Удельный вес грунта (), удельный вес твердых частиц грунта (s)

 = g, здесь g = 9,81 м/сек²

_s = g_s

Удельный вес грунта в сухом состоянии _d = g_d.

Вопрос № 11. Явление фильтрации воды.

Отличительной особенностью грунтов как дисперсных тел является способность фильтровать воду. В механике грунтов практический интерес представляет движение грунтовых вод, т.е. движение грунтовой воды в грунте, все поры которого заполнены водой. Основным видом грунтовой воды является гравитационная вода, перемещение которой обусловлено напорным режимом. Теория, рассматривающая это движение, называется теорией фильтрации. Фильтрацией воды называется свободное движение воды под действием разности напоров в порах грунта в условиях, когда поток воды почти полностью заполняет поры грунта, т.е. содержится небольшое количества газа, защемленного в скелете грунта. Для оценки процесса фильтрации вводится понятие скорости фильтрации (см/сек., м/сут.) – расход воды через единицу площади геометрического сечения грунта. V= Q/F. В действительности вода движется по извилистым сложным поровым каналам.

Первые эксперименты по фильтрации воды поставлены Дарси в 1854 г. Он исследовал фильтрацию воды в вертикальной трубке, заполненной песком. Им было установлено, что количество фильтрующейся воды, проходящей через единицу площади поверхности равно потери напора на элементарном участке пути.

Исследователи показали, что движение воды в дисперсных грунтах является ламинарным, за исключением частных случаев, как входные участки и т.п. Ламинарное движение воды в грунтах описывается законом Дарси, согласно которому выражение для скорости фильтрации песчаных грунтов имеет вид: , где J – градиент напора,

- коэффициент фильтрации. ∆H

Н

: : : : : :. : : : : : : . . . . .

; ; ; ; ; . …… ;. ;

агрузка от сооружения вызывает дополнительный

н апор , а, следовательно, и градиент напора. H₁ H₂

О бусловленная им фильтрация создает отжатие воды. L

Ф изический смысл коэффициента фильтрации – скорость фильтрации при J =1. Он зависит от вида грунта и изменяется в широких пределах. В глинистых грунтах коэффициент фильтрации зависит от коэффициента пористости, и от содержания газа в защемленном состоянии.

е

0,65

0,5

J

Установлено, что фильтрация в глинистых грунтах

Имеет место, если J> , где - начальный градиент напора.

Закон Дарси в этом случае примет вид: .

Это объясняется как малыми размерами пор, так и вязким сопротивлением водно-коллоидных пленок.

Процесс отжатия воды под нагрузкой называется фильтрационной консолидацией. При полном отжатии воды и передачи нагрузки на минеральный скелет грунта грунт называют консолидированным. Частицы грунта, расположенные в фильтрационном потоке, при обтекании их струями воды, испытывают давление, называемое гидродинамическим. Гидродинамическое давление связано с постепенным падением напора и уменьшением скорости фильтрации.

Вопрос № 17. Сопротивление грунта сдвигу.

Под действием вертикальной сжимающей силы (Р) на грунт в любой точке массива грунта возникают также горизонтальные (сдвигающие) силы (Т). Под действием внешней нагрузки в отдельных точках (областях) грунта эффективные напряжения могут превзойти внутренние связи между частицами грунта, при этом возникнут скольжения (сдвиги) одних частиц или агрегатов их по другим и может нарушиться сплошность грунта, т.е. прочность грунта будет превзойдена.

Внутренним сопротивлением, препятствующим перемещению (сдвигу) частиц в идеально сыпучих телах (чистые пески) будет лишь трение, возникающее в точках контакта частиц. В связных же грунтах перемещению частиц будут сопротивляться внутренние структурные связи и вязкость вводно-коллоидных оболочек частиц. Пока эффективными напряжениями внутренние связи не преодолены, связный грунт будет вести себя как квазитвердое тело, обладающее лишь упругими силами сцепления. Под силами сцепления подразумевается сопротивление структурных связей всякому перемещению связываемых ими частиц независимо от величины внешнего давления.

Определение показателей сопротивления сдвигу грунтов имеет первостепенное значение для практики, так как они обуславливают точность инженерных расчетов по определению предельной нагрузки на грунт.

Определить сопротивление грунта сдвигу можно несколькими способами:

- прямого плоскостного среза;

- простого одноосного сжатия;

- трехосного сжатия на приборе стабилометре;

- вдавливания шарового штампа;

- лопастные испытания.

