Лекция 4 Механические свойства грунтов

4.1 Общие замечания

Механическими называются те свойства грунтов, которые характеризуют их поведение под нагрузкой.

Все механические характеристики грунта делятся на 3 группы:

I гр. – для оценки деформативных свойств грунта.

(m_о) – коэффициент сжимаемости основания , , МПа^-1.

(m_v) – приведённый коэффициент сжимаемости основания.

Е_о - модуль общей деформации , МПа.

I I гр. – для оценки прочностных свойств грунтов.

- угол внутреннего трения (град.).

С – коэффициент сцепления , .

III гр. – для оценки фильтрационных свойств грунта.

К_ф – коэффициент фильтрации , .

Ј – гидравлический градиент

– расход воды

Для определения деформативных свойств грунтов проводятся компрессионные испытания. Компрессионные сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под фундаментом.

4.2 I группа. Компрессионные свойства грунтов (сжимаемость).

Все механические свойства грунтов определяются опытным путем

(полевые и лабораторные исследования).

Рассмотрим, прежде всего, те приборы, с помощью которых

определяются эти свойства. И сследуем грунт ненарушенной структуры, помещая его в одометр.

Р₁ Р₂ Прикладываем нагрузку Р₁ -

произойдет уплотнение грунта и коэф.

пористости станет е₁. Нагрузка Р₂ е_2.

е₁ е₂ и т.д. (4 – 5 ступеней)

По результатам испытаний строим график компрессионной кривой (к к).

Из графика видно, что происходит необратимое уплотнение грунта. Нас интересует в основном только прямая ветвь к.к., обратная ветвь к.к. – возможность поднятия дна, при глубоких котлованах (гидротехническое строительство).	Если h 0,5 b h b

Изобразим снова компрессионную кривую:

е е Р

На небольшом участке рассмотрим приращение нагрузки Р и получим соответств. е. Заменим дугу прямой и рассмотрим угол . е = ­ tg Р ( - ) – с увеличением нагрузки - уменьшается. В дифференциальной форме: d e = ­ tg Р tg = mо и тогда de = ­ mо dР -основная математическая форма закона компрессии.

Относительное изменение коэффициента пористости пропорционально изменению нагрузки (для малых интервалов нагрузок).

е гравий торф Р	Компрессионная кривая позволяет судить о сжимаемости грунта. - может характеризовать сжимаемость.
i е о е1 еi е2 р1 рi р2 Р Р	Возьмем произвольную точку i на прямой, в пределах отрезка Р1- Р2. Составим уравнение для этой точки, исходя из начального параметра ео еi = ео – рi tg - это основное уравнение, характеризующее компрессию в выбранном варианте. Рассмотрим подробнее . tg = mo= , mo – коэффициент сжимаемости грунта.

Для того чтобы получить m_o, необходимо выделить

определенный интервал:

Р₁ – напряжение от собственного веса грунта.

Р – дополнительное давление от внешней нагрузки.

Р₂ – полное напряжение (Р₂ = Р₁ + Р)

Окончательно: m_o = , ,

Если:

m_o < 0,005 – грунт мало сжимаемый

m_o = 0,005 0,05 – грунт средне сжимаемый

m_o > 0,05 - грунт сильно сжимаемый

Итак:

1. При изысканиях отбирают пробы грунта, строят график к.к. и определяют m_o – это делают обычно инженеры – геологи, а строители оценивают свойства грунта по показателям, полученным от геологов.

2. О

   m_v =

   сновной расчёт оснований по II предельному состоянию – по деформациям. В формулу расчёта осадки входит величина - коэффициента относительного сжатия грунта.

S = h m_v P – прямо пропорциональная связь.

Таким образом m_о – является той характеристикой, которая как правило, решает выбор основания - можно строить или нельзя (тогда возникает необходимость перехода на искусственное основание).

В России существует ещё одна характеристика сжатия грунта - Е_о –модуль общей деформации грунта.

Е_о = =

(Как закон Гука, но там используется модуль упругой деформации Е)

Е _о – характеризует упругие + остаточные деформации

(эти деформации не разделяются, так как в большинстве случаев для здания это не имеет никакого значения).

Е _о= , где -- коэфф. Пуассна

m_o (m_v)

Сжимаемость грунта характеризуется

Е_о

Испытания грунтов пробными статическими нагрузками и определение модуля деформации Е_о .

Выполняя отбор проб для испытания грунтов, мы нарушаем его структуру и, следовательно, нарушаем его свойства. Поэтому производят полевые испытание грунта штампами: большого и малого диаметра.

Стандартный штампа F = 5000 см2 Нагрузка увеличивается ступенями = 0,05 МПа Наблюдаем за осадкой нашего штампа. Так как нагрузку задаем сами, то в любой момент времени знаем Р. Такая задача решена в теории упругости.

- формула Шлейхера – Буссинеска

- коэффициент, зависящий от жёсткости штампа.

b – ширина штампа

- коэффициент бокового расширения грунта (коэфф. Пуассона)

Е₀ - модуль общей деформации.

Достоинства:- испытание грунта ненарушенной структуры

Недостатки:- трудоемкость;- продолжительность испытаний