_4-2013-11-07-09-56-40

Модуль общих деформаций и методы его определения

Физический смысл

При изучении напряженно-деформируемого состояния грунта в сложных условиях (в каких и находится грунт оснований реальных зданий и сооружени)йв качестве дефор-мационной характеристики грунта применяют модуль общих деформацийЕ_о и коэффици-ент бокового расширения ν (коэффициент Пуассона).

Не следует путать модуль общих деформаций с модулем упругости(модулем Юн-га). Грунт не является упругой средой и остаточные деформации значительно превышают упругие. Параметр Е учитывает и упругие деформации и остаточные при услови, ичто грунт испытывает только одноразовое загружение сжимающей нагрузкой.

Модуль общих деформаций – деформационная характеристика грунта, обобщенно учитывающая упругие и остаточные деформации при одноразовом за-гружении грунтового основания сжимающей нагрузкой.

Определение Е_о по данным компрессионных испытаний

Как уже известно, при испытании грунта в компрессионном приборе опре-деляется. Используя обобщенный закон Гука и учитывая условия испытания грун-та в компрессионном прибор, можно вывести зависимость междумодулем общих деформаций Е_о и коэффициентом коэффициент относительной сжимаемости m .

e_z = ^sz - ⁿ ´ s_x +s_y ) 0 0

s_x =s _y = _-n ´P = x₀ ´P s_z = P

e_z = m ´P

2 ^{mv ´P =} E₀ ^´ç1- 1-n ^¸,

2 гдеb =1- _1-n

E0 =	b
	mv

(12)

Определение Е_о по данным испытания грунта штампом Испытание грунта штампом проводят в полевых условиях. Преимущество данно-

го метода заключается в том, что в этом случае грунт испытывается в условиях природ-ного залегания и следовательно ненарушенной структуры. Данные полученные в ходе штамповых испытаний считаются наиболее достоверными.

Штамп – это уменьшенная модель жесткого фундамента, представляющая собой металлическую плиту квадратного или круглого в плане сечения. Площадь штампа уста-

навливается ГОСТом или СТБ (600, 1000, 2500, 5000 см ).

Нагрузка на штамп прикладывается ступенями (D_N = 0.1Р) и измеряется его осадка. По результатам испытаний строится график зависимости осадки от нагрузки (рис.7).

P

S ₁

S₂

Рис.7. График изменения осадки штампа от нагрузки ….

Каждая ступень нагружения удерживается до наступления условной стабилизации осадки штампа (ГОСТ – 0,1 мм/час).

По прямолинейному участку графика определяется модуль деформации по формуле:

(5.1)

Кроме этого, модуль общей деформации определяют в лабораторных условиях по результатам испытаний грунтов в стабилометре (рис. 8), а в полевых условиях при помо-щи прессиометра.

Рис. 8. Общий вид стабилометра

Сопротивление грунтов сдвигу

Понятие прочности грунта

Понятие прочности грунта в первую очередь связано с обеспечением: · устойчивость грунтового основания фундамента (рис. 9);

· устойчивости откосов (рис.10).

При потере устойчивости откосов оснований и обрушение откосов в грунтовом мас-сиве происходит сдвиг одной части относительно другой, поэтому

прочностные свойства грунта напрямую связаны с сопротивлением грунта сдвигу.

Сопротивление грунта сдвигу обусловливается возникновением в дисперсной грун-товой среде:

· трения между частицами грунта;

· структурных связей между частицами грунта.

Трение между частицами грунта зависит от ряда фактроров: минерального состава;

грансостава; влажности грунта;

величины нормальной силы прижимающей частицы друг к другу; окатаности зёрен.

В целом сопротивление грунта сдвигу можно охарактеризовать: · силами трения;

· силами сцепления.

Рис. 9. Схема устойчивость грунтового основания фундамента

Рис. 10. Схема потери устойчивости откосов

Испытание грунта в приборе одноплоскостного среза

Исследование прочностных свойств грунтов в лабораторных условиях выполняют при помощи сдвигового прибора, принципиальная схема которого приведена на рис.11.

Рис.11. Принципиальная схема сдвигового прибора

Основными деталями данного прибора являются: неподвижная часть;

подвижная часть (платформа);

загружающее устройство для создания обжимающего давления N; загружающее устройство для создания сдвигающего усилия G; индикаторы вертикальных и сдвигающих перемещений.

Испытание грунта производят при постоянной нагрузке N до тех пор, пока одна часть грунта не сдвинется относительно другой на расстояние более5мм. При этом изме-ряют максимальное усилие G_max , которое было достигнуто в ходе испытаний.

