5.Грунт как трехфазная модель. Основные и расчетные характеристики грунта.

Физическую модель грунта мы приняли как дисперсное тело, состоящее из минеральных зерен со структурными связями между ними. Расчетная модель – это физическая модель грунта с действующим внешним воздействием и возникающими от этого воздействия внутренние усилия.

Р

С ростом внешнего давления можно представить, что разрушение модели вызовет в первую очередь действие касательного напряжения, так как прочность структурных связей меньше, чем прочность минеральных частиц. Эти касательные напряжения будут восприниматься силами структурного сцепления и трения. Силы трения зависят от величины нормальных напряжений. Разрушение модели будет сопровождаться сдвигом по некоторой поверхности, т.е. формированием поверхности скольжения.

- касательное напряжение, соответствующее структурным

связям между частицами. Если , то грунт деформиру-

ется как сплошное тело. При >частицы сдвигаются и

происходит более компактное их расположение.

происходит формирование поверхностей скольжения

и разрушение грунта.

Формирование поверхностей сдвига в грунте связано с перемещением частиц.

Сопротивление грунта сдвигу является основным показателем прочности грунта и используется при расчетах оснований и фундаментов.

6.Сжимаемость грунтов. Компрессионная зависимость. (закон уплотнения)

Сжимаемость – свойство грунта изменять свое строение за счет уменьшения пористости под влиянием внешних воздействий (прикладываемой к грунту нагрузки, сил капиллярного натяжения при высыхании и т.п.). Уменьшение пористости грунта вызывают факторы: местные сдвиги и более компактная упаковка твердых частиц, изменение толщины водно-коллоидных оболочек (в том числе и при высыхании); ползучесть скелета грунта, вызванная искажением формы кристаллических решеток и вязкого течения прочно связной воды.

Сжимаемость под нагрузкой может быть двух видов: от воздействия постоянной нагрузки (уплотнения) и от действия динамической нагрузки (уплотняемость). При статической нагрузке уплотнение происходит, если структурные связи между частицами будут преодолены. При динамическом воздействии хорошо уплотняются маловлажные рыхлые песчаные грунты и неводонасыщенные грунты с жесткими контактами.

Сжимаемость грунта определяется экспериментальным путем. Основным прибором для лабораторного определения служит компрессионный прибор или одометр. По результатам испытания определяют модуль сжимаемости грунта: , где

и - коэффициенты пористости до начала испытания и после испытания образцов грунта; р – действующее давление.

По модулю сжимаемости грунты подразделяются на три категории:

- сильносжимаемый – m > 0,5 (МПа)-1

- среднесжимаемый – 0,1>m > 0,5 (МПа)-1

- малосжимаемый – m < 0,5 (МПа)-1

Для грунтов полностью водонасыщенных изменение пористости возможно лишь при изменении их влажности.

7.Водопроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации.

Водопроницаемость – способность фильтровать воду. Скорость напорного движения грунтовых вод зависит от размеров пор грунта,сопротивлений по пути фильтрации и величины действующих напоров (илл.5).

Илл. 5. Напорные грунтовые воды

Здесь Н1 и Н2 – напоры; L – длина пути фильтрации; Н = Н2 - Н1 –потеря напора или «действующий напор». Если линии токов воды (движения частиц в потоке) нигде не пересекаются друг и другом, то такое движение называется ламинарным, при наличии пересечений и завихрений движение называется турбулентным. В грунтах в большинстве случаев движение воды будет ламинарным (опыты Пуазейля, Дарси и другие).

Ламинарное движение воды происходит с тем большей скоростью, чем больше уклон поверхности уровня грунтовых вод (так называемый«гидравлический градиент»).

Гидравлический градиент равен отношению потери напора Н= Н2- Н1 к длине пути фильтрации L:

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

vф = kф · i;

где kф - 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 (илл. 6).

Илл. 6. 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 vф от гидравлического градиента i. Здесь i0 - начальныйгидравлический градиент

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