Вопрос № 18. Закон Кулона для сыпучих грунтов.

Сыпучие грунты – пески, крупнообломочные грунты, галечники. Определение сопротивления грунта сдвигу производят на сдвиговом односрезном приборе. После нагружения образца грунта некоторой сжимающей (вертикальной) нагрузкой прикладывают сдвигающую (горизонтальную) нагрузку, увеличивая ее до тех пор, пока не возникнет без дальнейшего увеличения сдвигающей нагрузки незатухающее, прогрессивно возрастающие деформации сдвига и произойдет срез (скольжение) одной части образца грунта по другой. При увеличении внешнего давления (в пределах от 0,1 до 0,3 МПа) сыпучие грунты незначительно изменяют свою плотность, и практически этими изменениями при испытании сыпучих грунтов на предельное сопротивление сдвигу можно пренебречь.

τ

3

2

1

δ ^φ

Как показывают результаты многочисленных испытаний, диаграммы продольных сопротивлений сдвигу для сыпучих грунтов может быть принята за прямую, наклоненную под углом φ к оси давлений.

tgφ – Закон Кулона для сыпучих грунтов. Так сопротивление сыпучих грцнтов сдвигу есть сопротивление их трению, угол φ носит название угла внутреннего трения, а величина tgφ=f – коэффициент внутреннего трения.

Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному давлению.

При загружении водонасыщенных грунтов вода отжимается очень быстро и нагрузка сразу передается на минеральные частицы грунта. В рыхлых грунтах часть давления передается на воду: ; . Тогда закон Кулона для рыхлых песчаных грунтов: .

Если вся нагрузка передается на воду, то грунт превращается в разжиженное состояниме: .

Вопрос № 19. Закон Кулона для связных грунтов.

В связных грунтах, кроме сил трения, (зависит от нормального давления), сдвигу противостоят силы, которые обусловлены сопротивлением внутренних связей.

В отличие от песчаных грунтов глинистый грунт меняет свою плотность при возрастании нагрузки, а это значит и свою структуру. В связи с этим глинистый грунт перед проведением испытания консолидируют в два этапа по методике компрессионных испытаний.

е Если загрузить образец грунта до нагрузки Р₂,

а затем разгрузить до Р₁=Р_стр, то в указанном

диапазоне плотность грунта практически не изменится.

Существует три метода проведения испытаний глинистых глинистых грунтов сопротивления сдвигу:

1. консолидированного дренированного сдвига. Этот

случай соответствует работе грунта в основании

Р₁ =Р_стр Р_{2 Р} сооружения после его стабилизации. На каждой ступени при вертикальном и горизонтальном загружении происходит загружение грунта до полной консолидации. В отличие от песчаного грунта глинистый грунт меняет свою пористость, плотность, а, следовательно, строение.

, где с – сцепление, φ – угол внутреннего

τ трения, tgφ – коэффициент внутреннего трения.

Предельное сопротивление сдвигу в связных грунтах

при завершенной консолидации есть функция 1-ой

степени от нормального давления.

Φ 2. Консолидированного не дренированного сдвига.

В этом случае вертикальная нагрузка выдерживается до полной стабилизации, а горизонтальная прикладывается

с очень быстро, что исключает отжатие воды при сдвиге.

σ_ск .

3. Метод неконсолидированного недренированного сдвига.

Испытания производят с водонасыщенным образцом грунтом без возможности отжатия воды. При таком загружении вертикальная нагрузка воспринимается поровой водой, уплотнение грунта отсутствует, поэтому сдвиговая нагрузка полностью воспринимается силами сцепления, т.е. структурными связями между частицами грунта: .

График «предельное сопротивление - нормальное

τ напряжение» представляет прямую параллельную оси .

Этот сдвиг имеет место в период строительства или сразу

После его завершения и представляет наибольшую опасность.

