с уменьшением пористости грунта наблюдается улучшение его механических свойств. Значительное влияние на свойства грунта также оказывает его влажность. Увеличение влажности грунта влечет за собой снижение прочностных свойств грунта.

Такое влияние физических свойств грунта на его прочность и деформативность обусловливается особенностями дисперсной среды, какой является грунтовая порода.

4.2. Особенности механических свойств дисперсных тел

Как уже неоднократно отмечалось выше, грунты представляют собой дисперсные, мелкораздробленные породы, образовавшиеся из твердых скальных пород в ходе физического и химического выветривания. Други-

45

ми словами, грунт – это «останки» твердых пород, разрушенных природой. Это и обусловливает ряд существенных особенностей грунтовой среды, отличающей ее от сплошных твердых тел.

Исследуем особенности свойств дисперсной среды в сопоставлении со свойствами сплошных твердых тел. В табл. 4.1 приведен краткий сравнительный анализ свойств дисперсных сред и сплошных тел.

Окончание табл. 4.1

Деформации происходят в результате деформирования кристаллической решетки.

Грунт как дисперсная среда обладает Свойством дилатансии сплошные тела не свойством изменять объем при дефоробладают.

мациях формоизменения (явление ди-

латансии и контракции).

То есть, в грунтах при сдвиге может произойти изменение первоначального объема образца.

Особенности свойств грунтов диктуют необходимость особого подхода при изучении их механических свойств, определении прочностных и деформационных характеристик и, конечно же, при выводе основных закономерностей.

При этом чем полнее учитываются особенности свойств грунтов как дисперсной среды, тем точнее можно предсказать поведение грунта при внешних силовых воздействиях.

47

4.3. Основные закономерности классической механики грунтов

Расчет оснований и фундаментов выполняется с использованием законов механики грунтов, которые, как правило, формулируются на основании анализа результатов экспериментальных исследований. Законы устанавливают зависимость между различными параметрами механического состояния грунта, например, между напряжениями и деформациями, меж-

ду касательными и нормальными напряжениями, между скоростью фильтрации воды через грунт и градиентом напора.

Первые такие зависимости были сформулированы на заре становления механики грунтов в XVIII, XIX веках. По мере развития этой области науки законы совершенствовались, полнее учитывались особенности грунтов как дисперсных сред и, соответственно, точнее становились расчеты.

Тем не менее, основные положения, сформулированные основателями механики грунтов, остались справедливыми и в наше время и фактически лежат в основе так называемой классической механики грунтов.

Основные законы и закономерности классической механики грунтов, свойства, которые они описывают, показатели, характеризующие механические свойства, сведены в табл. 4.2.

48

4.4. Сжимаемость грунтов

Деформирование грунтов оснований в общем случае сопровождается сложными изменениями объема и формы грунтовой среды в результате упругих деформаций зерен грунта и смещения их относительно друг друга. Упругие деформации минеральных частиц очень малы и существенного влияния на процесс деформирования грунта не оказывают.

Деформирование грунтов происходит в первую очередь за счет смещения (перекатывания) частиц относительно друг друга.

Сжимаемость грунтов – свойство грунтов изменять свой первоначальный объем за счет перекомпоновки частиц и уменьшения пористости.

4.4.1. Условия испытания грунта в компрессионном приборе

Исследование сжимаемости грунта производится в компрессионных приборах, называемых одометрами. Схема одометра приведена на рис. 4.1.

а)

б)

Рис. 4.1. Компрессионный прибор: а – общий вид; б – принципиальная схема прибора

49

Испытание грунта в компрессионном приборе характеризуется следующими условиями:

-кольцо, в которое помещается образец, имеет достаточную жесткость, и поэтому грунт деформируется при невозможности боковых перемещений;

-собственные деформации частиц очень малы, и ими можно пренебречь;

-избыточная вода в грунте свободно выдавливается из пор и удаляется через отверстия в штампах;

-объем твердых частиц в объеме образца не изменяется (вынос мелкодисперсных частиц вместе с избыточной поровой водой не учитывается).

4.4.2.Изменение пористости грунта при компрессионном

уплотнении

Рассмотрим, как изменяется пористость грунта при его уплотнении в компрессионном приборе. Обозначим первоначальную высоту образца через h. При сжатии образца нагрузкой величиной Ni поверхность образца смещается на величину Si (рис. 4.2).

Si

h

Рис. 4.2. Схема деформирования образца грунта в компрессионном приборе

Уменьшение объема образца происходит за счет уменьшения объема

A

перечного сечения образца.

50