Нормальные и касательные напряжения в момент сдвига определяются следу-ю щим образом:

s = ^N , (1)

t_u = ^Gmax , (2)

где τ_u- максимальное касательное напряжение в грунте в момент среза.

Испытания повторяют при других значениях обжимающего давления N.

Сопротивление грунта сдвигу для связанных и сыпучих грунтов

По испытаниям грунта в сдвиговом приборе строят зависимость t_u (s) , рис.12.

t_u

t_ui

t_u =s_i ´tgj +C

^s_i s

Рис.12. Зависимость предельного сопротивления грунта сдвигу от нормального давления для связанных грунтов

В целом зависимость t_u ( ) представляет собой практически прямую линию выхо-дящую из точки с под углом к оси абсцисс. Величины с и j являются параметрами

прямой линии и в целом характеризуют прочностные свойства грунта.

Параметры с и отражают прочностные свойства грунта и носят название проч-ностных характеристик.

Уравнение прямой линии с учетом прочностных характеристик можно записать в следующем виде.

t_u =s ´tgj + с (3) Значение величин с и зависят от многих факторо.вНаибольшее влияние на

формирование прочностных свойств оказывают гранулометрический состав грун, тхаа-рактер структурных связей, влажность грунта, окатанность частиц и т.д. Каждый тип, вид, разновидность грунта характеризуется своими прочностными свойствами. Одной из важ-нейших задач инженерно-геологических изысканий является определение значенийс и j

без знания которых невозможно выполнить качественный расчет грунтовых оснований. Величина p_е (см.рис.12) называется в давлением связанности. Ее можно опреде-

лить через прочносные характеристики грунта с и j :

p_е = c´ctgj (4) В случае если грунт не обладает связанностью(с=0) уравнение 3 принимает вид:

t_u =s ´tgj , (5) Графически эта зависимость представлена на рис. 13.

Рис. 13. Зависимость t_u (s) для сыпучих грунтов.

Линейная зависимость между сопротивление грунта сдвигу и нормальным напряже-нием носит название закона Кулона. Его можно сформулировать в следующем виде:

Предельное сопротивление грунта сдвигу прямо пропорционально нормальному сжи-мающему напряжению.

ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

Общие положения, основные определения

Изучение воды в грунте, ее свойств, условий распространения и законов движения - одна из важнейших задач механики грунтов. Это обуславливается влиянием влажности грунта на его механические свойства и тем, что процесс уплотнения грунта может про-

исходить только при отжатии избыточной влаги из пор грунта деформируемого осно-ва ния. Скорость этого процесса зависит от скорости движения воды через поры грунта.

В практике строительства существует большое количество задач, связанных с дви-жением воды через грунт. К примеру, определение изменение уровня грунтовых вод при осушении или при подтоплении территории, расчет притока воды в котлован или тра-н шею, расчет дренажных систем, определение величины фильтрационных сил и т.п.

Прежде необходимо вспомнить:

Вода в грунте оказывает существенное влияние на механические свойства грунта и на процесс его деформирования под нагрузкой;

Вода в грунте может находиться в связанном и свободном состоянии; Свободная вода может совершать движение через поры грунта; Деформирование грунтов происходит вследствие уменьшения объема по, р т.е. вследствие его уплотнения.

Общие случаи движения воды через грунт

В общем случае вода может совершать движение через грунт под действием: Разности давлений водяного пара.

Сил поверхностного натяжения (капиллярное движение воды). Разности осмотического давления связанной воды

Разности гидростатических напоров

Движение воды под действием гидростатических напоров представляет наибо-ль ший практический интерес. Именно это движение воды называется фильтрацией.

Фильтрация - движение свободной воды в порах грунта при действии разности гид-ростатических напоров.

Фильтрация воды через грунт

Пример движения воды (фильтрации) через грунт при возникновении разности нап-о ров приведен на рис.14.

Рис.14. Схема фильтрации воды через грунт при действии раз-ности напоров, где WL– уровень грунтовых вод,

DH = H₂ - H₁ -разность напоров,Q -расход воды

На рис.14 показана схема, где разность напоров в целом обуславливается круговор-о том воды в природе. Атмосферные осадки приводят к насыщению грунта водой, которая совершает движение к зонам понижения рельефа.

Разность напоров и соответственно фильтрация может возникать и по другим при-чинам. Среди них необходимо отметить следующие:

Техногенная деятельность человек, аспособствующая подтоплению или осушению территорий (рис.15).

Загружение водонасыщенного основания внешней нагрузки и возникновение избыточного порового давления ( рис. 16).

а)

б)

Рис.15. Фильтрация воды из зоны подтопления (протечки ком-муникаций)- а), фильтрация воды при дренажном осушении территории –б).