с

_{Вопрос № 24. Механические модели грунтов для определения деформации грунтов.}

_{Основная задача при определении деформаций грунтов заключается в расчетах напряженно-деформируемого состояния грунтов, оценка прочности и устойчивости. Для решения этой задачи возникает необходимость разработки такой модели грунта, которая учитывала бы основные особенности его деформирования. Для этой цели могут быть использованы:}

_{1.Модель дискретной среды. В этом случае делается попытка отобразить в расчетной модели физические особенности грунта как дискретного материала, представляя его в виде совокупности отдельных частиц. Но это направление не привело к созданию законченной теории деформирования грунта.}

_{2.Современная механик грунтов основывается на представлении о грунте как о сплошной однородной среде. Модель сплошной среды потребовала введения понятий, упрощающих реальное строение грунта. Во-первых, это элементарный объем грунта. В объеме грунта линейные размеры которого во много раз превышают размеры частиц. Во-вторых, применение механики сплошной среды для расчета деформаций в массиве грунта справедливо только тогда, когда размеры массива и площадок, через которые передается нагрузка, больше размеров элементарного объема грунта.}

_{Другое упрощение реального строения грунта – представление его в виде изотропного тела, у которого свойства образцов, вырезанных по любому направлению, одинаковы. Это условие применимо не ко всем грунтам.}

_{3.При проектировании ответственных сооружений используется модель двухком- понентного грунта. Модель грунтовой массы, когда все поры практически заполнены водой и содержание газа в грунте относительно невелико.}

_{4.Модель трехкомпонентного грунта – когда в грунте присутствуют твердые частицы, жидкость и газы. Здесь принимается во внимание различность деформирования каждого компонента, взаимодействие их между собой и изменение содержания каждого компонента в объеме грунта в процессе деформации.}

_{Вопрос № 25. Распределение напряжений от собственного веса грунта.}

На выделенный элемент действуют объемные

Силы Х=Y=0, Z=yz.

Исходным дифференциальным уравнениям и

граничным условиям удовлетворяют решения

где

Рассматривается линейно-деформируемое полупространство, которое находится под воздействием сил тяжести.

xx

_z

z _y

_х

Вертикальное давление , называется бытовым или природным. Для однородного по глубине грунта . При назначении удельного веса грунта необходимо учитывать, что ниже горизонта подземных вод грунт находится во взвешенном состоянии и удельный вес его находится по формуле:

Полученное выражение для определения позволяет построить эпюру этого давления для толщи грунта, состоящего из нескольких инженерно-геологических элементов.

. . . … . . . г.г.в .. .

:::::::::::::::::::::::::::::::::

. . … .. . . . . . . . . .

. .::::::::::::::::::::::::::::::::.

- «бытовое давление» (природное давление)

- учитывают взвешивающее действие воды (Закон Архимеда)

=

_{Вопрос № 26. Определение напряжений в грунте по методу угловых точек.}

Определение напряжений – по методу угловых точек

(в любой точке под нагрузкой и на любой глубине)

Достраиваем площадь так, чтобы точка М была в центре, тогда видно, что = , но , а не 2Z, т.к. в1=2в Разбив площадь таким образом, можно записать = Р – интенсивность давления

1 Данный способ находит применение при учете взаимного влияния фундаментов.

= Так мы сможем решить любую задачу по опред. – на любом расстоянии и на любой глубине.

_{Вопрос № 27. Понятие о критических нагрузках.}

Н

Давление Р от веса надземной части сооружения и собственного веса фундамента рассеивается в массиве грунта. Равнодействующую R раскладываем на две составляющие 

и ,  - сжимают частицы грунта друг к другу и разрушить их практически не могут (частицы грунта – кварц, полевой шпат и т.д.) _разруш 2000 кг/см² 200 Мпа – таких напряжений под фундаментом практически не возникает.

Значит разрушение грунта происходит от действия сил  . Под действиями данных сил частицы грунта смещаются относительно своих контактов, зерна попадают в поровое пространство, происходит процесс уплотнения грунта с возникновением в некоторых областях поверхностей скольжения. (_пр )

ачальная критическая нагрузка характеризует пределы применимости теории линейно-деформируемой среды. Если давление на грунт не превышает эту нагрузку, то ни в одной точке грунтового массива касательное напряжение не превосходит предельное. При превышении же этой нагрузки в грунте происходит формирование зон предельного состояния.

Р

R

R R

 R



τ

Критическая нагрузка это нагрузка, соответствующая началу возникновения в грунте зон сдвигов и окончанию фазы уплотнения, когда под краем нагрузки возникают между касательными и нормальными напряжениями соотношения, приводящие грунт (сначала у ребер подошвы фундамента) в предельное напряженное состояние. Эту нагрузку называют начальной критической нагрузкой. Она совершенно безопасна в основаниях сооружений, так как до ее достижения грунт всегда будет находиться в фазе уплотнения.

