16. Отличие связаных грунтов от несвязаных (сыпучих).

Грунт представляет собой горные породы, залегающие большей частью в зоне выветривания и характеризующиеся как многокомпонентная геологическая система. Грунт можно разделить на три основных типа: -Скальный грунт; -Нескальный грунт: связанный (суглинок и глина), несвязанный (пески и супеси); -Конгломерат. Несвязанные грунты состоят из зерен различной величины, которые касаются друг друга. Несвязанные грунты не удерживают воду, и наличие воды практически не влияет на трение между зернами. Так как такие грунты не размягчаются, то их несущая способность не зависит от влагосодержания, а только от их плотности. Связанные грунты состоят из суглинка и глины с пластинчатым строением (глиняные лепестки). Вследствие строения поверхности глиняных лепесточков связанные грунты могут набирать воду и удерживать ее. Водовосприятие размягчает поверхность глиняных пластинок, что уменьшает трение между пластинками. При этом изменяется консистенция грунта и уменьшается его несущая способность. При уменьшающемся содержании влаги несущая способность таких грунтов, соответственно, увеличивается. Нескальный связанный грунт, состоящий из сухой и слежавшейся глины и суглинка, может так же послужить неплохой основой для возведения дома. Но сухая глина встречается крайне редко, чаще всего встречаются мокрые глинистые породы, которые при отрицательных температурах замерзают и деформируются, разрушая фундамент. Такие же неблагоприятные для строительных работ свойства проявляют илистые почвы, торфяники и пылеватые пески с примесью глины. Такой состав почв при прокладке фундамента требует обязательного обустройства амортизационной подушки толщиной не менее 15-20 см. и состоящей из мокрого, утрамбованного, крупного песка. Нескальный несвязанный грунт, состоящей из песков супесей представляет собой прекрасную основу для строительства. Несвязанный грунт неоднороден по своему составу и содержит множество различных примесей, состав которых и определяет глубину залегания фундамента. Например, в крупных песках с содержанием гравия, минимальная глубина залегания фундамента – 50 см., в сухих, мелких, песчаных почвах – 70 см., в твёрдых глинистых почвах – также 70 см., в пластичных глинах и насыщенных водой песках – 1 м. 

17. Взаимодействие поровой воды со скелетом грунта при фильтрации

Схема совместной работы воды и грунтового скелета

XI. Прогноз осадок во времени

В грунтовой массе скелет грунта испытывает два вида давления:

1) Давление, передаваемое от одной частицы грунтового скелета к другой. Давление передается от вышележащих масс к нижележащим и является причиной уплотнения грунта (эффективное давление).

2) Давление грунтовой воды на грунтовый скелет (гидростатическое или нейтральное давление).

Процесс сжатия грунтовой массы под влиянием внешней нагрузки можно проследить на механической модели, предложенной Герсевановым. Вода находящаяся в сосуде изображает грунтовую воду, пружина – скелет грунта, отверстия в поршне – капилляры грунта. Если на поршень приложить внешнюю нагрузку, то в первый момент нагрузка воспримется полностью водой, т.к. для того, чтобы пружина могла сжаться и воспринимать некоторое давление, вода должна вытечь из сосуда. Чем меньше отверстия в поршне, тем сжатие пружины произойдет медленнее. Со временем пружина полностью воспримет внешнюю нагрузку, что будет соответствовать состоянию равновесия в грунтовой массе.

 

Опыт строительства сооружений на глинистых грунтах показывает, что осадка сооружения происходит не мгновенно, а развивается длительное время (десятки и сотни лет).

Замедление во времени деформаций водонасыщенных глинистых грунтов связано с процессом фильтрационной консолидации, т.е. уплотнения грунта за счёт отжатия воды из его пор. Чем выше водопроницаемость грунта, тем быстрее отжимается вода из его пор, и тем быстрее протекает осадка основания.

В процессе отжатия воды давление в воде u_w снижается, а в скелете σ_z увеличивается, что приводит к нарастанию осадки, и согласно теории фильтрационной консолидации осадка основания должна прекратиться при условииu_w = 0. Однако, как показали эксперименты, при действии u осадка продолжается за счёт ползучести скелета грунта (вторичная консолидация).

Одномерная задача фильтрационной консолидации водонасыщенного грунта при действии сплошной нагрузки

Решение данной задачи основано на следующих допущениях:

1) Рассматривается полностью водонасыщенный грунт (грунтовая масса) со свободной несжимаемой водой в порах грунта.

2) уплотнение грунта может происходить только за счёт выдавливания воды, т.е. уменьшения пористости грунта;

3) скелет грунта линейно и мгновенно деформируется (не учитывается ползучесть), в качестве уравнения связи между напряжениями и деформациями используется линейная компрессионная зависимость

;

4) грунт не обладает структурной прочностью;

5) к поверхности грунта прикладывается сплошная равномерно распределённая нагрузка;

6) изменчивостью водопроницаемости в процессе уплотнения грунта пренебрегаем, фильтрация воды в порах грунта подчиняется закону Дарси

,

v – скорость фильтрации воды в грунтах;

K_f – коэффициент фильтрации;

Н –гидравлический напор;

z – вертикальная координатная ось.

Знак «-» объясняется тем, что направление фильтрации противоположно направлению координатной оси z.

Уравнение одномерной фильтрационной консолидации грунта

;

 - коэффициент консолидации.