Начальная критическая нагрузка характеризует пределы применимости теории линейно-деформируемой среды.

Нагрузка, при которой под нагруженной поверхностью сформировываются сплошные области предельного равновесия, и грунт приходит в неустойчивое состояние и полностью исчерпывается его несущая способность, называется предельной критической нагрузкой на грунт в данных условиях загружения.

Вопрос № 30. Определение расчетного сопротивления грунта.

СНиПом допускается при проектирований оснований фундаментов для предварительных расчетов, а также для назначения характеристик грунта, входящих в расчеты оснований и фундаментов зданий и сооружений II-IY классов, принимать значения сцепления, углов внутреннего трения и модулей деформаций по таблицам. Пользуясь этими данными, по формулам вычисляют нормативное сопротивление грунта R^Н. В таблицах СНиП значения характеристик грунта даются нормативные и расчетные. Нормативные значения используются при расчетах деформаций оснований, расчетные – в расчетах оснований по устойчивости.

В СНиП 2.02.01-83 расчетное сопротивление грунта вычисляется по формуле (7):

, где

- коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3 СНиП 2.02.01-83;

- коэффициент, зависящий от вида грунта;

- коэффициент, зависящий от жесткости конструктивной схемы здания;

к – коэффициент, принимаемый равным: к = 1, если прочностные характеристики грунта ( и с) определены непосредственными испытаниями, и к = 1,1, если они приняты по табл. 1-3 рекомендуемого приложения 1;

- коэффициенты, принимаемые по табл. 4 в зависимости от ;

b – ширина подошвы фундамента, м.;

-коэффициент, принимаемый равным: при b<10 м - = 1, при b > 10 м - =

(здесь = 8 м);

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, а при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды;

- то же, залегающих выше подошвы фундамента;

- глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала;

, где

- толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала;

- толщина конструкции пола подвала, м;

- расчетное значение удельного веса материала пола подвала;

- глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м. (для сооружений с подвалом шириной м. и глубиной > 2 м. принимается м., при ширине подвала B>20 м. .

Расчетное сопротивление грунта допускается определять по этой формуле при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундаментов имеют форму круга или правильного многоугольника площадью А, принимается .

Вопрос № 31. Давление грунта на подпорные стенки.

Устойчивость откоса требуемой крутизны можно достичь с помощью подпорной стенки. Она устраивается тогда, когда устойчивость откоса не обеспечивается естественным способом. Подпорные стенки сооружаются в случаях, когда необходимо поддерживать массив грунта в равновесии. Подпорные стенки являются ограждающими конструкциями, назначение которых состоит в создании откосов требуемой крутизны. Примерами таких конструкций являются стены подвалов, шпунтовые ограждения в котлованах, стенки резервуаров и т.п.

Подпорные стенки можно разделить на три вида: гравитационные, облегченные и диафрагмовые.

При гравитационных подпорных стенах устойчивость на сдвиг обеспечивается их весом (весом материала стены и грунта, находящегося над подошвой стены), а горизонтальная составляющая давления земли воспринимается силой трения, развивающейся в плоскости подошвы стены. Облегченные гибкие стены заделываются в основание и их устойчивость на сдвиг обеспечивается развитием пассивного отпора в нижней части, а также возможным наличием анкерной заделки в верхней части стены.

Вопрос № 40. Характер деформирования грунта под нагрузкой.

В грунтах наблюдаются следующие деформации:

1.Восстанавливающая (упругая) деформация:

• изменение объема за счет молекулярных сил упругости твердых частиц, тонких пленок воды и пузырьков защемленного воздуха в порах водонасыщенного грунта;

• искажение формы структурной решетки.

При снятии нагрузки мгновенно исчезают деформации твердых частиц, через некоторое время исчезают деформации водных частиц. В последнюю очередь исчезают деформации замкнутых пустот с воздухом, так как воздух легко сжимаем.

2.Остаточная деформация:

• уплотнение в результате необратимого отжатия воды и воздуха из пор грунта, а также вследствие необратимых перемещений зерен (твердых частиц грунта);

• набухание с расклинивающим эффектом в результате действия электромолекулярных сил;

• ползучесть в результате взаимных сдвигов частиц;

• разрушение кристаллической решетки грунта, излом частиц.

После снятия нагрузки деформации сохраняются без изменения и обеспечивают уплотнение грунта.

Исследованиями установлено, что характер деформирования грунта зависит от вида грунта, величины прикладываемой нагрузки и от соотношения ширины штампа (b) к глубине заложения (d).

водная пленка

твердая частица

Вопрос № 41. Гранулометрический состав грунта.

Состав в грунте твердых фракций различного размера в % к массе абсолютно сухого грунта называется гранулометрическим составом.

Гранулометрический состав песчаных грунтов определяется сетевым методом. Фракции < 0,1 мм определяют пипеточным или армометрическим методом.

Методы выражения гранулометрического состава:

• в виде таблицы,

• в виде равностороннего треугольника Ферре. Расположение точек в треугольник дат наглядно представление о составе грунта;

• в виде интегральной кривой.

1 00%

80

60

10

Lgd, мм

0,001 0,01 0,1 1,0

N=d60/d10 – коэффициент неоднородности грунта. Если N > 3, то грунт неоднородный.

Вопрос № 43. Механика грунтов, ее содержание и место.

В разделе "Механика грунтов" рассматриваются физико-механические свойства грунтов, методы расчета прочности и деформаций оснований, а также способы определения давления грунта на ограждения. В разделе "Фундаменты" изучаются вопросы совместной работы фундаментов и оснований, конструкции фундаментов, методика их проектирования и расчета, а также способы их возведения.

Механика грунтов научная дисциплина, в которой изучаются напряженно-деформируемое состояние грунтов и грунтовых массивов, условия прочности грунтов, давление на ограждения, устойчивость грунтовых массивов против оползания и разрушения, взаимодействие грунтовых массивов с сооружениями.

Механика грунтов является одним из разделов курса строительной механики, в основу которой положены как законы теоретической механики (механики твердых - абсолютно несжимаемых тел), так и закономерности деформируемых тел (законы упругости, пластичности, ползучести), опирается на результаты инженерной геологии, инженерной гидрогеологии, гидравлики, гидромеханики, а также на результаты других инженерных дисциплин.

В отличие от теоретической механики механика грунтов - это наука, изучающая закономерности и свойства природных дисперсных (мелко раздробленных) тел в их неразрывной связи с условиями их формирования и взаимодействия с окружающей физико-геологической средой.

Механика грунтов - часть общей геомеханики, в которую как составные части входят глобальная и региональная геодинамика, механика массивных горных пород, илов, торфов и пр.

Механика грунтов на сегодня – экспериментальная наука. Большая часть задач и их решений перенесена на грунт из других областей, сред, материалов). Но грунт как среда (материал) существенно неоднороден, сложнее по составу компонентов, чем металлы, бетоны, полимеры и др. Физико-механические характеристики грунтов отличаются многообразием, широтой диапазонов параметров и др.

Механика грунтов использует для расчетов данные, получаемые инженерно-геологическими способами, путем схематизации этих данных применительно к возможностям различных расчетных схем.

Анализируя специфику работы грунта в основании сооружения, инженерная геология, в свою очередь, должна создать предпосылки для построения расчетной модели с учетом особенностей грунта и действующих напряжений.

Задачи, которые решаются в механике грунтов:

- установление физических и механических свойств грунтов и возможности их использования в нужных целях, а в случае необходимости, улучшение строительных свойств грунтов;

- определение напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов, возможного его изменения в последующем;

- определение общей устойчивости этих массивов, взаимодействующих с инженерными сооружениями, или непосредственно устойчивости их самих, если они являются сооружениями.

Вопрос № 44. Физическая модель грунта.

Современное понятие о грунте можно представить в виде модели:

Грунт представляется в виде дисперсных микротел. Основными компонентами этой модели являются минеральные зерна (1) и заполняющие поры (2), жидкость и газ (воздух, водяной пар).

Некоторые грунты содержат еще органические соединения, лед.

1

2

Природные грунты представляют собой сложную многокомпонентную систему, состоящую, в основном, из трех компонентов:

• твердые частицы, т.е. твердая фаза – это минеральные зерна, они образуют каркас грунта;

• жидкая фаза в виде водных растворов, может находиться в различных состояниях;

• газообразная фаза в виде газов, паров, может находиться как в замкнутом, так и в открытом пространстве.

Вопрос № 45. Структурные связи в грунтах.

Внутренние связи, которые существуют между определенными частицами грунта, называются структурными связями. Структурные связи определяют собой прочностные характеристики грунтов. Энергия структурных связей может быть различной и иметь различную природу. В основе структурных связей в дисперсных грунтах лежат молекулярные силы, связи электромолекулярных полей.

Структурные связи возникают при осаждении частиц в грунте или в процессе формирования грунта. По времени возникновения структурные связи разделяются:

• первичные (кристаллизационные) у скальных и изверженных пород;

• вторичные (старение коллоидов или процессы перекристаллизации).

По своей природ е структурные связи делятся:

• коагуляционные характерны для глинистых грунтов, дисперсных пород, насыщенных водой, у которых водно-коллоидные связи образуются в результате электромагнитных сил взаимодействия между минеральными частицами и пленками воды;

• конденсационные возникают в осадочных горных породах;

• кристаллизационные образуются в результате взаимодействия химических сил и образуют с минеральными частицами прочные кристаллические соединения.

Вопрос № 46. Характеристика компонентов грунта.

Свойства компонентов грунта, их количественное соотношение, взаимодействие между ними определяют природу грунта.

Твердые частицы – минеральные зерна различные по составу, образуют каркас в грунте. С уменьшением размеров частиц число центров взаимодействия увеличивается.

Коллоидные частицы – глинистые частицы (0,001 мм) обладают огромной суммарной поверхностью и избыточной поверхностной энергией :

1). увеличивают количество связной воды,

2). Формируют специальные связи в грунте,

3). Увеличение поглотительной способности грунта из окружающей тсреды ионов молекул и других коллоидных частиц – адсорбция.

Вода в грунте может находиться в различных состояниях. Чем более дисперсным является грунт, тем влияние воды на грунт больше.

Размеры частиц, составляющих грунт, определяют строительные свойства грунта.

По размерам частиц и структуре связей грунты подразделяются:

• крупнообломочные (более 2 мм более 50%);

• песчаный грунт (от 2 до 0,05 мм);

• пылеватые (от 0,05 до 0,005 мм);

• глинистые (менее 0,005 мм).

Вопрос № 47. Расчет осадок по методу эквивалентного слоя.

P=0,2 МПа

P=0,2 МПа

h _p1

h _p2

Линии равных вертикальных давлений

При большей площади загрузки глубина распределения давлений и объем грунта, подвергающийся деформации будут больше. Следовательно и осадки будут больше.

Нельзя ли определить осадку по формуле - осадка при сплошной нагрузке.

Таким образом необходимо определить точную толщину слоя h_экв–которая отвечала бы осадке фундамента, имеющего заданные размеры.

Эквивалентным слоем грунта называется слой, осадка которого при сплошной нагрузке в точности равна осадке фундамента на мощном массиве грунта (полупространстве).

Sполупространст.

р

h

S₀ = S_n

- формула Шлейхера – Буссенеска.

И з определения Тогда:

;

- подставляем в исходную формулу:

; ;

h_э=Aωb

S=h_эm_vp

Вопрос № 49. Условия предельного состояния грунтов.

Теория предельного состояния описывает поведение грунта под нагрузкой в третьей стадии деформирования (выпора). По этой теории рассматриваются вопросы, связанные с устойчивостью откосных сооружений, давлением на ограждающие конструкции, предельными нагрузками на грунт.

Предельное напряженное состояние грунта соответствует такому напряженному состоянию, когда малейшее добавочное воздействие нарушает существующее равновесие и приводит грунт в неустойчивое состояние: в массиве грунта возникают поверхности скольжения, разрывы, просадки и нарушается прочность между его частями и их агрегатами.

Для грунтового массива, загруженного внешней нагрузкой (плоская задача) известны компоненты напряжений , , τ в произвольной точке и характеристики грунта: угол внутреннего трения и сцепление. Грунт может перейти в предельное состояние при определенном соотношении между известными характеристиками грунта.

Из образца грунта, подверженного трехосному сжатию вырежем трехгранную призму, в которой по двум взаимно перпендикулярным площадкам действуют главные напряжения и , а к площадке, отклоненной на угол α от главной площадки, по которой действует наибольшее главное напряжение, приложена равнодействующая R под углом Ɵ к нормали. Значение угла Ɵ при изменении угла α от 0 до 90٥ сначала возрастает от нуля до некоторого , а затем убывает до нуля.

Ɵ R

Из сопротивления материалов известно, что значение может быть найдено из выражения: .

Для сыпучих грунтов во всех случаях не может быть больше угла внутреннего трения ᵠ. Следовательно, условием предельного равновесия сыпучих грунтов будет: , или .

Для связных грунтов давление связности рассматривается как сила всестороннего сжатия, равная . Прибавляя к и по , получим условие предельного равновесия связных грунтов: или

.

Вопрос № 50. Предельные круги Мора.

На кругах Мора можно установить, при каких значениях главных напряжений и их соотношениях между собой произойдет переход грунта в предельное состо-яние. Круги Мора рассматриваются в курсе «Сопротивление материалов». Исходными данными для построения кругов Мора служат компоненты главных напряжений и .

С помощью этих кругов можно найти компоненты главных напряжений, действующих по произволь-ной площадке, положение которой определяется углом α.

Круг Мора строится по радиусу, равным полураз-ности главных напряжений.

n

α

τ

Ɵ

σ

Если компоненты напряжений в точке увеличивать по абсолютной величине, не меняя их соотношение, то радиус кругов Мора будет также возрастать. Круг Мора, при котором грунт переходит в предельное состояние, называется предельным кругом Мора. Очевидно, что предельный круг Мора и зависимость Кулона должны иметь общую точку. Значит, зависимость Кулона должна быть касательной к предельным кругам Мора.

Из построения круга Мора следует, что угол Ɵ есть отклонение полного напряжения от нормали к площадке. Очевидно, что максимально возможное отклонение этого угла равно углу внутреннего трения. Тогда первое условие перехода грунта в предельное состояние принимает вид: Ɵ=ᵠ.

Вопрос № 55. Особые физические свойства грунтов.

В некоторых случаях определяют такие свойства: размокаемость, липкость, набухание, усадка, теплофизические характеристики.

Размокаемость – свойство, характеризующее водоустойчивость глинистых грунтов в водной среде. Под размокаемостью понимают способность грунта при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую массу, переходя из твердого, полутвердого или пластичного состояния в текучее.

Липкость – свойство грунтов прилипать к поверхности различных предметов в зависимости от содержания воды в грунте. Величина липкости измеряется усилием при отрывании прилипшего предмета от грунта и измеряется в Па. Силы адгезии (прилипания) имеет место на поверхности соприкосновения штампа с грунтом (минеральными частицами и молекулами связной воды). Наибольшей липкостью обладают грунты, содержащие гумус и солонцеватые глинистые почвы с поглощенным натрием. Помимо глинистого грунта липкость проявляют и пылеватые пески.

Набухание и усадка грунтов. Способность грунтов увеличивать объем при смачивании жидкостью – набухание, уменьшать при высыхании – усадка. Эти явления связаны с увеличением (уменьшением) пленок связной воды, они проявляются тем сильнее, чем больше раздробленность грунта и содержание коллоидной фракции. По величине набухания косвенно оценивается содержание глинистых частиц в грунте. Процесс набухания сопровождается потерей прочности и связности грунта и наоборот, прочность при усадке возрастает. Усадка грунта происходит до определенного предела, в дальнейшем уменьшение влажности не вызывает усадки. Усадка приводит к изменению структурных связей между частицами. Она сопровождается образованием трещин, что приводит к повышению водопроницаемости грунта и сопровождается уменьшением его устойчивости.

Теплофизические характеристики грунтов. К ним относят теплоемкость, коэффициент теплопроводности и коэффициент температуропроводности. Эти свойства относя к исходным данным при проектировании сооружений на промерзающих и вечномерзлых грунтах, для определения воднотеплового режима дорожных насыпей.

Теплоемкость –количество тепла, сообщаемое единице веса (объема) при изменении температуры на один градус, и измеряемое в джоуль на кельвин (Дж/К). Различают весовую (удельную) и объемную теплоемкость, в зависимости от того, что берется за единицу исследуемого грунта.

Коэффициент теплопроводности – количество тепла, переносимого в единицу времени через единицу площади при температурном градиенте, равном единицы, измеряется в ватт на квадратный метр-кельвин . Теплопровод-ность грунтов резко возрастает с увеличением влажности.

Коэффициент температуропроводности характеризует изменение температуры 1 см³ грунта, вызванное поступлением тепла, протекающего за 1сек. через 1см² поперечного сечения при разности температур равной 1градус на рас-стояние 1 м.